Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Von der Forschung in die Kleinserie: Dichtungen für Brennstoffzellen

Mit der schrittweise anlaufenden Einführung von Brennstoffzellen in Fahrzeugen werden die Aufgaben an die Produktionstechnik und die Qualitätssicherung für die Einzelkomponenten der Brennstoffzelle zunehmend diffiziler. Das ZBT leistet inzwischen einen signifikanten Beitrag für die Produktionstechnik von Brennstoffzellenstapeln durch die Entwicklung und Herstellung hochgenauer Dichtungen. Inzwischen wurden Dichtungen im fünfstelligen Stückzahlbereich für unterschiedliche Kunden und Designs am ZBT hergestellt.

Das neue Technikum für Dichtungstechnik des ZBT

Prozessierung von Dichtungen auf metallische Bipolarplatten

Mit zunehmender Praxisreife und Produktionsnähe werden moderne Brennstoffzellenstapel und ihre Komponenten immer filigraner: Die eingesetzten Materialstärken metallischer Bipolarplatten beispielsweise wurden in den vergangenen Jahren von 100 µm auf unter 75 µm reduziert, konstruktiv wurden die Bauteile zur Erhöhung der Leistungsdichte außerdem immer komplexer.

Diese  Entwicklung stellt eine große Herausforderung für die Dichtigkeit der Brennstoffzellenstapel dar. Der Einsatz des flüchtigen Energieträgers Wasserstoff in der Brennstoffzelle erfordert eine hochgenaue reproduzierbare Dichtungsausführung für jede einzelne Zelle in einem Brennstoffzellenstapel, der zum Beispiel in automobilen Anwendungen einige hundert Einheiten lang sein kann. Undichtigkeiten einer Einzelzelle können letztendlich zum Komplettausfall des gesamten Brennstoffzellenantriebs führen.

Neben der primären Aufgabe der Dichtigkeit der Einzelzelle kommt der Dichtung in der Brennstoffzelle zusätzlich auch die Aufgabe zu, eine gesicherte gleichmäßige Kraftverteilung im Bereich der Aktiv-Fläche einer Bipolarplatte sicher zu stellen. Ist eine Dichtung zu hoch, kontaktieren die elektronisch leitenden Zellkomponenten Diffusionslage und Bipolarplatte nicht ausreichend, ist sie zu niedrig, wird die Diffusionslage zu stark komprimiert, so dass die Medien nicht mehr an die Reaktionszonen transportiert werden können.

Mit Hilfe der Dispensertechnik werden am ZBT für verschiedenste Brennstoffzellenstapel stabile und kostengünstige Lösungen für die Wiederholkomponente Dichtung erarbeitet. Auch hochkomplexe Dichtaufgaben zum Beispiel im Bereich der Medienzuführung können erfolgreich entwickelt und letztendlich im Kleinserienmaßstab produziert werden. Die werkzeuglose Dispensertechnik hat dabei den Vorteil, dass flexibel auf Designänderungen reagiert werden kann, wie sie gerade im Bereich der Entwicklung von Brennstoffzellen und auch in der Vorserie auftreten. Aber auch für große Stückzahlen scheint die Dispensertechnik ein hohes Potenzial zu haben: Analysen des ZBT zeigen, dass aufgrund der verhältnismäßig geringen Anlagenkosten, der guten Automatisierbarkeit der Prozesse und letztendlich der hohen Reproduzierbarkeit der Produkte auch in der Massenfertigung die Dispensertechnologie gegenüber anderen Verfahren wie Siebdrucken und Spritzgießen bestehen kann.

Um den Anforderungen hinsichtlich Sauberkeit, Produktionsorganisation und auch Arbeitsschutz gerecht zu werden wurde am ZBT ein vollständig neuer Bereich für die Dichtungstechnik eingerichtet. In diesem als Grauraum eingerichteten gesonderten Arbeitsbereich stehen inzwischen zwei unabhängig zu betreibende Dispenserautomaten, mit denen sowohl die Forschungs- als auch die Entwicklungs- und Produktionsaufgaben zielgerichtet und unter Einhaltung hoher Qualitätsstandards bearbeitet werden können. Zusätzlich stehen Anmischstationen, Öfen und weitere Handlingeinrichtungen zur Verfügung.

Attraktiv für die Auftraggeber ist, dass bei Start der Serienproduktion das Produktions-Know-How an den Auftraggeber transferiert werden kann, bis dahin aber auch auf die flexiblen Strukturen des Forschungs- und Entwicklungsdienstleisters ZBT zurückgegriffen werden kann.