Prototypen für Brennstoffzellen aus dem 3-D-Drucker

Metallische Bipolarplatten (BPP) werden in elektrochemischen Energiewandlern wie Brennstoffzellen und Elektrolyseuren eingesetzt. Bipolarplatten fungieren in der Brennstoffzelle quasi als eine Art »Lunge«: Sie sind für die Verteilung von Sauerstoff und Wasserstoff zuständig und sorgen dafür, dass der Strom aus der Brennstoffzelle abgeleitet werden kann. Für die Herstellung der Bleche für diese Platten werden entsprechende Stanz- und Umformwerkzeuge (Negativformen) benötigt. Diese Prototypenwerkzeuge werden bislang, auch in der Kleinserienphase, aufwendig aus Stahl hergestellt – mit entsprechend langen Herstellzeiten von bis zu mehreren Monaten.

Kostengünstige Presswerkzeuge

Die Firma Eisenhuth GmbH & Co. KG (Osterode Harz) hat ein neuartiges, ressourceneffizientes 3-D-Druckverfahren zur Herstellung von Werkzeugeinsätzen für Bipolarplatten aus Metall entwickelt. Der elektrisch und thermisch leitfähige Teil der Bipolarplatte wird in einer 3-D-Druck-Form gepresst und im Stanzverfahren hergestellt. Mit diesem innovativen Konzept lassenmsich Presswerkzeuge im Vergleich zu konventionellen Metallformen wesentlich einfacher, flexibler und kostengünstiger produzieren, was die wirtschaftliche Herstellung von Versuchsmustern, Kleinserien und Serienanläufe vereinfacht. Mit einem Werkzeug können rund 5 000 Teile hergestellt werden.

Hohe Leistung

Ziel von umfangreichen Untersuchungen in einer engen Kooperation mit dem Direct Manufacturing Research Center (DMRC) an der Universität Paderborn war es, ein für den Werkzeugeinsatz geeignetes Kunststoff-Material zu identifizieren und möglichst optimale Maschinen- und Prozesseinstellungen für das neue Druckverfahren zu finden. Die mithilfe des 3-D-Drucks hergestellte Negativform wurde in einen von Firma Eisenhuth entwickelten Teststand integriert. So konnten wichtige Kennwerte, wie etwa die sogenannte Strom-Spannungs-Kennlinie gemessen werden. Im Ergebnis weisen die im 3-D-Druck hergestellten metallischen Bipolarplatten beachtenswerte Leistungskennwerte auf: Die Leistung liegt bezogen auf die Fläche bei einer Blechzelle bei circa 470 mA/cm² bei 0,6 V Betriebsspannung. Eine vergleichbare Zelle mit einer grafitischen Platte hat eine Leistung von 290 mA/cm².

Ressourceneffizienz durch 3-D Druck

Die Produktion im neu entwickelten 3-D-Druck ermöglicht es, Kleinserien metallischer Bipolarplatten kosteneffizient herzustellen und damit einen Beitrag zur Ressourceneffizienz und für eine höhere Akzeptanz der Technologie zu leisten. Das Marktpotenzial der metallischen Blech-Bipolarplatten wird vor allem in der Kombination aus chemischer Stabilität und mechanischer Belastbarkeit der neuen Materialien gesehen. Das entwickelte Konzept ist auch auf andere Prozesse übertragbar, beispielsweise für die Fertigung von Wärmetauschern.

Projektthema
Effizientes Herstellungsverfahren für metallische Bipolarplatten zum Einsatz in Brennstoffzellen

Projektdurchführung
Eisenhuth GmbH & Co. KG
Friedrich-Ebert-Straße 203
37520 Osterode am Harz
Telefon: 05522 | 9067-14
E-Mail: t.hickmann@eisenhuth.de
www.eisenhuth.de

 
Kooperationspartner
Direct Manufacturing Research Center (DMRC)
an der Universität Paderborn
Mersinweg 100
33098 Paderborn
https://dmrc.uni-paderborn.de

AZ 32644