Bipolarplatten für mobile Brennstoffzellen-Anwendungen

Brennstoffzellen haben das Potenzial, die Mobilität der Zukunft entscheidend zu prägen. Doch um dieses Potenzial voll auszuschöpfen, müssen Hersteller eine zentrale Herausforderung bewältigen: die Entwicklung korrosionsstabiler und hoch leitfähiger Bipolarplatten von geringer Materialdicke und hoher Lebensdauer. Die gegenwärtig etablierten metallischen Bipolarplatten bieten zwar eine hohe Leitfähigkeit, neigen jedoch zu Korrosion und sind teuer in der Herstellung. Um diese Probleme zu umgehen, werden korrosionsstabile Komposit-Bipolarplatten aus etablierten Verfahren wie Spritzguss, Heißpressen, Extrusion oder Compression Molding genutzt. Sie stoßen jedoch ebenfalls an ihre Grenzen, weil diese Verfahren oft mit hohen Produktionskosten und Einschränkungen hinsichtlich der Designflexibilität verbunden sind. Zudem resultieren sie häufig in höheren Materialdicken, die die spezifische Leistungsdichte der Brennstoffzellen negativ beeinflussen. Begrenzte Produktionsgeschwindigkeit und hoher Energieverbrauch stellen weitere Hindernisse dar, die eine effiziente und skalierbare Produktion erschweren.

Die ultradünnen, thermisch und elektrisch leitfähigen Komposit-Bipolarplatten von Fraunhofer UMSICHT bieten eine kosteneffiziente und langlebige Alternative, die speziell für mobile Anwendungen optimiert ist:

• Effiziente Herstellung: Unsere Bipolarplatten werden kosteneffizient im kontinuierlichen Pulver-zu-Rolle-Verfahren hergestellt, das eine ressourcenschonende Produktion in geringen Materialstärken (0,1 – 1,0 mm) ermöglicht.
• Flexible Materialanpassung: Ein breites Spektrum an Einsatzstoffen wie thermoplastische Binderpolymere und leitfähige Füllstoffe erlaubt eine anwendungsspezifische Optimierung der Materialien. Die physikalischen und elektrischen Eigenschaften sowie die Materialdicke sind einstellbar und qualifizieren das Material für verschiedene Anwendungen.
• Vielseitige Gestaltungsmöglichkeiten: Durch ihre Umformbarkeit, Laminierbarkeit und Verschweißbarkeit bieten unsere Bipolarplatten die Möglichkeit, den Brennstoffzellen-Stack individuell und flexibel zu gestalten. So können Sie Ihre spezifischen Designanforderungen umsetzen.
• Ganzheitliche Werkstoffbetrachtung: Unsere Expertise deckt den gesamten Prozess ab, von der Materialauswahl und Rezepturentwicklung über die Folienherstellung und Nachbehandlung (Umformen, Fügen, Entschichten, Funktionalisieren) bis hin zur umfassenden Materialcharakterisierung. So erhalten Sie eine fundierte Bewertung der Eignung der Materialien oder Komponenten für die jeweilige Anwendung.
• Unterstützung bei Realversuchen: Um den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis zu gewährleisten, stellen wir Ihnen Mustermengen im industriellen Maßstab zur Verfügung. Über unsere Inhouse-Materialprüftechnik bieten wir Ihnen alles aus einer Hand – von der Laborphase bis hin zu großangelegten Realversuchen.
• Unterstützung bei spezifischen Entwicklungsfragestellungen: Wir bieten maßgeschneiderte Lösungen für Ihre spezifischen Herausforderungen, z. B. bei der Verschweißbarkeit von thermoplastischen Kompositfolien oder der Entwicklung und Integration von mehrlagigen Verbundkomponenten.

Ihre Benefits:

• Materialentwicklung und Fertigungstechnik: Profitieren Sie von unserer umfassenden Expertise in der Materialentwicklung und Fertigungstechnik, die Ihnen innovative, maßgeschneiderte Lösungen für Ihre spezifischen Anwendungen bietet. Unser interdisziplinäres Team arbeitet eng mit Ihnen zusammen, um sowohl die Materialeigenschaften als auch die Produktionsprozesse optimal auf Ihre Anforderungen abzustimmen.
• Durchgängige Betreuung: Sie haben eine zentrale Ansprechperson, die Sie vom Labor bis hin zu großtechnischen Anwendungen begleitet.
• Inhouse-Materialprüftechnik: Alle relevanten Prüfungen und Charakterisierungen werden direkt bei uns durchgeführt, was die Entwicklungszeit verkürzt und die Zuverlässigkeit erhöht.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit uns:

• Direktauftrag
  Sie können uns direkt mit der Entwicklung von Lösungswegen für Ihre Bipolarplatten-Fragestellung beauftragen. Im Gespräch klären wir gemeinsam die Rahmenbedingungen, wie wir Ihr Unternehmen mit unserem Know-how und unserer Infrastruktur erfolgreich weiterbringen können. Es folgen Angebotserstellung und die iterative Materialentwicklung inklusive Charakterisierung im engen Austausch mit Ihnen.
• Verbundprojekt
  Wir können auch gemeinsam mit mehreren Partnern an einer Lösung für Ihre Herausforderung arbeiten – meist im Rahmen einer öffentlichen Förderung. Dazu greifen wir auf ein großes Netzwerk aus Industrie, Forschung, Gesellschaft und dem Umfeld der Fraunhofer-Institute zurück. Wir sind routiniert sowohl in der Auswahl von Förderprogrammen als auch in der Projektbeantragung, bringen innovative Impulse in die Bearbeitung ein und gestalten anschließend den Transfer in den Markt gemeinsam mit Ihnen und weiteren Partnern.
• Lizenzierung
  Die Einräumung von Lizenzen an unseren Schutzrechten kann auf verschiedene Arten stattfinden und ist immer individuell. Gemeinsam besprechen wir die für Sie passenden Schritte persönlich, stimmen Rahmenbedingungen für Ihr Geschäftsmodell und Produkt unternehmensspezifisch ab.

»Wir wollen Technik von übermorgen adressieren«: Prof. Dr.-Ing. Anna Grevé über die Produktion von Brennstoffzellen

zum Interview vom 19. Juni 2023