The hydrogen and
fuel cell center
ZBT GmbH

Dichtungstechnik am ZBT

Herstellung und Qualifizierung

Dichtung aufgetragen mit Dosiertechnik auf eine Bipolarplatte

3D-Aufnahmen der Probenoberfläche vor (links) und nach (rechts) der Auslagerung von 2 Dichtungsmaterialien

Für seine am ZBT durchgeführte Bachelorarbeit (Studiengang Water-Science (B.Sc.) an der Universität Duisburg-Essen) erhält Zülfü Engin im Mai 2011 den DWV-Innovationspreis für das Jahr 2010, hierzu gratulieren wir ihm sehr herzlich. Die Herstellung von Dichtungen aber insbesondere die Sicherstellung der Eignung von Dichtungen im Zellbetrieb ist eine wichtige aktuelle Aufgabe am ZBT.

Da Brennstoffzellenstapel in der Regel aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten aufgebaut werden, ist die Abdichtung aller Medienkanäle (Gase und Flüssgkeiten) sowohl gegenseitig als auch nach Außen eine komplexe Herausforderung. Dichtungen im aktiven Bereich der Brennstoffzelle müssen dabei auch eine homogene Verteilung der mechanischen Energie innerhalb des Stacks auch unter zum Beispiel variierenden Temperaturbedingungen erfüllen.

Am ZBT werden unterschiedliche Herstellverfahren für Dichtungen in PEM-Brennstoffzellen entwickelt und angewendet. Je nach Platzierung der Dichtung, verwendeten Betriebs- und Kühlmedien, Betriebstemperaturen, Bipolarplattenoberflächen, MEA-Materialien und GDL-Dicken sind verschiedene Technologien zur Integration der Dichtungen anzuwenden. Einzelteile können durch gestanzte oder geschnittene Flachdichtungen oder automatisiert durch Dispensen hergestellt werden, an einigen Stellen können auch O-Ringe zum Einsatz kommen. Bei größeren Stückzahlen empfiehlt sich das Siebdruckverfahren.

Der Fertigungsprozess ist natürlich auch abhängig vom Dichtmaterial, das wiederum zusätzlich für den Einsatz in der Brennstoffzelle zu qualifizieren ist. Die Dichtung muss unter chemisch aggressiven Bedingungen und anliegendem Potenzial die Dichtheit der Zellen über die gesamte Lebensdauer des Stacks gewährleisten. Durch geeignete Abbildung der Betriebsbedingungen in Ex-Situ-Tests lassen sich Aussagen über die Langzeitstabilität der Komponenten treffen; durch eine entsprechende Intensivierung der Parameter wird eine beschleunigte Alterung realisiert. Für die Ex-Situ-Untersuchungen steht am ZBT eine Test-Infrastruktur zur Verfügung, welche grundsätzlich die Auslagerung in unterschiedlichen Medien unter Gasbeaufschlagung bei verschiedenen Temperaturen erlaubt. Zur Charakterisierung der Langzeitstabilität können verschiedene Analysemethoden herangezogen werden. Hierbei werden die Probenkörper durch typische physikalische Kennwerte charakterisiert, zusätzlich kann eine chemische Charakterisierung der flüssigen Reaktionsmedien angewendet werden. Letztendlich ist nach Vorprüfung der Eignung dann ein Langzeitversuch in Brennstoffzellen notwendig.

Weitere Informationen zur Dichtungstechnik am ZBT: 

Die Arbeiten im Bereich der Dichtungstechnik für Brennstoffzellen werden insbesondere in den folgenden Abteilungen durchgeführt