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PEM-Brennstoffzellen mit spritzgegossenen Bipolarplatten aus hochgefülltem Graphit-Compound

Kreuz, Can

Alternative Energiesysteme liegen nicht nur im Trend, sondern sind schon mittelfristig zwingend notwendig, um den zukünftigen Energiebedarf sinnvoll zu decken. Die Brennstoffzellentechnologie stellt eine interessante Alternative zu konventionellen Energiewandlungssystemen dar. Zur Markteinführung der Brennstoffzellentechnologie müssen die derzeit noch sehr hohen Kosten zur Herstellung der Bauteile erheblich reduziert werden. Dabei bietet die Brennstoffzelle den entscheidenden Vorteil, dass sie nur aus wenigen, sich wiederholenden Einzelkomponenten besteht. Die Nutzung von Massenproduktionstechnologien zur Verarbeitung der Einzelteile liegt nahe, wobei die komplexen elektrochemischen Prozesse innerhalb der Brennstoffzelle besondere Anforderungen an die zu verarbeitenden Materialien stellen. Dies führte bisher zur Verwendung sehr teurer Rohstoffe, die einer kostengünstigen Massenproduktionstechnologie entgegenstehen. Die Identifizierung nachhaltig zu beziehender und günstiger Rohstoffe, ihre Verarbeitung in einem ebenso kostengünstigen wie reproduzierbaren Produktionsverfahren sowie die Entwicklung von Brennstoffzellenkomponenten, die den Anforderungen des Produktionsprozesses gerecht werden, sind die zu lösenden Kernaufgaben, bevor sich die Brennstoffzellentechnologie in einem Markt etablieren kann. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der spritzgießtechnischen Verarbeitung hochgefüllter Graphit-Compounds zu Bipolarplatten in PEM-Brennstoffzellen mit einem Leistungsbereich von 100 - 500 Watt. Dabei wird ein besonderer Fokus auf die Verbindung der drei fachübergreifenden Bereiche Materialentwicklung, Verarbeitungsprozess und Bauteil-Entwicklung/-Konstruktion gelegt. Spezifiziert werden die Ergebnisse dieser Arbeit durch die verarbeitungsprozessabhängige Charakterisierung der entwickelten und hergestellten Bipolarplatten sowie deren Verwendung in funktionsfähigen Brennstoffzellen.

Alternative energy systems are not only in trend, even medium-termed they are extremely necessary to feed the prospective energy demands. The fuel cell technology is an interesting alternative to established energy conversion systems. To get the fuel cell technology into the market the high processing cost of the components need to be reduced significantly. In this view the fuel cell technology offers the essential advantage that a fuel cell consists only of a few repeating components. The use of mass production technologies to process these components suggests itself, but the complex electrochemical processes inside a fuel cell constitute great demands to the materials. Thus leads to the reason, why actually only expensive materials are used, that is contrary to a cost effective mass production. The identification of sustainable and low-cost raw materials, the processing of these materials in a cost effective and high reproducible production process as well as the development of fuel cell components, that fits to the demands of the mass production process, are the main challenges to be solved, prior the fuel cell technology could be established in the market. This work concerns with the injection moulding of highly filled graphite compounds to bipolar plates for PEM fuel cells in a power output range between 100 - 500 Watts. A particular focus is laid on the combination of the three multidisciplinary scopes like material development, production technology and component development / design. The results of the work are specified by the process-oriented characterisation of the developed and manufactured bipolar plates as well as their application in a functioning fuel cell.

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Kreuz, Can: PEM-Brennstoffzellen mit spritzgegossenen Bipolarplatten aus hochgefülltem Graphit-Compound. 2008.

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