Eine der Schlüsselkomponenten in Elektrolyse-Stacks zur Wasserstoffherstellung – die Bipolarplatte – besteht in der Regel aus Titan. Das Metall überzeugt durch seine Korrosionsbeständigkeit bei der Elektrolyse, ist aber aufgrund aufwendiger Gewinnung und Verarbeitung teurer als andere Metalle. Forschende des Fraunhofer UMSICHT und der Ruhr-Universität Bochum haben herausgefunden: Bipolarplatten auf Kohlenstoffbasis haben das Potenzial, Bipolarplatten aus Titan im Elektrolyse-Stack zu ersetzen.
Bipolarplatte aus thermoplastischer polymergebundenen Kohlenstoffmatrix
Die neue kohlenstoffbasierte Bipolarplatte, entwickelt und patentiert von Fraunhofer UMSICHT, besteht aus einer thermoplastischen polymergebundenen Kohlenstoffmatrix mit leitfähigen Additiven wie Ruß und Graphit. Sie entsteht in einem Pulver-zu-Rolle-Verfahren. Material und Produktionsprozess ermöglichen die kontinuierliche Fertigung einer Bipolarplatte, die sowohl leicht zu bearbeiten als auch verschweißbar ist. Sie findet bereits kommerzielle Anwendung im Bereich der Redox-Flow-Batterien.
Härtetest bestanden
Diese Bipolarplatte und eine Bipolarplatte aus Titan haben die Forschenden umfassenden Ex-situ-und In-situ-Tests unterzogen. Bei den Ex-situ-Untersuchungen führten sie elektrochemische Korrosionsstudien durch, analysierten dann die Korrosion in Rasterelektronenmikroskop-Bildern und maßen den Gewichtsverlust der Bipolarplatte auf Kohlenstoffbasis. Auf diese Weise bewerteten sie die Eignung für reale Anwendungen und die Wahl der Parameter. Bei den In-situ-Tests waren die Bipolarplatten über 500 Stunden lang beschleunigten Alterungstests mit wechselnden Stromdichten zwischen 1 und 3 A cm-2 ausgesetzt.
Eine kostengünstige Alternative
Die Forschenden stellten fest, dass die Bipolarplatte auf Kohlenstoffbasis eine Alterungsrate im niedrigen Bereich von µV h-1 hat und damit eine vielversprechende Leistung zeigt. Damit kann sie durchaus mit Titan-Bipolarplatten konkurrieren und stellt eine wesentlich kostengünstigere Alternative dar. Ein weiterer Vorteil: Aufgrund ihrer Materialeigenschaften, wie etwa der Verschweißbarkeit, ermöglicht sie ganz neue Designs für PEM-Elektrolyseure.