Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Geklebter Stack: Fuel Cell Fully Bonded

Auf dem AiF-Innovationstag am 7.6.2018 hat das ZBT gemeinsam mit dem IFS der TU Braunschweig einen vollständig verklebten Stack als Ergebnis des IGF Projektes FC FuBo / Fuel Cell Fully Bonded vorgestellt: "Kleben der aktiven Bipolarplattenseite zur vollständigen und wirtschaftlicheren Montage graphitischer Brennstoffzellenstacks". Das Projekt wurde finanziert aus Mitteln des Bundeswirtschaftministeriums im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung. Der Abschlussbericht ist inzwischen ebnfalls verfügbar.

Das IGF-Vorhaben 18948 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Geklebte Stacks sind prinzipiell kostengünstiger herstellbar und weniger gewichtsintensiv

Die Kleblösung stellt eine mögliche Alternative zum bisherigen anpressdruckbasierten Kontaktieren und Abdichten von graphitischen Bipolarhalbplatten dar.

Unter den verschiedenen Brennstoffzellentypen werden aufgrund ihres vergleichsweise einfachen Aufbaus, ihrer hohen Effizienz und des schnellen Anfahrverhaltens durch die relativ niedrigen Betriebstemperaturen NT-PEM-Brennstoffzellenstacks (Niedertemperatur-Protonen-Austausch-Membran) bevorzugt verwendet. Deren aufwendige Fertigung und Montage begrenzt jedoch die Anwendung in großen Stückzahlen. Die derzeit verwendeten Dichtungslösungen benötigen zur Erreichung einer adäquaten Dichtwirkung hohe Anpressdrücke, infolgedessen sind gewichtsintensive Spannelemente notwendig. Zur Vereinfachung der Füge- und Montageprozesse für eine bessere Automatisierbarkeit der Herstellung wurden im Rahmen des Forschungsprojektes klebtechnische Lösungen der einzelnen Fügestellen entwickelt. Dabei konnte eine Erhöhung der Leistung durch die Reduzierung der Kontaktwiderstände innerhalb der Brennstoffzelle erzielt werden.
Konstruktiv wurden eine Vereinfachung der Stackgeometrie und die Reduzierung der Komponentenanzahl vorgenommen. Die vollständig geklebten Stacks sind ohne die bislang verwendeten o.g. Spannelemente mediendicht, betriebsbereit und übertreffen die Leistung von konventionellen Systemen; kleine Endplattensegmente sind jedoch notwendig, um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Das Implementieren der Dichtfunktion durch Epoxidklebstoffe oder Klebebänder ist dabei kosteneffizienter als die bisher verwendeten Dichtungslösungen durch manuell eingelegte Dichtringe oder applizierte Silikondichtungen.
Die entwickelte klebtechnische Lösung zur Demontage schadhafter Zellen durch reversible Klebungen und die Verwendung von nichtmetallischen, elektrisch leitfähigen Füllstoffen auf Kohlenstoffbasis in Klebstoffen mit guter elektrochemischer Performance sind einige der zentralen Ergebnisse, die insbesondere bei den KMU umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde der Fertigungsablauf in den einzelnen Prozessschritten seriennah dargestellt, was den KMU bei der Implementierung der Technologie hilft.

Das IGF-Vorhaben Nr. 18948 N der Forschungsvereinigung DECHEMA, Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.