Neues Fügeverfahren für das effiziente Herstellen von Brennstoffzellen

Mit Scope (Eigenschreibweise: SCoPE) starten das Kunststoff-Zentrum SKZ und das ZBT – Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH ein Forschungsprojekt zur Entwicklung eines einstufigen Schweißverfahrens für Bipolarplatten. Ziel ist eine wirtschaftliche und effiziente Herstellungslösung – insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen.

Bipolarplatten: Maßgeblicher Kostenfaktor einer Brennstoffzelle

Bipolarplatten beeinflussen maßgeblich die Kosten, das Gewicht sowie die Leistungsdichte von Brennstoffzellen. Im Rahmen von Scope sollen Bipolarhalbplatten aus hochgefüllten Polymer-Compounds mittels Folienextrusion gefertigt und anschließend geprägt werden. Diese dünnwandigen Bauteile – mit Wandstärken von unter 0,5 mm – sollen im weiteren Projektverlauf durch ein neu entwickeltes Schweißverfahren zu funktionsfähigen Bipolarplatten mediendicht gefügt werden.

Entwicklung eines Fügeprozesses ohne Fremdmaterial

Ein Schwerpunkt des Projekts liegt darauf, einen schnellen einstufigen und damit besonders effizienten und kostengünstigen Fügeprozess ohne Fremdmaterial wie Klebstoffe zu entwickeln und zu evaluieren. Dabei sollen bestehende Technologien wie Wärmekontaktschweißen, Wärmeimpulsschweißen und Ultraschallschweißen eingesetzt, das Schweißverfahren mit dem höchsten Anwendungspotential identifiziert und dessen Prozessparameter gezielt optimiert werden, um den besonderen Anforderungen hochgefüllter Materialien gerecht zu werden.

Verbesserung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit an den Fügestellen

Insbesondere sollen im Projektverlauf Lösungen erarbeitet werden, um die Herausforderungen durch den hohen Füllstoffanteil – etwa durch Ruß und Graphit – zu beherrschen. Ziel ist es, die mechanische und chemische Stabilität der Fügeverbindungen sowie die elektrische und thermische Leitfähigkeit an den Fügestellen deutlich zu verbessern. Darüber hinaus ist vorgesehen, die entwickelten Ansätze an einem industrienahen Demonstrator zu validieren.

„Mit SCoPE verfolgen wir das Ziel, ein robustes und wirtschaftliches Fügeverfahren zu entwickeln, das insbesondere KMU den Einstieg in die Serienfertigung von Bipolarplatten erleichtert“, erklärt Dr. Lisa Stiegler, Senior Scientist am SKZ in der Gruppe Thermisches Fügen. „Damit möchten wir die Grundlage für eine breitere industrielle Umsetzung der Brennstoffzellentechnologie schaffen.“

Weiterentwicklung der Wasserstofftechnik

Neben der Fügekompetenz aus dem SKZ bringt das ZBT seine Expertise in den Bereichen Compoundentwicklung, Extrusion und Stack-Testing in das Projekt ein. Ein projektbegleitender Ausschuss mit Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette unterstützt die Entwicklung zusätzlich.

Mit Scope sollen wichtige Grundlagen geschaffen werden, um die Wasserstofftechnik weiter voranzubringen und neue Marktpotenziale für die Kunststoffverarbeitung und den Maschinenbau zu erschließen.

(Quelle: SKZ)