Bipolarplatten (BPP) gelten als Schlüsselkomponente für Wasserstofftechnologien. Sie werden sowohl in Brennstoffzellen– als auch Elektrolyse-Stacks zur Wasserstoffherstellung verbaut. Dabei beeinflussen sie die Effizienz und Leistung von Wasserstoffsystemen maßgeblich. Die drei wichtigsten Funktionen einer Bipolarplatte sind die Gasversorgung, Kühlung und elektrische Anbindung.
Aufbau und Herstellung
Eine Bipolarplatte ist eine flache, rechteckige Platte aus leitfähigen Materialien wie Graphit, Metall oder Keramik. Die Herstellung von Bipolarplatten ist ein anspruchsvoller Prozess, der hohe Präzision erfordert.
Aufbau eines PEM-Eletrolyse-Stacks (© pengoodet.de)
Bipolarplatten bestehen aus zwei dünnwandigen Edelstahlblechhälften, auch Halbplatten genannt. In diesen wenige zehntel Millimeter dünnen Platten befindet sich eine Struktur aus Strömungsfeldern, Kühlkanälen und Öffnungen. Die drei Hauptverarbeitungsschritte sind das Pressen, Fräsen und Galvanisieren:
- Beim Pressen werden die Materialien unter hohem Druck und hoher Temperatur geformt, um die gewünschte Struktur und Oberfläche zu erhalten.
- Beim Fräsen werden die Platten mit CNC-Maschinen präzise bearbeitet, um die Kanäle und Nuten zu erzeugen.
- Das Galvanisieren wird verwendet, um die Oberfläche der Platten mit einer dünnen Schicht aus einem leitfähigen Material zu beschichten, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Diese Beschichtungen werden zurzeit durch Aufdampfen von beispielsweise Gold hergestellt. In diesem Fall ist nicht nur der Schichtwerkstoff selbst sehr teuer, sondern auch das Aufdampfen mittels Physical Vapor Deposition, kurz PVD.
Bipolarplatten in Wasserstoffsystemen
Der Name “bipolar” kommt daher, dass die Platte den elektrischen Strom zwischen benachbarten Zellen in beide Richtungen führt. Damit kann die Platte sowohl positive als auch negative Ladungen übertragen. Dies soll Effizienz und Leistungsfähigkeit von Wasserstoffsystemen verbessern.
In Elektrolyseuren dienen Bipolarplatten als strukturelle Komponenten, die die Elektroden der verschiedenen Zellen voneinander trennen. Dabei leiten sie zwischen ihnen gleichzeitig den elektrischen Strom. So erhöhen die Platten die Effizienz der Elektrolyse, da sie den elektrischen Widerstand reduzieren und die Energieeffizienz des Systems verbessern.
Auch in Brennstoffzellen fungieren Bipolarplatten als strukturelle Verbindungsstücke zwischen den einzelnen Zellen innerhalb eines Stacks. Durch die Platte kann der elektrische Strom zwischen benachbarten Zellen in beide Richtungen fließen, was die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle erhöht. Darüber hinaus dienen sie als Verteiler für Brennstoff und Oxidationsmittel sowie als Kühlkörper, um überschüssige Wärme abzuleiten, die während des Betriebs erzeugt wird.
