Schaeffler kündigt verbesserte Bipolarplatten für Brennstoffzellen an

Der Zulieferer Schaeffler hat eine neue Generation von Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen vorgestellt. Die von Schaeffler entwickelten Platten haben ein für die Großserie optimiertes Design und nutzen ein neues Beschichtungsverfahren für eine besonders lange Lebensdauer.

Damit ausgestattete Stacks erreichen laut Schaeffler zudem eine rund 20 Prozent höhere Leistungsdichte als Stacks mit den Platten der Vorgängergeneration. Derzeit fertigt Schaeffler die Platten für Prototypen- und Kleinserien von Fahrzeugherstellern bereits auf einer Pilotanlage in Herzogenaurach.  Ab Anfang 2024 sollen die Bipolarplatten im gemeinsam mit Symbio gegründeten Joint Venture Innoplate im französischen Haguenau hergestellt werden – in deutlich größeren Stückzahlen als bisher.

Bipolarplatten haben in der Brennstoffzelle eine wichtige Funktion: Sie trennen und verteilen die Prozessgase sowie das Kühlmittel und führen das durch die chemische Reaktion entstandene Wasser ab. Bei der Optimierung geht es vor allem darum, die Platten kleiner und leichter zu machen und zugleich die Eigenschaften für die eigentliche Aufgabe zu verbessern.

Für ein Brennstoffzellen-Stack (oder auf Deutsch Stapel), wie er in Fahrzeugen verbaut wird, werden im Wechsel mehrere Hundert Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) aufeinanderg eschichtet. In diesem Verbund machen die Platten bis zu 80 Prozent des Stackgewichts und bis zu 65 Prozent des Stackvolumens aus. Für einen 140 kW starken Stack werden laut Schaeffler bis zu 400 solcher Zellverbunde gestapelt.

„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 Jochen Schröder, Leiter des Unternehmensbereiches E-Mobilität bei Schaeffler. So realisiert der Zulieferer laut der Mitteilung eine Leistungsdichte des Brennstoffzellenstacks von 4,6 Kilowatt pro Liter, basierend auf dem Stackvolumen inklusive der Endplatten und der Verspannung.

Aber: Je feiner und präziser die Strukturen auf den Bipolarplatten sind, desto komplexer wird meist auch die Fertigung. Hier hat Schaeffler die Neuentwicklung „konsequent auf die Industrialisierung im Großserienmaßstab vorbereitet“ und nach dem „Design-for-Manufacturing“-Prinzip gearbeitet. In Kombination mit der eigenen Stanz- und Umformkompetenz können so auch in den Großserien-Prozessen feine Strukturen auf den 50 bis 100 Mikrometer dicken Platten geprägt werden.

Neben Produktion und Energiedichte sieht Schaeffler das Beschichtungssystem als „weiteres Alleinstellungsmerkmal“. Dabei hat der Zulieferer 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. Aufgebracht werden die Schichtsysteme mit dem Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD, Physical Vapour Deposition), welches aus der millionenfach bewährten Produktion von hochbeanspruchten Ventiltriebskomponenten übernommen und „nochmals verfeinert wurde“.

„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.
schaeffler.de