Bipolarplatten Bipolarplatten sind flache Bauteile in Brennstoffzellen, die Strom erzeugen. Sie finden sich in Wasserstofffahrzeugen, Notstromaggregaten und industriellen Anwendungen. Bestimmte Materialien sind zwar langlebig, aber sehr teuer. Metallplatten weisen eine hohe Leitfähigkeit auf, Graphitplatten sind in der Regel chemikalienbeständiger, und Verbundwerkstoffe vereinen beides. Worauf kommt es also bei der Auswahl des Materials für Bipolarplatten an? Es geht darum, die richtige Balance für Ihre spezifische Anwendung zu finden. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Materialarten und hilft Ihnen bei der Auswahl des passenden Materials für Ihre Anwendung.
Was ist eine Bipolarplatte?
Bipolarplatten sind flache, dünne Platten, die zwischen den einzelnen Brennstoffzellen gestapelt werden, um vollständige Stromversorgungssysteme zu bilden. Sie sind wichtige Bauteile, die in Brennstoffzellenstapeln mehrere Funktionen erfüllen.
Zu den Funktionen von Bipolarplatten gehören unter anderem:
- Gasverteilung: Wasserstoff und Sauerstoff werden gleichmäßig über die aktive Fläche der Zellen verteilt.
- Elektrische Leitfähigkeit: Leitet Strom von Zelle zu Zelle und erzeugt so Reihenschaltungen.
- Wärmemanagement: Die Wärme wird über die in die Platten integrierten Kühlkanäle abgeführt.
- Strukturelle Unterstützung: Bereitstellung einer mechanischen Struktur für die Membranbaugruppen
Die Bezeichnung „bipolar“ beschreibt ihr elektrisches Verhalten. Eine Seite der Platte wirkt positiv auf eine Zelle, die andere negativ auf die benachbarte Zelle. Die meisten Platten sind 1–3 Millimeter dick und weisen komplexe Strömungskanäle auf, die in ihre Oberfläche geätzt sind. Diese Kanäle verteilen die Gase und führen gleichzeitig das bei den Reaktionen entstehende Wasser ab. Bipolarplatten können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Jedes Material bietet spezifische Vorteile für bestimmte Anwendungen.
Gängige Materialoptionen für bipolare Platten
Bei der Auswahl des Materials für Bipolarplatten geht es nicht darum, eine Universallösung zu finden, sondern vielmehr darum, die Materialeigenschaften an die spezifischen Anwendungsanforderungen anzupassen. Das Material der Bipolarplatte einer Brennstoffzelle beeinflusst deren Leistung.
Metallindustrie
Metalle sind nach wie vor das bevorzugte Material für Bipolarplatten, weil:
- Ausgezeichnete Leitfähigkeit für effektiven Transport von elektrischem Strom,
- Ausreichende mechanische Eigenschaften, um der Klemmkraft standzuhalten,
- Kann dünner gefertigt werden, um die Packungsdichte zu verbessern, und
- Etablierte, skalierbare Produktionssysteme zur Herstellung dicker Bleche.
Von diesen ist Edelstahl am weitesten verbreitet, aber auch Bipolarplatten aus Titan und Aluminium werden mit Schutzbeschichtungen eingesetzt, um die Korrosion dieser Substrate zu verringern.
Graphite
Graphit hat seine Vorteile aus folgenden Gründen:
- Gute chemische Beständigkeit in sauren oder alkalischen Umgebungen
- Beschichtungen sind nicht erforderlich, wodurch sich die Verarbeitungsvorgänge reduzieren.
- Es ist jedoch weniger zäh als Metalle.
Composite
Verbundwerkstoffe vereinen die Vorteile beider Welten, indem sie Polymere mit Kohlenstofffasern integrieren und Folgendes demonstrieren:
- Gute chemische Beständigkeit, vergleichbar mit Graphit
- Leitfähigkeiten, die für Energieanwendungen ausreichend sind, und
- Bieten zusätzliche Vorteile in Situationen, in denen Metalle oder Graphit die Bedürfnisse nicht direkt erfüllen.
Zu berücksichtigende Faktoren bei der Auswahl des Materials für bipolare Platten
Das Material, das Sie für Bipolarplatten wählen, beeinflusst deren Leistung. Hier sind einige der wichtigsten Faktoren, die Sie bei der Auswahl des Materials für Bipolarplatten berücksichtigen sollten:
- Korrosionsbeständigkeit: Um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten, sollten die Materialien unter Betriebsbedingungen Langzeitstabilität aufweisen.
