Brennstoffzellen & Elektrolyseure
Überlegene, kostengünstige Beschichtungen für metallische Bipolarplatten
Beschichtungen für Wasserstoffanwendungen
Die globale Wasserstoffwirtschaft expandiert mit hohem Tempo, um den Umweltanforderungen gerecht zu werden. Damit diese Expansion unterstützt werden kann, steigt auch die Nachfrage nach Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Um sich durchzusetzen, müssen Brennstoffzellen- und Elektrolyseur-Stapel hohe Anforderungen erfüllen: Sie müssen eine stabile, zuverlässige Leistung bei hoher Nachfrage über die Zeit hinaus und zu einem akzeptablen Preisniveau zeigen.
In einer Reihe von Anwendungen bewegen sich die Stapel von Protonenaustauschmembranen (PEM) stammend von Graphit-Bipolarplatten zu solchen aus Titan oder Edelstahl. Im Besonderen verfügt Edelstahl über die richtige Mischung aus Umformbarkeit, mechanischen Charakteristiken und Erschwinglichkeit für Brennstoffzellen. Jedoch sind die elektrochemischen Bedingungen innerhalb von Brennstoffzellenstapeln und Elektrolyseuren hart. Damit ist es erforderlich, dass die Bipolarplatten aus rostfreiem Stahl über eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit verfügen, während eine hohe elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird. Zwei gut erprobte und etablierte Beschichtungen aus dem IHI Ionbond-Portfolio eignen sich auf hervorragende Weise für diese Aufgabe, wie nachfolgend beschrieben.
DOT™-Technologie für Brennstoffzellen
Bei der DOT™-Technologie handelt es sich um eine Duplex-Behandlung. Eine Beschichtung ist erforderlich, um die Bipolarplatte aus rostfreiem Stahl vor dem Auslaugen von Metallen in die Zelle und der Vergiftung der Funktionalität der Membran zu schützen, was wiederum im Laufe der Zeit zu einer reduzierten Leistung des Stapels führen würde. Die anfängliche Schicht basiert auf Titan, abgeschieden durch die bewährte Sputter-PVD-Technologie.
Der zweite Schritt basiert auf thermischem Spritzen von Punkten aus einem Edelmetall. Aufgrund der thermischen Spritztemperatur wird das freiliegende Titan ein korrosionsbeständiges Titanoxid bilden, während die Edelmetallpunkte mit ausgezeichneter Haftung mit dem metallischen Substrat verschmelzen, damit die Leitfähigkeit zur Verfügung gestellt werden kann. Die DOT™-Technologie kann auch im Falle von Titan-Bipolarplatten eingesetzt werden. In diesem Fall ist ausschließlich das thermische Spritzverfahren erforderlich, ohne eine anfängliche Titan-PVD-Beschichtung.
Karbon Technologie für Brennstoffzellen
Eine Kohlenstoffbeschichtung kann auch Bipolarplatten aus Edelstahl schützen und gleichzeitig elektrische Leitfähigkeit ermöglichen. Kohlenstoffbeschichtungen können auch vermeiden, dass über die Platten Metalle in die Zelle versickern, die Funktionalität der Membran vergiftet wird und dass es im Laufe der Zeit zu einer reduzierten Leistung des Stapels kommt. Die Kohlenstoffbeschichtung wird anhand der bewährten PVD-Technologie abgeschieden.
Damit eine gute Leistung bezüglich Haftung, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann, sind ein Plasmareinigungsschritt und eine spezielle Haftschicht auf Metallbasis in der Beschichtungslösung notwendig. Der Kohlenstoffbeschichtungsprozess wird optimiert, um eine gute Haltbarkeit unter normalen Fahrzeugbetriebsbedingungen zu erreichen und damit hohen Spannungsspitzen standgehalten werden kann, zu denen es bei Kaltstartereignissen kommen kann.
DOT™ Technologie für Elektrolyseure
Die DOT™-Thermospritztechnologie ist eine geeignete und kostengünstige Lösung zur Beschichtung von Titan-basierten Bipolarplatten von Elektrolyseuren. Heutzutage werden oft Vollfilm-Platinbeschichtungen eingesetzt, die extrem teuer sind und Elektrolyseure auf eine einzige Beschichtungsmaterialauswahl für die Kathoden- und Anodenseite der Bipolarplatten beschränken. Auch die Größe der Bipolarplatten wird eingeschränkt.
Bei der DOT™-Technologie für Elektrolyseure ist das Sprühen definierter Metallspritzer auf beide Seiten der Bipolarplatte vorgesehen. Dies reduziert die notwendige Edelmetallmenge und ermöglicht die Option, auf jeder Seite der Platte unterschiedliche Metalle einzusetzen, um die Kathoden- und Anodenfunktionalität bei höheren Betriebsspannungen im System zu maximieren.
Beschichtungsanwendungen für Brennstoffzellen und Elektrolyseure
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Fuel Cell - DOT™
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Joris Ummels
Verkaufsleiter Brennstoffzellen
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