Bipolarplatten aus leitfähigem Kunststoffcompound

Herstellung von Bipolarplatten in kleinem Massstab mittels variothermen Spritzguss

Technologien

• Brennstoffzellen
• Leitfähige Kunststoffcompounds
• Variothermes Spritzprägen
• Bipolarplatten
  

Ausgangslage

In naher Zukunft werden die meisten Motoren durch Batterien oder Brennstoffzellen elektrisch angetrieben werden. Einer der Hauptgründe, der die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen verzögert, ist die anspruchsvolle Entwicklung von Bipolarplatten. Ihre charakteristischen Anforderungen sind eine Herausforderung für jede Materialklasse, und keine erfüllt diese Anforderungen bisher vollständig. Bipolarplatten beeinflussen die gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte einer Brennstoffzelle, da sie in der Regel mehr als 80 % des Gewichts eines Brennstoffzellen-Stacks und fast zwei Drittel des Volumens ausmachen.

Ziele

Das Hauptziel des Projekts war die Herstellung von Bipolarplatten auf Composite-Basis für den Einsatz in Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen. Die mit verschiedenen Verfahren hergestellten Platten mussten folgende Eigenschaften erfüllen: elektrische Leitfähigkeit in Dickenrichtung > 50 S/cm, geringes Gewicht (maximale Dichte von 1,7 g/cm3), Temperatureinsatzbereich bis 120°C bzw. 180°C, Biegefestigkeit > 25 MPa und Plattendicke von 0,5 mm.

Die Platten wurden in kleinem (80 cm²) und in grossem Massstab (150 cm²) hergestellt, jeweils mit der charakteristischen Mikrostruktur der Bipolarplatten.

Ergebnis

Im Rahmen des Projekts haben wir innovative Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis für Bipolarplatten von Brennstoffzellen entwickelt. Die verarbeiteten Materialien zeigten eine gute Verarbeitbarkeit unter Verwendung eines kohlenstoffbasierten Füllstoffansatzes. Dies führt zu einer elektrischen Leitfähigkeit und einer Biegefestigkeit über den DOE Anforderungen. Zwei Fertigungsmethoden haben sich für die Formulierungen bewährt und sind für ein Upscaling bereit. Innerhalb dieser beiden Ansätze wurde die Reproduzierbarkeit der Kanäle der Bipolarplatten nachgewiesen.