- Elektrische und thermische Leitfähigkeit: Dieser Faktor ist wichtig für die Stromerzeugung und die Wärmeabfuhr. Metallische Werkstoffe weisen eine bessere elektrische Effizienz auf als Graphitwerkstoffe.
- Mechanische Festigkeit: Die Platten müssen ausreichend stabil sein, um die Klemmkräfte aufrechtzuerhalten, die den Brennstoffzellenstapel zusammenhalten. Sie dürfen beim Zusammenbau mit den anderen Komponenten des Stapels weder brechen noch sich verformen.
- Kosten: Die Kosten für Bipolarplatten erreichen einen erheblichen Anteil der Gesamtkosten des Brennstoffzellenstapels. Daher muss die Materialauswahl hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die wirtschaftliche Rentabilität von Brennstoffzellensystemen kritisch analysiert werden.
TMNetch Bipolarplatten: Fortschrittliche Materialien für optimale Leistung
TMNetch stellt hochpräzise her bipolare PlattenDiese auch als Strömungsfeld- oder Stromkollektorplatten bezeichneten Bauteile werden in Brennstoffzellen und Wasserelektrolyseuren eingesetzt. TMNetch verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Ätzverfahren und produziert weiterhin Hochleistungskomponenten.
- Tiefenkanäle: Zur Optimierung der Gasverteilung und Leitfähigkeit werden zwei Tiefenkanäle geätzt (z. B. 0.6 mm und 0.4 mm auf der einen Seite und 0.5 mm auf der anderen).
- Fortschrittliche Beschichtungen: Oberflächenbeschichtungen wie beispielsweise eine Platinplattierung auf der einen Seite und eine MMO-Beschichtung (Mischmetalloxid) auf der anderen Seite der Platte zum Schutz vor Korrosion und zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften.
- Laserschweißen: Glatte Dichtungen und bündige Oberflächen an den Dichtungen gewährleisten eine leckagefreie Montage des Kamins.
- Mehr als 10 Jahre Erfahrung im weltweiten Export von geätzten Bauteilen, inklusive Dokumentation und COC-Zertifizierung.
Mit dieser einzigartigen Kombination aus Ätzerfahrung, Beschichtungskenntnissen und zuverlässigem Service ist TMNetch bereit, Ihr vertrauenswürdiger Partner in der Entwicklung von Brennstoffzellen- und Elektrolyseurtechnologien zu sein.
Häufig gestellte Fragen zu Materialien für bipolare Platten
Welche Funktion hat die Bipolarplatte in einer Brennstoffzelle?
Bipolarplatten erfüllen gleichzeitig vier entscheidende Funktionen in Brennstoffzellensystemen. Die Strömungskanäle verteilen Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktanten an die Oberflächen jeder Zelle. Die Kühlkanäle führen die Wärme vom Brennstoffzellenstapel ab. Schließlich gewährleisten die Bipolarplatten die strukturelle Integrität der gesamten Brennstoffzellenanordnung.
Woraus bestehen Bipolarplatten?
Das Material der Bipolarplatte besteht hauptsächlich aus Metallen, Graphit und Verbundwerkstoffen. Graphit bietet eine gute Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen, ist aber mechanisch nicht sehr robust. Das Material der Bipolarplatte in PEM-Brennstoffzellen enthält Schutzbeschichtungen zur Leistungssteigerung.
Was ist eine Bipolarplatte?
Bipolarplatten sind dünne Bauteile, die die einzelnen Brennstoffzellen trennen und gleichzeitig elektrisch verbinden. Die Bezeichnung „bipolar“ leitet sich von ihrer dualen elektrischen Belegung ab: Eine Seite ist positiv, die andere negativ. Bipolarplatten verfügen über geätzte Strömungskanäle, die die Reaktionsgase zu den aktiven Bereichen verteilen.
Fazit
Die Wahl des geeigneten Bipolarplattenmaterials beeinflusst die Leistung und Lebensdauer Ihres Brennstoffzellensystems. Die physikalischen Anforderungen an Bipolarplattenmaterialien in PEM-Brennstoffzellen unterscheiden sich deutlich von denen in alkalischen Elektrolyseuren.
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