Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
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Mikro-Bipolarplatten

Für Brennstoffzellen in portablen Anwendungen sind neuartige Verfahren zur Herstellung von flachen und gleichzeitig stabilen Bipolarelementen notwendig. Dabei kommen innovative Materialien und Herstellungsprozesse zum Einsatz, die Vorteile in Bezug auf Kompaktheit, Massenherstellung, Leistungsfähigkeit und Kosten bieten.

LiGA-Bipolarplatte
Keramikbipolarplatte
Metallische Siebdruckbipolarplatte
 

LiGA-Bipolarplatten

In einem aktuell verfolgten Mikro-Bipolarplatten-Konzept werden in Kooperation mit dem Institut für Mikrostrukturtechnik des Karlsruher Institute of Technology (KIT IMT) und dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) Bipolarplatten auf Basis eines kombinierten Fotolithografie-Galvanotechnik-Prozesses (LiGA-Verfahren) entwickelt. Hierbei werden gezielt bewährte Verfahren aus der Planarprozesstechnik, wie UV-Lithografie und Mikrogalvanoforming, für die Bedürfnisse der Brennstoffzellentechnik erschlossen. Diese eröffnen im Bereich der Herstellung von planaren Brennstoffzellenstapeln bei passiven PEMFC bis dato noch ungenutzte Vorteile. Wesentlich ist die durch die Lithografie geleitete Galvanotechnik hervorzuheben, welche einen selektiven und dadurch wirtschaftlichen Einsatz von Schlüsselmaterialien wie z.B. Gold zur gezielten Leistungssteigerung der Zellen ermöglicht.
Die Nutzung kostengünstiger Leiterplattenmaterialien als Ausgangssubstrate zur Herstellung der LiGA-Bipolarplatten eröffnet großartige Perspektiven im Hinblick auf eine wirtschaftliche Massenherstellung.

Keramikbipolarplatten

In einem weiteren aktuellen Entwicklungsprojekt werden in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Hermsdorf, Bipolarplatten auf Basis keramischer Leiterplatten entwickelt. Bei diesen sogenannten Low Temperature Co-fired Ceramics werden die Bipolarplatten schichtweise aufgebaut und anschließend versintert. Die Herstellung der Schichten erfolgt dabei durch Laserschneiden von Keramiktapes.

Die zur Stromableitung benötigte elektrische Leitfähigkeit wird durch die galvano-technische Integration von Mikro-Vias erreicht. Ein besonderer Vorteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit zur Herstellung integrierter Kühlkanäle innerhalb der Bipolarplatte.

Durch die hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit der verwendeten keramischen Materialien sind diese Bipolarplatten insbesondere für den Einsatz in Hochtemperatur-PEM Brennstoffzellen geeignet.

Metallische Siebdruckbipolarplatten

In Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung (IFAM) wurden metallische Bipolarplatten auf Basis eines weiterentwickelten 3D-Siebdruckprozesses konsequent für die Bedürfnisse der Brennstoffzelle weiterentwickelt. Dabei werden Vorteile dieser Technik, wie z.B. die Realisierung von Kanalhinterschneidungen oder der Erzeugung überdruckter Holräume innerhalb eines dünnen Bauelementes gezielt ausgenutzt. Da im Fall von miniaturisierten Brennstoffzellen die absoluten Größendimensionen der jeweiligen Platten deutlich unter den Abmessungen gängiger Drucksiebe liegen, können in jedem Druckvorgang gleich mehrere Platten simultan hergestellt und hohe Stückzahlen erzielt werden.

Durch die feine Maschung der Drucksiebe lassen sich Mikrostrukturen unmittelbar auf den Bauteilen erzeugen. Mit dem metallischen 3D-Siebdruck wurde ein innovatives und massenfertigungstaugliches Verfahren entwickelt, durch das funktionsoptimierte metallische Bipolarplatten auch für andere Brennstoffzellentypen (DMFC, SOFC, MCFC) kostengünstig gefertigt werden können.

Das Forschungsvorhaben 15784 BG des IUTA ("Entwicklung eines 3D-Siebdruckverfahrens zur Herstellung metallischer Bipolarplatten für Mikrobrennstoffzellen", 09/2008 - 08/2010) wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die AiF gefördert.

Letzte Änderung:  31.08.2016