Bipolarplatten sind zentrale Komponenten von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren

Mit standardisierten Verfahren zur Messung physikalischer Parameter will ein Konsortium aus sechs großen deutschen Forschungseinrichtungen, darunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Brennstoffzellen-technologie den Weg zur Wettbewerbsfähigkeit ebnen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur und der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) geförderten Verbundvorhabens “BePPel” (Bipolarplatten für Brennstoff-zellen und Elektrolyseure) sollen die von der Industrie geforderten Messstandards im Sinne einer verbesserten Qualitätsüberwachung bis September 2019 entwickelt und implementiert werden.

Stärkung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie

“Standards sind ein essentieller Bestandteil im Hinblick auf die sich weiterentwickelnde Wasserstoff-Industrie und zwingend notwendig, um die Brennstoffzellentechnologie in der Automobilbranche sowie bei der Anwendung in stationären Systemen zu integrieren und marktfähig zu machen”, betont  Alexander Dyck, Leiter der Abteilung Brennstoffzellen beim DLR. Vor diesem Hintergrund leiste das Vorhaben durch den Aufbau einer international wettbewerbsfähigen Zuliefererindustrie einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Verkehrssektor und im Energiemarkt.

Bipolarplatte mit Flussfeld – Im Projekt “BePPel” wurden einheitliche Messstandards für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeiten von graphitbasierten Bipolarplatten für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen und Elektrolyseuren definiert – Foto © DLR

Projektbeteiligte sind neben dem DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme, das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung BW, das Forschungszentrum Jülich, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme und das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie. Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik ist mit dem Projekt assoziiert.

Messstandards für elektrische Leitfähigkeiten und Kontaktwiderstände

Im Detail fokussiert sich das “BePPel”-Projekt auf eine Definition der Messstandards der elektrischen Leitfähigkeiten und der Kontaktwiderstände an den graphitischen und metallischen Bipolarplatten.

“Dabei berücksichtigen wir sowohl die Querleitfähigkeit, also die In-Plane-, als auch die Leitfähigkeit orthogonal zur Fläche – die sogenannte Through-Plane-Leitfähigkeit – in Brennstoffzellensystemen mit Niedertemperatur- und Hochtemperatur- Anwendungen. Diese sind wesentliche Parameter für die Güte einer Bipolarplatte. Die Messung in Through-Plane-Richtung ist für den späteren Einsatz in bipolar aufgebauten Systemen ein relevanter Parameter, da auch der Strom dort im Wesentlichen orthogonal zur Fläche der Bipolarplatte fließt. Da gerade bei großen Zellen die Stromerzeugung über die Fläche nicht zwingend homogen ist, darf auch die In-Plane-Leitfähigkeit nicht vernachlässigt werden”, erläutert Nadine Pilinski, BePPel-Projektleiterin beim DLR. “Präzise Vergleichswerte erzielen die beteiligten Institute durch einen Ringvergleich – den sogenannten ‘Round-Robin-Test’ –, so dass wir der Deutschen Industrie zum Projektabschluss ein kostengünstiges produktionsbegleitendes Messsystem für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Brennstoffzellen-Komponenten, basierend auf der im Projekt entwickelten Messmethode, zur Verfügung stellen können.”

Projektergebnisse Basis für künftige Industriestandards 

In der Massenfertigung von Bipolarplatten könnten Hersteller und OEM-Kunden die verbesserten Möglichkeiten zur Qualitätskontrolle künftig zum Beispiel zur online-Prozesskontrolle sowie zur Übertragung der entwickelten Messmethode in einen Industriestandard nutzen. Weitere Vorteile ergäben sich für die Industrie aus dem deutlich reduzierten Aufwand für die Warenausgangs- sowie Eingangskontrolle im Rahmen eines firmeninternen Qualitätsmanagements sowie durch die große Verringerung der Plattenfertigungs- und Systemherstellungskosten, da fehlerhafte Platten frühzeitig aus dem Fertigungsprozess genommen werden könnten. Zudem sei eine Harmonisierung der Testverfahren bei den verschiedenen Zulieferern und Stack-Herstellern wichtig, um verlässliche, nachvollziehbare Daten zu erhalten und eine größere Markttransparenz zu schaffen, so die Wissenschaftler vom DLR.

->Quelle: Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (dlr).de/dlr/presse