Ihr Kontakt
Dipl.-Chem. Thorsten Derieth
stellv. Abteilungsleiter
Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik
Tel.: +49-203-7598-3327
t.derieth(at)zbt-duisburg.de
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Bipolar-Platten für HT-PEM Brennstoffzellen
Bipolarplatten sind der mechanische Hauptbestandteil von Brennstoffzellenstacks. Sie trennen die Reaktionsgase und Kühlmedien voneinander ab und verteilen sie in den entsprechenden Brennstoffzellen-Reaktionsbereich. Darüber hinaus müssen sie elektrisch und thermisch gut leitfähig sowie robust gegenüber chemischen Einflüssen in der Zelle sein und hohen mechanischen Anpressdrücken in der Zelle stand halten. Für die Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle sind außerdem Plattenmaterialien notwendig, die den hohen Betriebstemperaturen von bis zu 200 °C stand halten. Am ZBT wurden hierfür Compoundmaterialien aus Graphit und Hochtemperatur-Kunststoffen entwickelt, die entweder im Spritzgießverfahren oder durch Heißpressen und Fräsen zu einsetzbaren Bipolarplatten weiter verarbeitet werden.
Spritzgegossene Platten
Seit 2011 ist das ZBT in der Lage, die Massenproduktionstechnologie Spritzgießen auch für die Herstellung von HT-PEM geeigneten Bipolarplatten zu nutzen. Notwendig war dazu die schrittweise, systematische Entwicklung einer Compoundformulierung auf Basis von Graphit und des Hochtemperatur-Polymers PPS durchzuführen. Im letztendlich erfolgreich eingesetzten Compound sind 3 weitere Zuschlagstoffe eingebracht, die zur Optimerung der elektrischen Leitwerte, der mechanischen Stabilität und der Prozessierbarkeit eingesetzt werden. Die Bipolarplatten wurden sowohl Ex-Situ durch Auslagerung, mechanische und elektrotechnische Charakterisierung als auch In-Situ also in Brennstoffzellen erfolgreich auf Eignung getestet.
- spritzgegossene HT-PEM Bipolarplatten
- U-I-Kurve: Vergleich SG mit HP-Platten im HT PEM Short Stack
Heißgepresste Platten
Bereits seit längerem werden Materialien für das Heißpressen von HT-Bipolarplatten hergestellt. Auf dieser Basis werden in kleinen Stückzahlen am ZBT BPP-Halbzeuge hergestellt, außerdem wird das Compound auch Partnern zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Kooperation
ZBT bietet sich als Entwicklungspartner für Materialien und die Konstruktion effizienter Platten im HT-Brennstoffzellenbereich an. Materialien und Halbzeuge werden Kooperationspartnern zur Verfügung gestellt. In zahlreichen Projekten und Kooperationen werden die Technologien mit Entwicklungspartnern weiter zur Marktreife geführt. Hierbei werden Produktionstechnologien wie Heißpressen und Spritzguß eingesetzt, die technische Infrastruktur beinhaltet Kneter, Extruder, Pressen, Fräsen und Spritzgußmaschinen.
Förderung
Die Arbeiten wurden teilweise im Projekt "Material- und Verfahrensentwicklung für eine kostengünstige Herstellung von Hochtemperatur-Bipolarplatten zum Einsatz in Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzellen" durchgeführt. Das Vorhaben 16041 (01.04.2009 - 31.12.2011) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
