Sogenannte «Bipolarplatten» sollen helfen, Brennstoffzellen, die für die Elektro-Mobilität in hoher Stückzahl gebraucht werden, als Energiespeicher leistungsfähiger zu machen. Ein Forschungsprojekt an der Universität Stuttgart soll die Fertigung beschleunigen.

Eine Brennstoffzelle besteht aus zahlreichen stapelartig angeordneten Membran-Elektroden-Einheiten (MEA), in denen die Umwandlung von chemischer zu elektrischer Energie stattfindet. Bipolarplatten (BPP) liegen zwischen diesen Einheiten und übernehmen die Funktion, die hierfür erforderlichen Reaktionsgase zu- und das entstehende Wasser abzuleiten. In modernen Brennstoffzellsystemen sind je nach Typ und Grösse 300 - 600 solcher Bipolarplatten verbaut.

Bipolarplatten stellen eine Schlüsselkomponente in modernen Brennstoffzellen dar und sind damit essentiell für den Ausbau der Elektromobilität im Personen- und Nutzkraftwagenverkehr. Forschende der Universität Stuttgart, des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik in Freiburg sowie der Firmen thyssenkrupp System Engineering und Chemische Werke Kluthe suchen jetzt im Umfeld eines Forschungsprojekts «AKS-Bipolar» nach Wegen, um den Ausschuss bei der Produktion der metallische Bipolarplatten zu reduzieren sowie die Bereitstellung der für die Energiewende erforderlichen hohen Stückzahlen zu ermöglichen.

Lange Zeit dominierten BPP aus Graphit den Markt, doch der Trend geht aus wirtschaftlichen Gründen und aufgrund der höheren Leitfähigkeit hin zu metallischen BPP. Um diese herzustellen, kommen Verfahren der Umformtechnik zum Einsatz, die im Vergleich zu spanenden Fertigungsverfahren geringere Kosten sowie deutlich schnellere Taktzeiten ermöglichen. Bei der Blechumformung können indessen bereits leicht schwankende Prozessparameter zu Umformfehlern wie Reissern, Falten oder Wölbungen (Springbeul-Effekte) führen, die die Montage der Zellenstapel erschweren.

Vor diesem Hintergrund wollen die Forschenden im Projekt «AKS-Bipolar» (Aktive Prozesskontrolle bei der Serienfertigung hochpräzise geprägter Bipolarplatten) ein Gesamtsystem zur aktiven Prozesskontrolle und Qualitätssicherung entwickeln, das eine vollflächige 3D-Messtechnik direkt in die Produktionslinie integriert und alle Prozessstufen in einer Gesamtsimulation (Toolchain) abbildet.

Abb.: IFU

Ziel ist ein Digitaler Zwilling des betrachteten Umformprozesses, mit dem wiederkehrende Fertigungsprobleme wie Risse, Falten oder der Springbeul-Effekt numerisch erfasst und zeitnah geeignete Gegenmassnahmen eingeleitet werden können.

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