Bipolarplatten-Produktion

Technologiebaukasten Produktionsverfahren#

Vergleich verschiedener Produktionsverfahren zur Herstellung von Bipolarplatten

Herkömmlich werden die Bipolarplatten durch Tiefziehen gefertigt. Dieses Verfahren ermöglicht mittlere Fertigungsmengen bei allerdings vergleichsweise hohen Kosten. Unsere Forscherinnen und Forscher haben deshalb in einem Forschungsprojekt verschiedene Produktionsverfahren für Bipolarplatten untersucht und miteinander vergleichen. Im Ergebnis zeigt sich, dass nicht jedes Verfahren für jede Art von Bipolarplatte geeignet ist.

Entscheidend für die Effektivität des Produktionsverfahrens ist u. a. das Anwendungsfeld. Neben der Produktionsrate spielt es eben auch eine Rolle, in welcher Art von Brennstoffzelle die Platten später eingesetzt werden, also ob es bspw. um eine mobile oder stationäre Anwendung geht. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse fließen in den Technologiebaukasten und bieten der produzierenden Industrie eine hervorragende Basis, das jeweils optimale Herstellungsverfahren zu finden: Von der inkrementellen Umformung bzw. dem Hydroforming für Miniserien über das herkömmliche Tiefziehen für mittlere Mengen oder das Walzprägen für größte Stückzahlen.  

Verdopplung der Produktionsrate#

Am Fraunhofer IWU durch HBU hergestellte, technologieoptimierte Bipolarplatte aus Edelstahl für PEM-Brennstoffzellen

Auf dem Weg in Richtung einer wettbewerbsfähigen Massenfertigung von Bipolarplatten ist ein erster wichtiger Zwischenschritt bereits erfolgreich absolviert: Die Flussfeldgeometrie einer Bipolarplatte wurde so weiterentwickelt, dass diese neben den gängigen auch mit alternativen Verfahren, wie zum Beispiel dem kontinuierlichen Walzprägen, herstellbar ist. Prototypen wurden bereits mit dem Verfahren des Hydroforming, auch Hochdruck-Blechumformung (HBU) genannt, realisiert. Bei diesem werden dünne Metallfolien mit einer Stärke von 0,05 mm bis 0,1 mm mit Wasser in die Form einer Bipolarplatte gepresst. Dabei wirkt ein Druck von 200 Megapascal (MPa). Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren lassen sich Bipolarplatten auf diese Weise präziser ausformen und federn weniger zurück. Es entstehen also mehr qualitativ hochwertige Platten. Zudem wird nur eine Anpressform benötigt.

Aktuell arbeiten die Forscherinnen und Forscher daran, den nächsten Technologieschritt in Richtung Massenfertigung zu gehen und diese Bipolarplatte mit dem Verfahren des kontinuierlichen Walzprägens zu fertigen. Ziel ist es dabei, eine Produktionsrate von mindestens 120 Bipolarplatten pro Minute zu erreichen. Das ist ungefähr das Doppelte von dem, was Industrieunternehmen momentan mit klassischem Tiefziehen oder Prägen erreichen. Wichtig dabei: Am Wirkungsgrad der Brennstoffzellen ändert dies nichts, der bleibt stabil auf hohem Niveau.

Referenzfabrik: Massenfertigung durch Kontinuierliches Walzen#