Wärmeübertragerplatten: ZBT erforscht Graphit-PPS als Alternative zu PFAS

PFAS könnten bald verboten werden. Kann für Wärmeübertragerplatten Graphit-Polyphenylensufid eine Alternative sein? Das ZBT entwickelt ein Extrusionsverfahren für dieses Material.

Hersteller von Wärmeübertragern stehen derzeit vor einem zentralen Problem: Das bevorzugte Material für einen wichtigen Temperaturbereich könnte bald nicht mehr zur Verfügung stehen – ein vielversprechendes Alternativmaterial ist aber noch zu aufwändig und teuer in der Anwendung. Ein ZBT-Forschungsprojekt stellt sich jetzt dieser Herausforderung.

Kunststoff-Wärmeübertrager für den Temperaturbereich von 80°C bis 130°C werden heute aus fluorierten oder teilfluorierten Thermoplasten gefertigt. Diese sehr langlebigen Werkstoffe gehören zur Gruppe der PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen). Chemische Verbindungen dieser Gruppe werden aufgrund ihrer extrem langen Beständigkeit auch Ewigkeitschemikalien genannt. Sie sind nicht biologisch abbaubar, reichern sich in der Umwelt, in Tieren und Menschen an und führen zu gesundheitlichen Risiken. Deshalb könnte diese Gruppe von Chemikalien in der EU bald verboten werden.

Graphit-PPS: beständig und gut leitend

Eine mögliche Alternative: Graphit-PPS – mit Graphit gefülltes Polyphenylensulfid. Es ist sehr temperatur- und medienbeständig und leitet sowohl Wärme als auch Elektrizität sehr gut. Allerdings ist dieses Material nicht für die Folienextrusion geeignet.

Ein Forschungsprojekt unter maßgeblicher Beteiligung des ZBT entwickelt derzeit ein innovatives Verfahren, mit dem die Extrusion von Graphit-PPS-Platten trotzdem gelingen soll. Dazu sollen umfangreiche Untersuchungen zur Extrusion von thermisch und elektrisch leitfähigen Graphit-PPS-Platten mittels Breitschlitzdüse durchgeführt werden. Ein solches Verfahren würde sich dann auch für die Produktion von Bipolarplatten für Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen eignen. Deshalb werden im Rahmen des Projekts auch Compound-Materialien optimiert, die speziell auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sind.

Extrusion und Prägung für Wärmeübertrager und Brennstoffzellen

Das zu entwickelnde Verfahren soll die Extrusion der Platten in der gewünschten Form und Größe ermöglichen. Anschließend werden die extrudierten Platten einem Prägeprozess unterzogen, bei dem entsprechende Kanalstrukturen eingebracht werden. Für beide Anwendungsfälle müssen Prägewerkzeuge erforscht und entwickelt werden, die eine präzise und effiziente Prägung der Platten ermöglichen.

Das Projekt schließt mit der Entwicklung und Erforschung neuer Wärmeübertrager und HT-PEM-Brennstoffzellen ab, die auf den entwickelten Graphit-PPS-Platten basieren. Hierzu werden die Platten hinsichtlich ihrer Leistung und Lebensdauer in der Brennstoffzelle sowie im Wärmetauscher qualifiziert. Dabei werden verschiedene Tests und Analysen durchgeführt, um die Eigenschaften und die Eignung der Platten für die jeweiligen Anwendungen zu bewerten.

Ein wichtiger Aspekt des Projekts besteht darin, die thermische und elektrische Leitfähigkeit der Graphit-PPS-Platten zu optimieren. Dies ist entscheidend für die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Wärmeübertrager und Brennstoffzellen. Durch die Verwendung von Graphit als leitfähigem Material können die Platten eine effektive Wärmeübertragung gewährleisten und gleichzeitig eine elektrische Leitfähigkeit für den Einsatz in Brennstoffzellen bieten.

Titel des Vorhabens:
Graphit-PPS-Platten für Wärmeübertrager und Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen
Projektakronym: GRETE
Fördermaßnahme:
Angewandte nichtnukleare Forschungsförderung im 7. Energieforschungsprogramm „Innovationen für die Energiewende“ laut Bekanntmachung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie vom 18. Juni 2021
Laufzeit: 1. Januar 2024 – 31. Dezember 2026 (3 Jahre)
Förderkennzeichen: 03EN5041F

Bildersammlung

Projektziel: Entwicklung einer Anlage zur Extrusion von Platten aus Graphit-PPS mit anschließender Prägung

Projekt GRETE: Das ZBT entwickelt gemeinsam mit Partnern ein Verfahren zur Extrusion von Graphit-PPS-Platten mittels Breitschlitzdüse für Wärmeübertrager und Brennstoffzellen.

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