Bipolarplatte
Eine Bipolarplatte ist ein wesentliches Bauteil in Brennstoffzellen, das zwei Funktionen erfüllt: Sie leitet den elektrischen Strom zwischen den einzelnen Brennstoffzellenmodulen und verteilt die Reaktantien (Wasserstoff und Sauerstoff) gleichmäßig über die Membran. Diese Platten bestehen typischerweise aus metallischen oder kohlenstoffbasierten Materialien und spielen eine entscheidende Rolle in der Effizienz und Langlebigkeit der Brennstoffzellen.
Materialauswahl
Die Materialwahl für Bipolarplatten ist von großer Bedeutung, da sie die elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Stabilität der Brennstoffzelle beeinflusst. Häufig verwendete Materialien sind:
- Grafit: Bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit, ist jedoch spröde und teuer in der Verarbeitung.
- Edelstahl: Weist gute mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auf, kann jedoch in sauren Umgebungen anfällig sein.
- Titan: Bietet ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften, ist jedoch sehr teuer.
- Aluminiumlegierungen: Sind kostengünstig und leicht, erfordern jedoch eine Schutzschicht gegen Korrosion.
Konventionelle Herstellungsmethoden
Traditionell werden Bipolarplatten durch Stanz- und Ätzverfahren oder durch Grafitfräsen hergestellt. Diese Methoden sind jedoch mit hohen Kosten und begrenzten Designmöglichkeiten verbunden. Zudem führen mechanische Belastungen und der Materialabtrag häufig zu einer geringeren Präzision und Oberflächenqualität der Platten.
- Stanzen und Ätzen: Diese Technik ist weit verbreitet für Metallplatten, aber teuer und zeitaufwendig, besonders für komplexe Strukturen.
- Grafitfräsen: Diese Methode bietet hohe Präzision, ist aber extrem teuer und weniger geeignet für Massenproduktion.
Innovative Herstellung mit dem FLUID forming FormBalancer
Die Herstellung von Bipolarplatten mit der Fuel Cell Erweiterung des FormBalancer von FLUID forming stellt eine innovative und kosteneffiziente Alternative zu den konventionellen Methoden dar. Hierbei werden Blechplatinen mittels Wasserdrücken von bis zu 4000 bar in die gewünschte Geometrie geformt. Dieser Prozess bietet mehrere Vorteile:
- Höhere Präzision und Oberflächenqualität: Durch den Hydroforming-Prozess wird eine exzellente Oberflächenbeschaffenheit und hohe geometrische Genauigkeit erzielt, die im Vergleich zur traditionellen Tiefziehtechnik Vorteile hat.
- Kosteneffizienz: Die Werkzeuge sind signifikant preiswerter und die Serienproduktion vollautomatisch, was zu niedrigen Stückkosten führt.
- Flexibilität in der Produktion: Der FormBalancer ermöglicht sowohl die vollautomatische Massenproduktion mit bis zu 1.400 Stück/h als auch die Herstellung von Prototypen und Kleinstserien im halbautomatischen Betrieb bzw. Handbetrieb.
- Vielfalt an Materialien: Der FormBalancer kann verschiedene Materialien wie Aluminiumlegierungen, Edelstähle und Titanlegierungen verarbeiten, wodurch eine breite Palette von Anwendungen abgedeckt wird. Die einsetzbare Materialstärke liegt zwischen 0,05 – 1 mm.
Die Nutzung des FormBalancers für die Herstellung von Bipolarplatten ermöglicht eine kosteneffiziente und präzise Fertigung, die den steigenden Anforderungen an Brennstoffzellentechnologien gerecht wird.
In einem Gastbeitrag im Branchen-Magazin MaschinenMarkt berichtet FLUID forming Geschäftsführer Bastian Wesselmann von den besonderen Vorzügen des Hydroforming für die Herstellung von Bipolarplatten.
Konkrete Anwendungsszenarien
Bipolarplatten finden Anwendung in verschiedenen Bereichen:
- Automobilindustrie: In Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen zur Verbesserung der Effizienz und Reichweite.
- Stationäre Energieversorgung: Für Brennstoffzellensysteme in Wohn- und Industriegebäuden zur nachhaltigen Energieerzeugung.
- Tragbare Geräte: In tragbaren Brennstoffzellen, die in elektronischen Geräten oder militärischen Anwendungen eingesetzt werden.
Infografik zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen mit dem FormBalancer (Quelle: FLUID formig)
Häufig gestellte Fragen zu Bipolarplatten
Eine Bipolarplatte ist ein kritisches Bauteil in Brennstoffzellen, das den elektrischen Strom zwischen den Zellenmodulen leitet und gleichzeitig die Reaktantien (Wasserstoff und Sauerstoff) gleichmäßig verteilt. Sie besteht typischerweise aus metallischen oder kohlenstoffbasierten Materialien und beeinflusst die Effizienz und Langlebigkeit der Brennstoffzelle maßgeblich.
Bipolarplatten finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:
- Automobilindustrie: In Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen zur Verbesserung der Effizienz und Reichweite.
- Stationäre Energieversorgung: Für Brennstoffzellensysteme in Wohn- und Industriegebäuden zur nachhaltigen Energieerzeugung.
- Tragbare Geräte: In tragbaren Brennstoffzellen, die in elektronischen Geräten oder militärischen Anwendungen eingesetzt werden.
Traditionell werden Bipolarplatten durch Verfahren wie Stanzen, Ätzen oder Grafitfräsen hergestellt. Eine moderne und effizientere Methode ist das Hydroforming mit dem FormBalancer von FLUID forming. Hierbei werden Blechplatinen mittels Wasserdrücken von bis zu 4000 bar in die gewünschte Geometrie geformt. Diese Technik bietet höhere Präzision, exzellente Oberflächenqualität und Kosteneffizienz.
Bipolarplatten können aus verschiedenen Materialien bestehen, die je nach Anforderungen ausgewählt werden:
- Grafit: Hervorragende Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit, jedoch spröde und teuer.
- Edelstahl: Gute mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, aber in sauren Umgebungen anfällig.
- Titan: Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften, jedoch sehr teuer.
- Aluminiumlegierungen: Kostengünstig und leicht, erfordern jedoch eine Schutzschicht gegen Korrosion.
Es gibt mehrere Hersteller von Bipolarplatten, die sich auf verschiedene Herstellungstechniken spezialisiert haben. Bei FLUID forming bieten wir mit dem FormBalancer eine innovative und kosteneffiziente Methode zur Herstellung von hochpräzisen Bipolarplatten an.
Eine Brennstoffzelle besteht aus mehreren Komponenten:
- Anode: Hier wird der Wasserstoff zu Protonen und Elektronen oxidiert.
- Kathode: Hier reagieren die Protonen und Elektronen mit Sauerstoff zu Wasser.
- Elektrolyt: Ein Material, das Protonen, aber keine Elektronen leitet, wodurch der elektrische Stromfluss durch den äußeren Stromkreis ermöglicht wird.
- Bipolarplatten: Sie leiten den elektrischen Strom zwischen den Zellen und verteilen die Reaktantien gleichmäßig.
Diese Komponenten arbeiten zusammen, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und dabei Wasser als Nebenprodukt zu erzeugen.
