SinterGDL

Aktuell weisen Brennstoffzellen (BZ) für mobile Anwendungen noch erhebliches Verbesserungspotential hinsichtlich Bauraum-Minimierung, Verringerung der Herstellungskosten & Erhöhung der Lebensdauer auf. Eine für alle genannten Eigenschaften wichtige Komponente des BZ-Stacks ist die Gasdiffusionsschicht, allgemein Gas Diffusion Layer (GDL) bezeichnet. Die GDL ist zwischen Bipolarplatte (BPP) und Elektrode angeordnet und muss eine optimale Gasverteilung sowie den Abtransport von Wasser, Wärme und Strom gewährleisten. Die GDL besteht derzeit vorzugsweise aus porösen Graphitmatten oder -platten, die in puncto mechanischer Stabilität, Lebensdauer und Kosten Defizite aufweisen. Auch die Langzeit-Haltbarkeit von BZ mit Graphit-GDLs, gemessen an avisierten Nutzungsdauern im besonders interessierenden Anwendungsfall Bus und LKW (~ 25.000 h; Zielvorgabe des US Department of Energy) ist noch deutlich zu gering.

Im Projekt soll mit Hilfe der Sinterpapier-Technologie ein hinsichtlich Einsatzeigenschaften sowie Fertigbarkeit und Montageeigenschaften verbessertes ganzmetallisches GDL entwickelt werden. Dazu werden unter Nutzung papiertechnologischer Prozesse organische Faserstoffe, Füllstoffe und Additive zusammen mit Metallpulver zu einem flächigen, papierähnlichen Produkt verarbeitet und anschließend die organischen Bestandteile mittels Wärmebehandlung entfernt sowie die Struktur in ein rein metallisches, hochporöses Material überführt. Eine makroskopische Strukturierung der GDL soll perspektivisch den Einsatz vereinfachter 3D-siebgedruckter BPP ermöglichen.

Parallel soll eine strukturierte SinterGDL mit integriertem Flow Field in Kombination mit einer vereinfachten BPP getestet werden mit dem Ziel der Fertigungsvereinfachung und Baugrößenreduzierung.

Die Ergebnisse sollen zur Entwicklung einer neuartigen, kostengünstigen und kompakten PEM-Stack-Einheit beitragen, mit Fokus auf möglichst einfaches Up-Scaling für eine Großserien-geeignete Produktion aller benötigten Komponenten. Die Einsatzmöglichkeiten liegen vorrangig bei mobilen BZ-Anwendungen wie im Pkw, Lkw sowie Bus und Bahn, perspektivisch auch in der Schifffahrt. Die Ergebnisse lassen sich aber auch auf stationäre Anwendungen übertragen bzw. auf PEM-Elektrolyseurkonzepte anpassen.