Dipl.-Chem. Oliver Niemzig :

Entwicklung eines portablen PEM-Brennstoffzellensystems mit Bipolarplatten aus einem elektronisch leitfaehigen thermoplastischen Compound-Material

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau, 2005-07-18

BetreuerIn: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Heinzel , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau

GutachterIn: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Heinzel , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing Horst Nowack , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau

Schlüsselwörter in Deutsch: Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem, Bipolarplatte, Thermoplast, Compound, portabel, Kleinanwendungen
Schlüsselwörter in Englisch: fuel cell, fuel cell system, bipolar plate, thermoplast, compound, portable, small scale application

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 620 Ingenieurwissenschaften
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

Um die Kostenziele zur Markteinführung von PEM-Brennstoffzellen zu erreichen ist eine signifikante Kostensenkung bei den zentralen Stack-Teilkomponenten wie den Membranelektrodeneinheiten und den Bipolarplatten erforderlich. Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit sind im Einzelnen eine Materialbetrachtung im Hinblick auf die Bipolarplatten und die Befeuchtungsproblematik für Kleinanwendungen. Im Rahmen eines umfangreichen Material-Screenings verschiedener Kunststoff-Compounds lieferte das ternäre Ruß/Graphit/PP-Grundsystem die besten Ergebnisse bezüglich des spezifischen elektrischen Widerstandes. Im weiteren Verlauf gelang sowohl der elektrochemische Funktionsnachweis des Materials im Brennstoffzellenbetrieb als auch der Nachweis der Eignung im Hinblick auf die Material- und Fertigungkosten. Hiernach ist je nach Applikation eine Absenkung der Materialkosten auf 2 ¤/kg bzw. 1,8 ¤/kW möglich. Mit Hilfe eines aus Compound-Bipolarplatten aufgebauten 20-zelligen PEFC-Stacks konnte schließlich der elektrochemische Funktionsnachweis in Form eines portablen netzunabhängigen PEFC-Demonstrators mit einer Systemleistung zwischen 50 und 150 W erbracht werden.

Abstrakt in Englisch

In order to meet the cost targets of PEM fuel cells for commercialization significant cost reductions of cell stack components like membrane/electrode assemblies and bipolar plates have become key aspects of research and development. Central topics of his work are the bipolar plates and humidification for portable applications. Best results concerning conductivity of an extensive screening of a variety of carbon polymer compounds with polypropylene as matrix could be achieved with the carbon black/graphite/polypropylene-base system. Successful tests of this material in a fuel cell stack could be performed as well as the proof of suitability concerning material- and manufacturing costs. Dependent on application a decrease of material cost to 2 ¤/kg to 1,8 ¤/kW seems to be possible. Finally bipolar plates consisting of a selected carbon polymer compound were successfully integrated and tested in a 20-cell stack which was implemented in a portable PEFC-demonstrator unit with a power output between 50 and 150 W.