Bipolarplatten für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen aus thermisch und elektrisch hochleitfähigen thermoplastischen Kunststoffen: Rezeptierung, Herstellung, Charakterisierung und Anwendung

Vor dem Hintergrund der Verknappung nichtregenerativer Primarenergietrager und im Zuge der steten Diskussion um die Einflusse anthropogener Klimaveranderungen erlebt die Brennstoffzellen-Forschung in Europa, den Vereinigten Staaten und Japan seit einigen Jahren eine Renaissance. Alle grossen Automobilhersteller arbeiten mit Hochdruck an Brennstoffzellenfahrzeugen. Doch nicht nur im mobilen Bereich ruckt die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMBZ) ins Zentrum des Interesses. Auch die stationare PEMBZ zur dezentralen Energieversorgung, betrieben z.B. im Kraft-Warmekopplungsbetrieb (Vaillant BZ-Systeme, Bosch/Junkers), wird als sehr attraktiv angesehen. Da Systemminiaturisierung und Gewichtsreduktion nicht in dem Masse erforderlich sind wie in der mobilen BZ-Anwendung, erwartet man hier eine Markteinfuhrung serienreifer Systeme deutlich fruher. Neben dem wichtigen Ziel der Gewichtsreduktion des Stacks (Gewichtsanteil der End- und Bipolarplatte am Gesamtgewicht des Stacks z. Zt. 50-90 %) fur mobile BZ-Anwendungen, muss insbesondere durch Kostenreduktion der Endverbrauchermarkt gewonnen werden. Preistreibend sind 3 Baugruppen: Die Polymerelektrolytmembran, das Katalysatorsystem und die Bipolarplatten (BPP). Die massenproduktionstauglichen Herstellverfahren der Kunststofftechnologie ermoglichen es, werkzeugfallend und hochintegriert zu fertigen. Somit sind diese Verfahren pradestiniert zur Herstellung von massgeschneiderten Brennstoffzellen-Komponenten auf Polymerbasis, wie Bipolarplatte, Endplatten, Zellrahmen oder Peripheriekomponenten. Fokus dieser Promotion ist die Entwicklung einer Bipolarplatte (BPP) auf der Basis thermoplastischer Hochtemperaturkunststoffe zur Anwendung in PEMBZ bis zu 200 Die Schwerpunkte dieser Arbeit konzentrieren si ch auf Fragestellungen der C. Materialauswahl und der Rezeptierung vor dem Hintergrund der optimalen Leitfahigkeitsgenerierung bei reduziertem Fullstoffanteil, aber auch auf die Rheologie dieser thermisch und elektrisch hochleitfahigen Compounds, sowie der fur diese Werkstoffsysteme applizierbaren BPP-Herstellmoglichkeiten: Mit der Auslegung von Profilextrusions- und Spritzgiesswerkzeugen. Die aus diesen neuartigen hochgefullten Compounds in unterschiedlicher Weise urformend hergestellten BPP wurden im Brennstoffzellenbetrieb sowohl als einzellig aufgebautes System, mit einer elektrochemisch aktiven Flache von 25 cm^2, als auch in dreizellig aufgebauten Kleinstacks, mit einer aktiven Gesamtflache von 75 cm^2 bis zu 130 C Zelltemperatur, charakterisiert.