Weiterentwicklung des Blechhydroforming zur Herstellung großflächiger Bipolarplatten mit einer Aktivfläche von 5.000cm²

Projekt Bipolarplatten 5000

Die Herstellbarkeit von Bipolarplatten im „kleinen Maßstab“ durch Hydroforming hat das Fraunhofer IWU bereits in mehreren Forschungsprojekten unter anderem anhand der IWU-Bipolarplatte mit einer Aktivfläche von ca. 300 cm² nachgewiesen. Dabei wurde umfassendes Prozessverständnis geschaffen und die Machbarkeit verschiedener geometrischer Strukturen untersucht. Ergänzend zu experimentellen Arbeiten wurde die Umformung von Folienwerkstoffen aus Edelstahl, Aluminium und Titan auch numerisch modelliert und berechnet. Im Bereich der werkzeugtechnischen Entwicklungen wurde ein Dichtsystem, das basierend auf einem Standard-O-Ring bis zu einem Druck von 400 MPa prozesssicher arbeitet, entwickelt und im Labormaßstab erprobt. Es ist offensichtlich, dass die Substitution der Patrize durch Wirkmedium beim Hydroforming die Werkzeugkosten und somit die Bauteilkosten erheblich reduziert. Darüber hinaus weisen so gefertigte Bipolarplatten einen sehr geringen Verzug auf und gestatten großen Freiheit bei der Gestaltung von Kanalquerschnitten.

Auf dieser Wissensgrundlage entwickelt das Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Finow Automotive GmbH das Verfahren im durch die AIF geförderten ZIM-Projekt BPP5000 weiter. Ziel ist, die oben genannten technischen und wirtschaftlichen Vorteile des Hydroformings zur Fertigung von Bipolarplatten für neue Anwendungsbereiche wie z. B. Wasserstoffelektrolyse und Transportwesen (Schifffahrt, Schienentransport) nutzbar zu machen. Hier gilt es, sehr große Bipolarplatten in moderaten Stückzahlen wirtschaftlich herzustellen. Vor diesem Hintergrund soll im Projekt die weltgrößte, in einen Hub umgeformte, metallische Bipolarplatte mit einer Aktivfläche von 5000 cm² gefertigt werden. Dies ist nach aktuellem Stand der Technik nur durch Hydroforming technisch und wirtschaftlich realisierbar. Deshalb wird ein Hydroforming-Prozess inklusive des dazugehörigen Werkzeugsystems zur Herstellung von Bipolarplatten aus Edelstahlfolien mit einer Aktivfläche von 5000 cm² entwickelt und realisiert.

Die Herausforderungen im Projekt BPP5000 sind:

  • die hochpräzise Ausrichtung von Werkzeugsegmenten mit filigraner Strukturen durch Erarbeitung eines geeigneten Werkzeugkonzeptes,
  • die Vermeidung jeglicher Verkippung des Werkzeuges in der Presse unter Volllast durch geeignete Werkzeug- und Prozessgestaltung,
  • die Weiterentwicklung / Skalierung des Dichtsystems sowie dessen Fertigung mit einer Schnurlänge von 4000 mm.