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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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Metallische Bipolarplatten
Konstruktion und Charakterisierung von Bipolarplatten auf Basis von Edelstahl-Folien
Seit dem Jahr 2007 beschäftigt sich das ZBT auch mit der Entwicklung und Charakterisierung metallischer Bipolarplatten. Vorteile dieser sind ein geringeres Gewicht und Bauvolumen gegenüber vergleichbaren compoundbasierten Platten. Bei der Materialauswahl für metallische Bipolarplatten müssen sowohl technische Gesichtspunkte wie Korrosionsneigung, elektrische Leitfähigkeit und Umformverhalten als auch ökonomische Gesichtspunkte Beachtung finden.
Schwerpunkt der Aktivitäten ist die Charakterisierung von Materialien und Beschichtungen sowohl in Ex-Situ als auch In-Situ Tests. Um metallische Materialien unter realen Brennstoffzellen-Bedingungen zu untersuchen, wurde ein Testdesign in Form einer Einzelzelle entworfen.
- Vergleich eines 5-Zellen-Stapels aus Compound-Bipolarplatte (oben) und aus metallischen Bipolarplatte (unten)
- Kathode eines metallischen Bipolarplatten-Test-Designs (~ 11 cm2 aktive Fläche)
An strukturierten und unstrukturierten Material-Proben werden am ZBT zum Beispiel folgende Untersuchungen angeboten:
- Leitwertmessung (elektrische Kontaktwiderstandsbestimmung)
- Voltammetrie-Messungen
- Chemische Beständigkeitsüberprüfung mittels eines beschleunigten Alterungsprozesses
- In-Cell-Tests von Bipolarplatten-Proben
- Maßhaltigkeitsanalyse der Herstellprozesse mittels TTV-3D-Messungen (total thickness variation): Topographiemessungen (beidseitig) und Oberflächenanalysen (Rauheit & Welligkeit)
- Bestimmung von Biege- und Zugmodul
Die Konstruktion metallischer Bipolarplatten aus dünnen Edelstahlfolien (100 - 500 ?m) stellt eine besondere Herausforderung dar, bedenkt man, dass geschlossene Geometrien nicht möglich sind. Dennoch müssen Anforderungen des Brennstoffzellenbetriebs hinsichtlich Medienversorgung (Brenngas, Luft, Kühlmedium), des Herstellprozesses (Umformverfahren, Beschnitt, Verbindungstechnik) und letztendlich des Stackassemblies (Mechanik der GDL, Dichtungen und Verspannunkonzept) berücksichtigt werden. Hierfür werden professionelle CAD- und Simulationsprogramme, zum Beispiel für thermische und struktur-mechanische Simulationen eingesetzt.
Teile der Arbeiten werden und wurden im Projekt "Metallbip - Nanobeschichtete, metallische Bipolarplatte für PEFC" durchgeführt. Das Vorhaben 03SF0325A (07/2007 - 12/2010) ist gefördert aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Netzwerke Grundlagenforschung erneuerbare Energien und rationelle Energieanwendungen“, Partner sind Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG, HU Berlin, Universität Duisburg-Essen und Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie FEM.
