AiF-FV-Nummer 22342

Faserverstärkte Compound-Folien-Bipolarplatten für kompakte Leichtbau-Brennstoffzellen


Status & Laufzeit

Laufend: 01.07.2022 bis 30.06.2024

Forschungsstellen

  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

  • Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH Technische Universität Kaiserslautern
    Erwin-Schrödinger-Straße 58, 67663 Kaiserslautern
    https://www.ivw.uni-kl.de

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Projektvorhabens sollen hochgefüllte kalandrierte Compoundfolien mit Dicken unter 1 mm mit Kohlenstofffasern verstärkt werden, um den hohen thermischen und mechanischen Ansprüchen einer Niedertemperatur Brennstoffzelle Genüge zu leisten. Für die Folienenherstellung werden Materialrezepturen mit möglichst geringem elektrischem Widerstand entwickelt. 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 in die faserverstärkten Folien mittels variothermen Pressprozessen eingebracht, um somit funktionsfähige Folien-Bipolarplatten herzustellen. Die Umformung elektrisch- und wärmeleitfähiger Kunststofffolien bietet dabei durch das kontinuierliche Herstellungsverfahren das Potenzial die Herstellkosten von PEM-Brennstoffzellen signifikant zu senken und die BPP-Dicke zu reduzieren, sofern die umgeformten Folien aufgrund ihrer geringen Restwandstärke mechanisch ausreichend stabil sind. Um die mechanische Stabilität zu gewährleisten werden die Compoundfolien vor dem Umformen faserverstärkt. Die Massenproduktion von Bipolarplatten verteilt auf verschiedene KmU entlang der Wertschöpfungskette (Compoundherstellung, Folienextrusion, Verstärkung mit C-Fasern, Umformung/Prägung) ist dabei von der spezifischen Anwendung entkoppelt, so dass sich ein weites Einsatzspektrum mit verschiedenen Präge-Designs adressieren lässt. Das Herstellverfahren bietet die Chance, dass Massenanwendungen (Trucks, KWK) im mittleren Leistungsbereich bis hin zu großen MW-Anwendungen (stationäre Energieversorgung, Schifffahrt, Luftfahrt) von KMUs in der stark wachsenden Brennstoffzellenfertigung adressiert werden können.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.