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06.02.2019 | Batterie | Nachricht | Onlineartikel

Flexible Polymer-Bipolarplatten machen kompakte Akkus möglich

Autor:
Christiane Köllner

Fraunhofer-Forscher haben flexible und extrem dünne Bipolarplatten entwickelt. Diese neuen Bipolarplatten ermöglichen kompakte und preiswerte Akkusysteme. 

Forscher am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) haben Bipolarplatten aus elektrisch leitfähig eingestellten Polymeren hergestellt. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Platten realisieren und – verglichen mit konventionellen mit Kabeln verbundenen Zellen – über 80 Prozent des Materials einsparen.

In Batterien und Brennstoffzellen verbinden Bipolarplatten mehrere Zellen eines Zellstapels kompakt, ressourcenschonend und vollflächig miteinander. Die Bipolarplatten bestehen bislang entweder aus Metall und sind somit anfällig für Korrosion. Oder sie werden aus einem Kunststoff-Kohlenstoff-Gemisch gefertigt, müssen dann allerdings herstellungsbedingt mindestens mehrere Millimeter dick sein. Die nun vom Fraunhofer Umsicht entwickelte Alternative soll die beiden Nachteile überwinden. 

Korrosionsfest, verschweißbar und flexibel

Die neue Lösung mit Polymeren biete laut den Forschern zahlreiche Vorteile. Zum einen korrodiert das Material nicht. Zudem lasse es sich nachträglich umformen. So könnten beispielsweise Strukturen hinein geprägt werden, wie sie für Brennstoffzellen wichtig seien. Zudem ließen sich die neuartigen Bipolarplatten verschweißen, so dass das erhaltene Batteriesystem absolut dicht sei. Darüber hinaus können die Wissenschaftler die Eigenschaften der Bipolarplatten an die jeweiligen Anforderungen anpassen. "Möglich sind sowohl Platten, die so biegsam und flexibel sind, dass man sie um den Finger wickeln kann, als auch brettharte", konkretisiert Dr.-Ing. Anna Grevé, Abteilungsleiterin am Fraunhofer Umsicht.

Herstellung durch Rolle-zu-Rolle-Verfahren

Die Herausforderung lag laut den Forschern vor allem in der Entwicklung des Materials und des Herstellungsprozesses. "Zwar verwenden wir marktübliche Polymere und Graphite. Das Geheimnis liegt jedoch im Rezept", sagt Grevé. Da das Material zu etwa 80 Prozent aus Graphiten und nur zu etwa 20 Prozent aus Kunststoffen besteht, hätten die Verarbeitungsprozesse mit der üblichen Kunststoffverarbeitung nur wenig gemein. Das Forscherteam vom Fraunhofer Umsicht entschied sich für das Rolle-zu Rolle-Verfahren, das eine kostengünstige Herstellung erlaubt, und passte dieses an. »Wir konnten alle Anforderungen innerhalb eines Prozesses erfüllen. Die Platten können daher so verwendet werden, wie sie aus der Anlage kommen«, erläutert Grevé. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens: Die Platten lassen sich in beliebiger Größe herstellen.

Gemeinsam mit der Firma Saueressig haben die Fraunhofer-Forscher den bisherigen Produktionsprozess von Bipolarplatten für Brennstoffzellen in ein kontinuierliches Verfahren übertragen. Gefördert wurde das Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi. Auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April 2019 präsentieren die Forscher eine 3,2 Quadratmeter große Bipolarplatte, die den Bau großskaliger Redox-Flow-Batterien ermöglichen soll.

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