Brennstoffzellen: Fraunhofer-IWU entwickelt großserienfähige Bipolarplatten

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Am Fraunhofer-IWU hergestellte, technologieoptimierte Bipolarplatte aus Edelstahl für PEM-Brennstoffzellen.
Quelle: Fraunhofer IWU

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU setzt Herstellungsverfahren für Bipolarplatten für Brennstoffzellen ein, die eine kostengünstigere Produktion in Großserie ermöglichen. Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, das seinen Sitz ebenfalls in Chemnitz hat, arbeiten die Forscher an der komplett großserienfähigen Brennstoffzelle: der ‚Chemnitz Fuel Cell‘ (CFC). „Wir wollen mit der CFC in der ersten Liga der Brennstoffzellen-Produktion spielen“, sagte Ulrike Beyer, Leiterin des Taskforce Wasserstoff@IWU.

Das IWU erhält eigenen Angaben zufolge jetzt auch zwei Mio. Euro Fördermittel für einen Brennstoffzellen-Prüfstand, mit dem zum Beispiel ermittelt werden kann, inwiefern ein bestimmtes Bipolarplatten-Design den Wirkungsgrad von Brennstoffzellen beeinflusst. „Zugleich können wir bei der Fertigung Sensoren einbauen, die eine bessere Steuerung der Brennstoffzellen im Betrieb möglich machen“, erklärt Sören Scheffler, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Taskforce Wasserstoff@IWU.

Nach wie vor werden Brennstoffzellen und viele ihrer Einzelteile – wie etwa Bipolarplatten und Stacks – nicht industriell in Großserien gefertigt. Das macht Brennstoffzellen unnötig teuer und verhindert ihren breiten Einsatz in Fahrzeugen oder in Gebäuden. Am Fraunhofer-IWU werden die Bipolarplatten nicht mehr nur geprägt oder tiefgezogen wie bisher, sondern entstehen auch mittels Hydroforming oder Walzverfahren. Beim Hydroforming, auch Hochdruck-Blechumformung (HBU) genannt, werden dünne Metallfolien mit Wasser in die Form einer Bipolarplatte gepresst. 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.

Produktionsrate von Bipolarplatten soll verdoppelt werden

„Wir haben die Flussfeldgeometrie unserer Bipolarplatte so weiterentwickelt, dass diese neben den gängigen auch mit alternativen Verfahren, wie zum Beispiel dem kontinuierlichen Walzprägen, herstellbar ist“, erläutert Sebastian Melzer, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung für Blechbearbeitung am Fraunhofer-IWU. „Das ist der nächste Technologieschritt in Richtung Massenfertigung. Wir wollen eine Produktionsrate von mindestens 120 Bipolarplatten pro Minute erreichen. Das ist ungefähr das Doppelte von dem, was Industrieunternehmen momentan mit klassischem Tiefziehen oder Prägen schaffen.“

Das Fraunhofer IWU optimiert aber nicht nur ein Produktionsverfahren für Bipolarplatten. Dipl.-Ing. (BA) Stefan Polster, Leiter der Forschungsgruppe für Blechumformung: „Unser Ziel sind höchste Produktionsraten, aber nicht jedes Verfahren ist für jede Art von Bipolarplatte geeignet.“ Das hängt vom Anwendungsfeld ab, ob es um eine mobile oder stationäre Anwendung geht. „Letztlich kommt es darauf an, das jeweils optimale Herstellungsverfahren zu finden, ob es nun die inkrementelle Umformung beziehungsweise das Hydroforming für Miniserien sind, das herkömmliche Tiefziehen für mittlere Mengen oder eben das Walzprägen für größte Stückzahlen“, erklärte Polster.

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