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ZBT GmbH

Günstige Bipolarplatten: Faserverstärkte Compoundfolien für leichte Brennstoffzellen

Kann man Bipolarplatten dünner und kostengünstiger herstellen, wenn man Compoundfolien mit Kohlefaser verstärkt? Dieser Idee gehen Forschende von ZBT und Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe nach.

Geplanter Fertigungsprozess von der Compoundierung bis zur geprägten, faserverstärkten Bipolarfolie (zum Vergrößern anklicken)

Extrusion von Bipolarfolien im Technikum des ZBT. Mechanische Defekte sollen durch Kohlenstofffasern verhindert werden. (zum Vergrößern anklicken)

Bipolarplatten (BPP) in Niedertemperatur-Brennstoffzellen sind hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. In einem gemeinsamen Projekt verfolgen das ZBT und das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) in Kaiserslautern eine innovative Idee, um kostengünstige, dünne, aber trotzdem widerstandsfähige Platten herzustellen: Hochgefüllte kalandrierte Compoundfolien mit Dicken unter 1 mm sollen mit Kohlenstofffasern verstärkt werden.

Die Compoundfolien sollen hierzu in einem kontinuierlichen Verfahren direkt aus der Extruderschmelze über eine Breitschlitzdüse und ein Walzwerk hergestellt und anschließend durch das Einpressen von Kohlenstofffasern (Endlos-Fasern oder Gewebe) mechanisch verstärkt werden. In einem weiteren Schritt werden die notwendigen Funktionsstrukturen mittels variothermen Pressprozessen in die faserverstärkten Folien eingebracht.

Die Umformung elektrisch und wärmeleitfähiger Kunststofffolien bietet dabei durch das kontinuierliche Herstellungsverfahren das Potenzial, die Herstellungskosten von PEM-Brennstoffzellen signifikant zu senken und die BPP-Dicke zu reduzieren. Voraussetzung: Die umgeformten Folien müssen trotz ihrer geringen Restwandstärke mechanisch ausreichend stabil sein. Das soll durch die Verstärkung der Compoundfolien mit Fasern vor dem Umformen erreicht werden.

Die Massenproduktion von Bipolarplatten – verteilt auf verschiedene KMUs entlang der Wertschöpfungskette (Compoundherstellung, Folienextrusion, Verstärkung mit C-Fasern, Umformung/Prägung) – ist dabei von der spezifischen Anwendung entkoppelt, so dass ein weites Einsatzspektrum der Bipolarfolien mit verschiedenen Präge-Designs möglich wäre. Das untersuchte Herstellungsverfahren könnte es KMUs in der stark wachsenden Brennstoffzellenfertigung ermöglichen, für Massenanwendungen im mittleren Leistungsbereich (Trucks, KWK) bis hin zu großen Megawatt-Anwendungen (stationäre Energieversorgung, Schifffahrt, Luftfahrt) passende Platten zu produzieren.

Abteilung Brennstoffzellen & Stapel


IGF Nr. 22342 N

Projektzeitraum: 01.07.2022  - 30.06.2024 (2 Jahre)

Projektpartner:
Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe
Erwin-Schrödinger-Straße 58
67663 Kaiserslautern

Fördermittelgeber:
IUTA - Institut für Energie- und Umwelttechnik
IGF - Industrielle Gemeinschaftsforschung
AiF - Allianz Industrieforschung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz