Bipolarplatten für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen aus thermisch und elektrisch hochleitfähigen thermoplastischen Kunststoffen: Rezeptierung, Herstellung, Charakterisierung und Anwendung

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Logos Verlag Berlin GmbH, 2008 - 280 pages
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Vor dem Hintergrund der Verknappung nichtregenerativer Primärenergieträger undim Zuge der steten Diskussion um die Einflüsse anthropogener Klimaveränderungenerlebt die Brennstoffzellen-Forschung in Europa, den Vereinigten Staaten und Japanseit einigen Jahren eine Renaissance. Alle großen Automobilhersteller arbeiten mitHochdruck an Brennstoffzellenfahrzeugen. Doch nicht nur im mobilen Bereich rücktdie Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMBZ) ins Zentrum des Interesses.Auch die stationäre PEMBZ zur dezentralen Energieversorgung, betrieben z.B. imKraft-Wärmekopplungsbetrieb (Vaillant BZ-Systeme, Bosch/Junkers), wird als sehrattraktiv angesehen. Da Systemminiaturisierung und Gewichtsreduktion nicht in demMaße erforderlich sind wie in der mobilen BZ-Anwendung, erwartet man hier eineMarkteinführung serienreifer Systeme deutlich früher. Neben dem wichtigen Ziel derGewichtsreduktion des Stacks (Gewichtsanteil der End- und Bipolarplatte amGesamtgewicht des Stacks z. Zt. 50-90 %) für mobile BZ-Anwendungen, mussinsbesondere durch Kostenreduktion der Endverbrauchermarkt gewonnen werden.Preistreibend sind 3 Baugruppen: Die Polymerelektrolytmembran, dasKatalysatorsystem und die Bipolarplatten (BPP). Die massenproduktionstauglichenHerstellverfahren der Kunststofftechnologie ermöglichen es, werkzeugfallend undhochintegriert zu fertigen. Somit sind diese Verfahren prädestiniert zur Herstellungvon maßgeschneiderten Brennstoffzellen-Komponenten auf Polymerbasis, wieBipolarplatte, Endplatten, Zellrahmen oder Peripheriekomponenten. Fokus dieserPromotion ist die Entwicklung einer Bipolarplatte (BPP) auf der Basisthermoplastischer Hochtemperaturkunststoffe zur Anwendung in PEMBZ bis zu 200° Die Schwerpunkte dieser Arbeit konzentrieren si ch auf Fragestellungen derC.Materialauswahl und der Rezeptierung vor dem Hintergrund der optimalenLeitfähigkeitsgenerierung bei reduziertem Füllstoffanteil, aber auch auf die Rheologiedieser thermisch und elektrisch hochleitfähigen Compounds, sowie der für dieseWerkstoffsysteme applizierbaren BPP-Herstellmöglichkeiten: Mit der Auslegung vonProfilextrusions- und Spritzgießwerkzeugen. Die aus diesen neuartigen hochgefülltenCompounds in unterschiedlicher Weise urformend hergestellten BPP wurden imBrennstoffzellenbetrieb sowohl als einzellig aufgebautes System, mit einerelektrochemisch aktiven Fläche von 25 cm^2, als auch in dreizellig aufgebautenKleinstacks, mit einer aktiven Gesamtfläche von 75 cm^2 bis zu 130 ° CZelltemperatur, charakterisiert.
  

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Contents

Die Bipolarplatte und Methoden ihrer Charakterisierung
35
Werkstoffauswahl zur Herstellung elektrisch
57
Aufbereitung
81
Formgebung
121
Werkzeugauslegung
155
Collin 30x25D Einschneckenextuders 173 7 4 FEM basierte Auslegung eines BPPSpritzgießwerkzeuges
176
Stackcharakterisierung
211
BPPEigenschaften bei erhöhten BZTemperaturen
217
Tabellen
225
Statistische AnalyseTests
237
33 Versuchsplan und Auswertung
243
Copyright

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