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02.09.2014 | Fertigungstechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Brennstoffzellen einfach kleben

Autor:
Rainer Dettmar

Brennstoffzellenstacks aus geklebten Bipolarplatten sind ebenso leistungsstark, effizient und haltbar wie herkömmlich produzierte. Zudem sind sie leitfähiger und die Montage wird vereinfacht.

Klebtechnische Montagetechniken zur Verbindung  grafitischer und metallischer Bipolar-Halbplatten zu Bipolarplatten (BPP) für PEM-Brennstoffzellen standen im Fokus des IGF-Vorhabens 17.062 N/1. Das Institut für Füge- und Schweißtechnik ifs der TU Braunschweig und das Duisburger Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT führten die Untersuchung im Auftrag der Forschungsvereinigung Dechema durch. Projekttitel: „Untersuchung des Einsatzes von Klebstoffen zur Herstellung von Bipolarplatten zur Vereinfachung der Montage sowie zur Verminderung von Leckagemöglichkeiten in Brennstoffzellenstacks – Fuel Cell Bond“.
Bessere Leitfähigkeit, reduzierte Gasleckage und vereinfachte Montage – diese Projektziele konnten vor allem durch speziell formulierte Klebstoffe und deren Applikation durch Walzen erreicht werden. Die Entwicklung kleboptimierter und spritzgießbarer Bipolarplatten trug laut Projektbericht ebenfalls zum Erfolg bei.

Auf den Füllstoff kommt es an

Zwei Klebstoffe hatten sich in Vorversuche als besonders geeignet herausgestellt, wobei es vor allem auf elektrisch leitfähige Füllstoffe ankam. Das Problem: Typische metallische Füllstoffe wie Gold, Nickel oder Silber neigen unter den Betriebsbedingungen einer Brennstoffzelle zu Korrosion. Zudem sind sie sehr teuer. Günstigere Alternativen fanden die Braunschweiger und Duisburger Forscher in Ruß und Grafit sowie in harten Titannitrid-Partikeln, die als Abstandshalter und elektrische Kontaktierung zwischen den Substraten dienten.
Das Auftragen solcher Klebstoffe mit geeigneten Walzen lieferte „Oberflächen mit gleichbleibender Klebschichtdicke und niedrigen Widerständen“, so der Projektbericht. Sogar stark verzogene BPP, die bislang als Ausschussware galten, ließen sich verwenden. Dauer- und Zyklentests am Projektende zeigten schließlich: Klebtechnisch gefertigte Brennstoffzellenstacks auf Basis grafitischer Bipolarplatten bringen eine gleichwertige Leistung, Effizienz und Lebenserwartung wie Zellen mit Silikondichtungen. Die geklebten BPP wiesen aber eine deutlich höhere Leitfähigkeit auf, weniger Gas trat aus und die Stackmontage ließ sich deutlich beschleunigen.
Als nächster Schritt der Entwicklungen ist die Klebung der aktiven Seite der BPP geplant.

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