Automobilzulieferer Schaeffler hat eine neue Generation von Bipolarplatten für Brennstoffzellen entwickelt. Die Platten haben ein neues Design, das für die Großserie entwickelt wurde. Ein neues Beschichtungsverfahren sorgt außerdem für eine längere Lebensdauer. Damit ausgestattete Stacks erreichen laut Schaeffler eine rund 20 % höhere Leistungsdichte als Stacks mit den Platten der Vorgängergeneration.
Die Bipolarplatten sind etwa groß wie ein DIN A4-Briefumschlag und wiegen rund 60 g. In der Brennstoffzelle trennen und verteilen sie die Prozessgase sowie das Kühlmittel und führen das durch die chemische Reaktion entstandene Wasser ab.
„Schaeffler hat ein innovatives Design entwickelt, das die verfügbare Fläche der Platten optimal ausnutzt. Denn je feiner und präziser die Strukturen auf den Bipolarplatten sind, umso effizienter arbeiten sie“, sagt Dr. Jochen Schröder, Leiter des Unternehmensbereiches E-Mobilität bei Schaeffler.
So realisiere der Zulieferer eine Leistungsdichte des Brennstoffzellenstacks von 4,6 KW pro l, basierend auf dem Stackvolumen inklusive der Endplatten und der Verspannung.
Längere Lebensdauer dank neuer Beschichtung
Die neuen Bipolarplatten zeichnen sich außerdem durch ein spezielles Beschichtungssystem aus. Dieses soll eine hohe elektrische Leitfähigkeit über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle aufrecht erhalten. Mit der sogenannten „Enertect“-Familie hat Schaeffler mehrere Hochleistungsschichtsysteme speziell für Bipolarplatten entwickelt, die – je nach Kundenwunsch – auf besonders hohe Lebensdaueranforderungen, einen möglichst geringen CO₂-Fußabdruck oder ein optimiertes Preis-Leistungs-Verhältnis abzielen.
„Durch unsere Kompetenz in der Oberflächentechnik sind wir in der Lage, jedem Kunden eine anwendungsspezifische Schichtentwicklung anzubieten und dabei Kosten, Leistung und CO₂-Emissionen bei der Herstellung je nach Bedarf auszubalancieren“, sagt Jochen Schröder.
Aufgebracht werden die Schichtsysteme mit dem Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD, Physical Vapour Deposition). Dieses wurde aus der Produktion von hochbeanspruchten Ventiltriebskomponenten übernommen und nochmals verfeinert. Schließlich ist die Dichtheit ein weiteres zentrales Qualitäts- und Sicherheitskriterium bei einer Brennstoffzelle. Schaeffler verwendet hierfür sowohl ein selbstentwickeltes Laserschweißverfahren, um die Zellen gas- und wasserdicht zu machen, als auch wahlweise Spritzguss- oder Siebdruckdichtungen.
Automatisierte Fertigung
In Herzogenaurach fertigt das Unternehmen die neuen Platten für zahlreiche Prototypen- und Kleinserien von internationalen Fahrzeugherstellern mit bis zu mehreren zehntausend Stück. Die am Standort aufgebaute Pilot-Fertigungsanlage ist Teil eines Wasserstoff-Kompetenzzentrum, zu dem auch Prüfstände und Testanlagen gehören. Die automatisierte Fertigungsanlage ist zudem konstruktiv so ausgelegt, dass sie auch größere Platten für Elektrolyseure herstellen kann.
„Schaeffler setzt für den Antrieb von Nutzfahrzeugen auch auf Wasserstoff, insbesondere für die Langstrecke. Wir entwickeln sowohl einzelne Komponenten als auch Subsysteme für Brennstoffzellen und bereiten ihre Industrialisierung vor“, sagt Matthias Zink, Vorstand Automotive Technologies der Schaeffler AG.
