Wasserstoff Effizientere Bipolarplatten für Brennstoffzellen

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Schaeffler hat Bipolarplatten für eine höhere Leistungsdichte von Brennstoffzellenstacks entwickelt. Sie entstehen auf einer Pilotanlage in Herzogenaurach.

Bipolarplatten sind der Kern von Brennstoffzellensystemen. Sie trennen und verteilen Prozessgase und leiten das Wasser ab, das während der chemischen Reaktion entsteht. Schaeffler hat nun nach eigenen Angaben Bipolarplatten entwickelt, mit denen Brennstoffzellenstacks eine rund 20 Prozent höhere Leistungsdichte aufweisen – verglichen mit Stacks die Bipolarplatten der Vorgängergeneration enthalten. Außerdem haben die Platten laut des Zulieferers ein neues, für die Großserie optimiertes Design. Die verwendete Beschichtung soll die Lebensdauer steigern.

Das neue Design nutzt die verfügbare Fläche der Platten besser aus. „Je feiner und präziser die Strukturen auf den Bipolarplatten sind, umso effizienter arbeiten sie“, sagt Jochen Schröder, Leiter des Unternehmensbereiches E-Mobilität bei Schaeffler. Die Leistungsdichte des Brennstoffzellenstacks beziffert der Zulieferer auf 4,6 Kilowatt pro Liter, basierend auf dem Stackvolumen inklusive der Endplatten und der Verspannung.

Bipolarplatten werden in Herzogenaurach gefertigt

Die Bipolarplatten entstehen in Herzogenaurach. Schaeffler liefert sie an Automobilhersteller für Prototypen- und Kleinserien „mit bis zu mehreren zehntausend Stück“. Am Standort betreibt das Unternehmen eine Pilot-Fertigungsanlage. Sie ist Teil des Wasserstoff-Kompetenzzentrums, zu dem Prüfstände und Testanlagen gehören.

Auf der vollständig automatisierten Fertigungsanlage kann Schaeffler nach eigenen Angaben auch größere Platten für Elektrolyseure herstellen. Ab Anfang 2024 will der Automobilzulieferer Bipolarplatten im gemeinsam mit Symbio gegründeten Joint Venture „Innoplate“ im französischen Haguenau fertigen. Bis zum Jahr 2030 soll die Fertigungskapazität auf jährlich rund 50 Millionen Bipolarplatten wachsen; mehr als 120 Arbeitsplätze sollen dabei entstehen.

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Wie sind die Bipolarplatten aufgebaut?

Die Bipolarplatten sind zwischen 50 und 100 Mikrometer dünn und verfügen über ultrafeine Prägestrukturen. Sie sind mit einem von mehreren möglichen Schichtsystem beschichtet, die Schaeffler unter dem Namen „Enertect“ zusammenfasst. Die Beschichtung soll eine hohe elektrische Leitfähigkeit über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle aufrecht halten. Je nach Anwendung kann die Beschichtung hohe Lebensdaueranforderungen abdecken, einen möglichst geringen CO₂-Fußabdruck oder ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Aufgebracht werden die Schichtsysteme mittels physikalischer Gasphasenabscheidung. Das grundlegende Verfahren ist bekannt von der Produktion hochbeanspruchter Ventiltriebskomponenten. Um die Zellen gas- und wasserdicht herzustellen, nutzt Schaeffler ein selbst entwickeltes Laserschweißverfahren. Alternativ Spritzguss- oder Siebdruckdichtungen.

Wie ist eine Brennstoffzelle aufgebaut?

Bipolarplatten sind in etwa so groß wie ein DIN A4-Briefumschlag und wiegen rund 60 Gramm. Für den Antrieb in einem Fahrzeug werden mehrere hundert Bipolarplatten zum Brennstoffzellenstack aufeinandergeschichtet – immer im Wechsel mit der sogenannten Membran-Elektroden-Einheit. In diesem Verbund bringen die Platten bis zu 80 Prozent des Stackgewichts ein, und bis zu 65 Prozent des Stackvolumens.