HyCoFC: Hybrid-Compound Bipolarplatten

Im Vordergrund des Projekts HyCoFC steht die Entwicklung einer kostengünstigen und skalierbaren Fertigungsmethode für Hybrid-Compound-Bipolarplatten (Hy-Co-BPP) sowie eines maßgeschneiderten Brennstoffzellen-Stack-Konzepts. Hauptziel ist die Steigerung der Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität von Brennstoffzellen. Die Hy-Co-BPP besteht aus einer metallischen Trägerfolie (Materialdicke ca. 100 µm) und einer leitfähigen Compound-Folie (Materialdicke ca. 150 µm). Die Herstellung der Compound-Folie basiert auf einem durch Fraunhofer UMSICHT patentierten Prozess, bei dem ein Compound aus trocken vermischten Kunststoff-Füllstoff-Pulvern über einen gut skalierbaren Walzwerkprozess zu Endlos-Bahnen ausgeformt wird. Die so erzeugte Compound-Folie wird anschließend mittels Kalander mit einer speziell angepassten metallischen Trägerfolie verbunden. Das Verbundmaterial wird in einem kontinuierlichen Verfahren durch Walzenprägen mit Flowfield-Strukturen versehen und anschließend zu Bipolarvollplatten gefügt. In Summe zielt das Projekt darauf ab, die neuartigen Folien für die spezifischen Anforderungen von Brennstoffzellenstapeln in Schwerlastanwendungen weiterzuentwickeln und kosteneffiziente, skalierbare Prozesse zu etablieren.

Das Projektkonsortium deckt sämtliche wesentlichen Entwicklungs- und Prozessschritte ab – von der simulativen Auslegung der Hybrid-Compound-Bipolarplatten über die Anpassung der Oberflächeneigenschaften der metallischen Trägerfolie und die Entwicklung der Compound-Folie bis hin zur Fertigung der für die kontinuierliche Produktion erforderlichen Prägewalzen und der laserbasierten Füge- und Strukturierungstechniken der einzelnen Komponenten. Die Assemblierung und Validierung der Hybrid-Compound-Brennstoffzellen sowie eine abschließende Technologiebewertung runden das Projekt ab.

Die Hy-Co-BPP kombiniert die Vorteile von metallischen Bipolarplatten mit den Vorteilen von Compound-Bipolarplatten. Die metallische Trägerfolie sorgt für eine hohe mechanische Stabilität, während die Compound-Folie eine exzellente Korrosionsbeständigkeit bietet. Mit Hilfe einer folienartigen, dünnwandigen Hy-Co-BPP können erstmals großformatige Brennstoffzellen auf Basis eines Compound-Materials mit entsprechender Lebensdauer für sowohl mobile Anwendungen (Nutzfahrzeuge) als auch stationäre Anwendungen angesprochen werden.

Ein besonderer Pluspunkt des HyCoFC-Ansatzes liegt in der hohen mechanischen Beständigkeit der Hybrid-Compound Folien im Vergleich zu Lösungen ohne metallische Trägerfolie. Dies verhindert das Kriechen des Kunststoffs, was eine zentrale Herausforderung bei ultradünnen Compound-Folien in Brennstoffzellenanwendungen darstellt.

• Entwicklung einer kostengünstigen und skalierbaren Fertigungsmethode für Hybrid-Compound-Bipolarplatten (Hy-Co-BPP) für das Anwendungsfeld »Nutzfahrzeuge«
• Umsetzung maßgeschneiderter Brennstoffzellen-Stack-Konzepte, die auf die spezifischen Anforderungen von Schwerlastanwendungen zugeschnitten sind
• Steigerung der Lebensdauer von mobilen Brennstoffzellen auf über 30 000 Stunden
• Durchführung umfassender elektrochemischer und Degradationscharakterisierung der entwickelten Komponenten (Bipolarfolien und Stack), um die Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität zu validieren
• Bewertung der technologischen Entwicklungen hinsichtlich technischer, ökologischer und ökonomischer Aspekte im Vergleich zu State-of-the-Art-Komponenten

• Thyssenkrupp Steel Europe
• FEV Europe GmbH
• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
• Clean-Lasersysteme GmbH
• Schepers GmbH & Co. KG