Fraunhofer IWU will Bipolarplatten günstiger herstellen
In der Mitteilung spricht das Fraunhofer IWU sogar davon, dass die neue Anlage die Herstellung von Bipolarplatten „revolutioniert“. Denn in der „BPPflexRoll“ genannten Maschine sieht das Institut einen „wichtigen Schritt in Richtung Kostensenkung und Massenproduktion von Bipolarplatten“. Solche Bipolarplatten werden sowohl in Brennstoffzellen als auch in Elektrolyseuren benötigt.
In beiden Fällen umschließen die Bipolarplatten die Wandlungskomponenten – in der Brennstoffzelle ist das die MEA (Membran-Elektroden-Einheit), in Elektrolyseuren spricht man von der CCM (Catalyst Coated Membrane). In einem Brennstoffzellenstack ermöglicht der doppelwandige Aufbau der Bipolarplatten das Strömen von Sauerstoff und Wasserstoff zu beiden Seiten der MEA und eine Wasserkühlung des Stacks. Das verlangt aber dünne und sehr präzise Strukturen, was die Herstellung verhältnismäßig teuer macht – vor allem in der sogenannten diskontinuierlichen Batch-Fertigung.
„Bipolarplatten bestehen aus jeweils zwei Edelstahl-Halbplatten, auf die in einem diskontinuierlichen Umformungsprozess Strukturen für den Gasfluss und die Wärmeabfuhr geprägt und die dann gefügt werden“, erklärt Stefan Polster, Leiter der Gruppe Blechbearbeitung und Werkzeugauslegung am Fraunhofer IWU. „Unser Hohlprägewalzverfahren hat das Potenzial, diese diskontinuierlichen Prozessketten bzw. Fertigungsschritte durch ein kontinuierliches Verfahren abzulösen, das ohne Verfahrenspausen auskommt und damit eine hohe Stückzahlausbringung erlaubt.“
Um Brennstoffzellen und Elektrolyseure günstiger in der Produktion zu machen, haben Teams des Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Profiroll Technologies GmbH eine prototypische Anlage zum Hohlprägewalzen entwickelt. Die Fertigungslinie befindet sich am Fraunhofer IWU in Chemnitz im Einsatz. Sie verfügt bereits über eine Steuerungstechnik und ein Bedienkonzept, die in wesentlichen Punkten einer industriellen Anlage entsprechen. „Ein Vorteil des Hohlprägewalzens sind insbesondere die höheren Prozessgeschwindigkeiten. Pro Minute lassen sich bis zu 120 BPP-Halbplatten fertigen“, sagt Robin Kurth, Gruppenleiter für Umformmaschinen am Fraunhofer IWU.
Anstatt die Edelstahl-Halbplatten einzeln zu prägen und dann zusammenzufügen, wollen die Chemnitzer die Struktur der Bipolarplatte mit Hilfe eines Walzenpaars einprägen, durch welches das dazwischen eingespannte, hauchdünne Metallband kontinuierlich läuft. „Da die Walzen zum Ausformen der Strömungskanäle mit dem Werkstück annähernd nur einen Linienkontakt haben, können die Prozesskräfte durch die schrittweise Umformung im Vergleich zum konventionellen Hohlprägen durchschnittlich um den Faktor 10 reduziert werden. Dies führt zu einer kleineren, kostengünstigeren Anlagentechnik“, so das Institut.
Auf der Hannover Messe präsentieren die Forschenden vom 22. bis 26. April auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand mit einer Walze eine Anlagenkomponente sowie damit gefertigte Bipolarplatten.
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