Neu gestartet: „TheBiPo“ – Thermoformen von Bipolarplatten für Brennstoffzellen

Um Brennstoffzellen fit für eine kostengünstige Massenproduktion zu machen, untersucht das ZBT neue, kreative Methoden. Die Idee beim jetzt gestarteten Projekt „TheBiPo“: aus Graphit-Polymer-Compound eine Folie extrudieren und diese gleich im Anschluss zu fertigen Bipolarplatten thermoformen.

Im Projektvorhaben „TheBiPo“ entwickelt das ZBT gemeinsam mit dem Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart die Herstellung einer thermogeformten Bipolarplatte (BPP) aus wärme- und elektrisch leitenden Folien für die Anwendung in PEM-Brennstoffzellen. In dem Prozess soll in einem kontinuierlichen Verfahren eine Folie aus Graphit-Polymer-Compound direkt aus der Extruderschmelze über eine Breitschlitzdüse und ein Walzwerk hergestellt und in einem anschließenden Thermoformprozess in die finale Bauteilgeometrie überführt werden.

Zusätzlich wollen die Forscher:innen auch ein Brennstoffzellensystem an die neuartigen, besonders dünnen graphitischen Bipolarplatten anpassen. Zuletzt sollen die neuen BPP in einem Brennstoffzellen-Stacktest charakterisiert werden.

Die Thermoformung elektrisch- und wärmeleitfähiger Kunststofffolien bietet dabei das Potenzial, die Herstellkosten von PEM-Brennstoffzellen signifikant zu senken. Mittels Thermoformen lassen sich besonders großflächige und dünnwandige Bauteile wirtschaftlich herstellen, was dem Anforderungsprofil für BPP entspricht.

Folienextrusion und Thermoformen werden mit anderen Materialien in der Praxis bereits beherrscht. Die beiden Technologien auf Extrusion und Umformung wärmeleitfähiger und elektrisch leitender Kunststoffe zu übertragen bringt allerdings – speziell wegen der nötigen feinen Strukturen – noch viele offene Entwicklungsaufgaben mit sich. Zentrale Herausforderung: die hohe Viskosität der verwendeten hochgefüllten Werkstoffe, die bei Scher- und Dehnbeanspruchung zu veränderten Fließeigenschaften gegenüber den Basiskunststoffen führt. Bei der Durchführung des Vorhabens ergänzen sich die komplementären Kompetenzen des ZBT – Zentrum für BrennstoffzellenTechnik und des IKT Stuttgart optimal.

„Vor allem die Definition von Verarbeitungsrichtlinien zur Herstellung von BPP mittels Extrusion und Thermoformung wird allen relevanten Unternehmen innerhalb der Wertschöpfungskette nutzen“, ist sich Paul Stannek vom ZBT sicher. So kann ein großer potentieller Nutzerkreis von KMU von den Ergebnissen dieses Projekts profitieren.

Partner: Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart

IGF-Nr.: 22905 N

Bewilligungszeitraum: 1. Juli 2023 bis 31. Dezember 2025

Bildersammlung

Tiefziehanlage des IKT Stuttgart

Folienfertigungsanlage am ZBT

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