Die Bipolarplatte, auch Kollektorplatte genannt, ist eine der wichtigsten Komponenten der Brennstoffzelle. Sie erfüllt folgende Funktionen und Eigenschaften: Trennung von Brennstoff und Oxidationsmittel, Verhinderung des Eindringens von Gas; Stromleitung und -ableitung; hohe Leitfähigkeit; Der speziell entwickelte und bearbeitete Strömungskanal sorgt für eine gleichmäßige Gasverteilung zur Reaktionsschicht der Elektrode und damit für die Elektrodenreaktion. Für Graphit-Bipolarplatten existieren verschiedene Walzverfahren.
1. Mehrschichtiges Blechwalzverfahren:
Der Arbeitsprozess einer mehrlagigen, kontinuierlichen Walzmaschine: Das Furnier wird von der Furnierwickelstange abgezogen und beidseitig mit Bindemittel beschichtet. Anschließend wird das Furnier durch die Wickelwalze zu einer dreilagigen Platte verbunden, deren Walzenspalt auf die gewünschte Dicke gewalzt wird. Danach wird die Platte zum Erhitzen und Trocknen in den Heizer geführt. Durch Dickenkontrolle wird die Dicke so lange gewalzt, bis das gewünschte Maß erreicht ist, und anschließend wird die Platte zum Rösten weitergeleitet. Sobald das Bindemittel karbonisiert ist, wird die Platte abschließend mit einer Druckwalze in Form gepresst.
Mithilfe des kontinuierlichen Walzverfahrens lassen sich flexible Graphitplatten mit einer Dicke von 0,6–2 mm verpressen. Dies ist zwar besser als das Verpressen mit einer einzelnen Lage, führt aber aufgrund der Plattendicke zu Problemen beim schichtweisen Ablösen der Platten, was die Anwendung erschwert. Der Grund dafür ist, dass während des Pressvorgangs Gase aus dem Zwischenraum austreten und so eine enge Verbindung zwischen den Lagen verhindern. Eine Verbesserung besteht darin, das Problem der Abgasabführung während des Pressvorgangs zu lösen.
Beim Walzen von einlagigen Platten ist die Druckplatte zwar glatt, aber nicht zu dick. Ist die Form zu dick, lassen sich Gleichmäßigkeit und Dichte nur schwer gewährleisten. Um dickere Platten herzustellen, werden mehrlagige Platten übereinandergelegt und zu mehrlagigen Verbundplatten verpresst. Zwischen je zwei Lagen wird ein Bindemittel eingebracht und anschließend gewalzt. Nach dem Walzen wird das Material erhitzt, um das Bindemittel zu karbonisieren und zu härten. Das Walzen mehrlagiger Platten erfolgt auf einer kontinuierlichen Mehrlagen-Walzanlage.
2. Kontinuierliches Walzverfahren für einlagige Bleche:
Die Walzenkonstruktion besteht aus: (1) einem Trichter für Schneckengraphit; (2) einer Vibrationszuführungsvorrichtung; (3) einem Förderband; (4) vier Druckwalzen; (5) einem Heizpaar; (6) einer Walze zur Steuerung der Blechdicke; (7) Walzen zum Prägen oder Strukturieren; (8) einer Walze; (9) einem Schneidmesser; (10) einer Walze für das fertige Produkt.
Mit diesem Walzverfahren lässt sich flexibler Graphit ohne Bindemittel zu Platten verpressen. Der gesamte Prozess wird auf speziellen, mit Walzen ausgestatteten Anlagen durchgeführt.
Arbeitsablauf: Hochreiner Graphit gelangt aus dem Trichter in die Zuführvorrichtung und fällt auf das Förderband. Nach dem Walzen durch die Druckwalzen entsteht eine Materialschicht mit definierter Dicke. Die Heizvorrichtung erzeugt eine hohe Temperatur, um Restgase aus der Materialschicht zu entfernen und den nicht expandierten Graphit ein letztes Mal zu expandieren. Das so entstandene Material wird anschließend der Walze zur Dickenkontrolle zugeführt und erneut entsprechend der vorgegebenen Größe gepresst, um eine ebene Platte mit gleichmäßiger Dicke und definierter Dichte zu erhalten. Abschließend wird das fertige Fass nach dem Zuschneiden mit dem Schneidwerkzeug aufgerollt.
Das oben beschriebene Walzformverfahren zur Herstellung von Graphit-Bipolarplatten soll Ihnen weiterhelfen. Kohlenstoffhaltige Werkstoffe umfassen Graphit, Formkohlenstoffwerkstoffe und expandierten (flexiblen) Graphit. Konventionelle Bipolarplatten bestehen aus dichtem Graphit und werden in Gaskanäle eingearbeitet. Graphit-Bipolarplatten zeichnen sich durch stabile chemische Eigenschaften und einen geringen Kontaktwiderstand mit der MEA aus.
Veröffentlichungsdatum: 23. Oktober 2023