14. Sep 2018

Bipolarplatte mit Flussfeld. Im Projekt Beppel werden einheitliche Messstandards für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeiten von grafphitbasierten Bipolarplatten für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen definiert. ©Bild: DLR

DLR: Will Qualitätskontrolle für Brennstoffzellentechnologie verbessern

(DLR) Durch die Entwicklung eines standardisierten Verfahrens zur Messung physikalischer Parameter will ein Konsortium aus sechs grossen deutschen Forschungseinrichtungen, darunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Brennstoffzellentechnologie den Weg zur Wettbewerbsfähigkeit ebnen. Im Rahmen des Verbundvorhabens Beppel (Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure) sollen die von der Industrie geforderten Messstandards im Sinne einer verbesserten Qualitätsüberwachung bis September 2019 entwickelt und implementiert werden.


"Standards sind ein essentieller Bestandteil im Hinblick auf die sich weiterentwickelnde Wasserstoff-Industrie und zwingend notwendig, um die Brennstoffzellentechnologie in der Automobilbranche sowie bei der Anwendung in stationären Systemen zu integrieren und marktfähig zu machen", betont Alexander Dyck, Leiter der Abteilung Brennstoffzellen beim DLR. Vor diesem Hintergrund leiste das Vorhaben durch den Aufbau einer international wettbewerbsfähigen Zuliefererindustrie einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Verkehrssektor und im Energiemarkt. Projektbeteiligte sind neben dem DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme, das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung BW, das Forschungszentrum Jülich, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme und das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie. Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik ist mit dem Projekt assoziiert.

Messstandards für elektrische Leitfähigkeiten und Kontaktwiderstände
Im Detail fokussiert sich das Beppel-Projekt auf eine Definition der Messstandards der elektrischen Leitfähigkeiten und der Kontaktwiderstände an den graphitischen und metallischen Bipolarplatten. "Dabei berücksichtigen wir sowohl die Querleitfähigkeit, also die In-Plane-Leitfähigkeit, als auch die Leitfähigkeit orthogonal zur Fläche – die sogenannte Through-Plane-Leitfähigkeit – in Brennstoffzellensystemen mit Niedertemperatur- und Hochtemperatur- Anwendungen. Diese sind wesentliche Parameter für die Güte einer Bipolarplatte. Die Messung in Through-Plane-Richtung ist für den späteren Einsatz in bipolar aufgebauten Systemen ein relevanter Parameter, da auch der Strom dort im Wesentlichen orthogonal zur Fläche der Bipolarplatte fliesst. Da gerade bei grossen Zellen die Stromerzeugung über die Fläche nicht zwingend homogen ist, darf auch die In-Plane-Leitfähigkeit nicht vernachlässigt werden", erläutert Nadine Pilinski, Beppel-Projektleiterin beim DLR.

"Präzise Vergleichswerte erzielen die beteiligten Institute durch einen Ringvergleich – den sogenannten 'Round-Robin-Test' –, so dass wir der Deutschen Industrie zum Projektabschluss ein kostengünstiges produktionsbegleitendes Messsystem für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Brennstoffzellen-Komponenten, basierend auf der im Projekt entwickelten Messmethode, zur Verfügung stellen können."

Projektergebnisse Basis für künftige Industriestandards
In der Massenfertigung von Bipolarplatten können Hersteller und OEM-Kunden die verbesserten Möglichkeiten zur Qualitätskontrolle künftig zum Beispiel zur Online-Prozesskontrolle sowie zur Übertragung der entwickelten Messmethode in einen Industriestandard nutzen. Weitere Vorteile ergeben sich für die Industrie aus dem deutlich reduzierten Aufwand für die Warenausgangs- sowie Eingangskontrolle im Rahmen eines firmeninternen Qualitätsmanagements sowie durch die grosse Verringerung der Plattenfertigungs- und Systemherstellungskosten, da fehlerhafte Platten frühzeitig aus dem Fertigungsprozess genommen werden können. Zudem ist eine Harmonisierung der Testverfahren bei den verschiedenen Zulieferern und Stack-Herstellern wichtig, um verlässliche, nachvollziehbare Daten zu erhalten und eine grössere Markttransparenz zu schaffen.

Text: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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