Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH

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1 Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH Herausforderungen an die Preisgestaltung und die Eigenschaften der neuen Werkstoff-Generation für PEM-Brennstoffzellen Dipl.-Ing.(FH) Daniel Günther ZBT GmbH Carl-Benz-Straße Duisburg Germany Fon: Telefax

2 Bauteile/Werkstoffe in PEM-Brennstoffzellen in der Anwendung Source: Internet: 3

3 Bauteile/Werkstoffe in PEM-Brennstoffzellen im Gesamtsystem Brennstoffzellenstapel Verbinder Zirkulationspumpe Luftversorgung Verrohrung Isolierung Kondensatfalle Ventile Gehäuse 4

4 Bauteile/Werkstoffe im PEM-Brennstoffzellen-Stapel Zuganker Gaseinlässe Isolationsplatte Zwischenplatte Stromabnehmer Dichtungen Bipolarplatten Endplatten MEA 5

5 Werkstoffe in PEM-Brennstoffzellen im Herzen der Brennstoffzelle Bipolarplatte Dichtung GDL MEA 6

6 Bauteile/Werkstoffe in PEM-Brennstoffzellen im Herzen der Brennstoffzelle Source: Internet: hcc.hanwha.co.kr Source: Internet: raumcoaching.unternehmerweb.at Source: Internet: (DU PONT) Source: Internet: bazylak.mie.utoronto.ca 7

7 Bipolarplatten in PEM-Brennstoffzellen Aufgaben und Eigenschaften Prozessgase zuführen Prozessgase verteilen Kühlmedium führen Elektrisch hochleitfähig Thermisch hochleitfähig Source: Internet: www. Gasdicht Chemisch inert Thermooxidativ stabil Mechanisch stabil Source: Internet: www. 8

8 Werkstoffe für Bipolarplatten in PEM-BZ Source: Internet: Source: ZBT/ Graebener Maschinentechnik Source: Internet: Niedertemp. - PEM-BZ Automobil Back-up Power Bordstromversorgung 80 C (120 C) Schwefelsäure Dest. Wasser Elektrochem. Potential Wasser/Glykol etc. Methanol - PEM-BZ Notebooks Bordstromversorgung 60 C Methanol Dest. Wasser Elektrochem. Potential Wasser/Glykol etc. Hochtemp. - PEM-BZ Hausenergieversorgung Bordstromversorgung 180 C (220 C) Phosphorsäure Dest. Wasser Elektrochem. Potential Glykol etc. 9

9 Compound- Bipolarplatten in PEM-Brennstoffzellen Elektrisch hochleitfähig Thermisch hochleitfähig Gasdicht Chemisch inert Thermooxidativ stabil Mechanisch stabil Verbundwerkstoff Multifunktional Kosten Kosten Kosten 10

10 Kostendruck bei Bipolarplatten Satus Quo: Duroplaste Die wenigen BZ-Hersteller gehen auf Nummer sicher Verwenden heißgepresste Platten auf Duroplast Basis Fräsen ermöglicht Designfreiheit Zykluszeit + Fräsbearbeitung nachhaltig hohes Preisniveau Breite Marktdurchdringung nicht möglich Kostenvorgaben DOE: 6 /kw für Bipolarplatten Kosten Graphit: ca. 4 /kg Kosten Polymer: ca. 12 /kg Kosten Compound: ca. 5,60 /kg (80:20) BPP: 144 cm² x 0,2 cm x 1,8 g/cm³ 50 g/platte Pro kg Compound 20 Platten (0,02 /Platte) Serienproduktion erforderlich 16

11 Methoden der Bipolarplattenherstellung Duroplaste Thermoplaste Günstige Rohstoffe Thermooxidativ stabil Chemisch stabil Für HT-BZ teurere Rohstoffe Thermooxidativ stabil Chemisch stabil Extrusion anspruchsvoll Recycling nicht möglich Prädestiniert für Heißpressen Lange Zykluszeit Extrusion etabliert Recycling möglich Prädestiniert für Spritzgießen Kurze Zykluszeit 17

12 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten Rohstoffe Extrusion Compound Brennstoffzelle Bipolarplatten Spritzgießen 18

13 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten 19

14 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten Verhältnis 80 Gew% 20

15 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS kg/h 2600 l Grafit in 15 l PPS 21

16 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten 22

17 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten 500 t Schließkraft 3500 bar Spritzdruck > 80 Gew% Füllstoffe sehr hohe Viskosität Hohe Wärmeleitfähigkeit schnelles Einfrieren 3200 bar ungefüllte Schmelzen Compound Source: Jens Doerner, IPE Duisburg 0,2 sec 23

18 Beispiel für konsequente Kostenreduktion: PPS- Bipolarplatten 24

19 Beispiel für konsequente Kostenreduktion PPS - Bipolarplatten Innovative Materialien Serienfertigungsverfahren Preislich attraktive BZ Es ist machbar! Worauf warten wir noch? 26

20 Zentrum für BrennstoffzellenTechnik Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ZBT GmbH Carl-Benz-Straße Duisburg Germany Fon: Telefax: Innomateria 2012 Thorsten Derieth 27