Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodik zur Qualifizierung metallischer Folien für ultra-dünne Bipolarplatten in Brennstoffzellenstacks mit perspektivisch höherer Leistungsdichte unter Berücksichtigung einsatznaher Bedingungen

Um die Volumenleistungsdichte und somit auch die Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen zu steigern, ist die Reduzierung der Foliendicke metallischer Bipolarplatten (BPP) eine effektive Möglichkeit, da der Betrieb einer höheren Anzahl an BPPs für die Energiegewinnung in dem gleichen Bauraum der Brennstoffzelle möglich ist.

Aktuelle Ergebnisse des Fraunhofer IWU und der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik aus Chemnitz zeigen, dass es bei der Umformung sehr dünnen Folien (Dicke ≤ 75µm) zu einer statistischen Häufung von kritischen Ausdünnungen und Anrissen kommt. Dieses Verhalten kann nicht allein mit den mech. Eigenschaften der Folien und numerischen Methoden vorhergesagt werden. Untersuchungen der Mikrostruktur zeigen, dass die Defekte in den BPPs durch zu wenige und zu große Körner im Verhältnis zur Foliendicke entstehen. Bei 50 µm dicken Folien liegen bei dem kommerziell verfügbaren Werkstoff (1.4404) teilweise nur zwei Körner im Querschnitt vor, was zu einer sehr starken lokalen Anisotropie der Eigenschaften führt.

Ziel des geplanten Vorhabens ist es eine Methodik zur Qualifizierung von metallischen Folien zur Herstellung von ultra-dünnen BPPs bereitzustellen. Hierfür sollen dünne Folien systematisch rekristallisiert und unterschiedliche Korngrößen eingestellt werden. Aus diesen Folien, die ein verbessertes Umformvermögen besitzen, werden mithilfe numerischer Methoden vers. Kanalstrukturen ausgelegt, BPPs gefertigt und unter einsatznahen Bedingungen geprüft. Gelingt es, die einschnürungsfreie Umformbarkeit der dünnen Folien deutlich zu erhöhen und die Umformgrenzen numerisch korrekt abzubilden, können prozesssicher leichtere Brennstoffzellen mit einer deutlich erhöhten Anzahl an BPPs und folglich einer höheren Leistungsdichte hergestellt werden.

Dies bietet einen großen Mehrwert für die im Bereich der Brennstoffzellenfertigung tätigen KMU und den deutschen Kraftfahrzeugbau sowie für die Erreichung der Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland.