Ausgabe zur HANNOVER MESSE 2019

34 Ausg.Nr._05/2019 Batteriesysteme FORSCHUNG AKTUELL: Flexible Bipolarplatten ausPolymeren ermöglichen kompakte Batterien K onventionelle Batterie- systeme sind extrem komplex: Sie bestehen meist aus mehreren Einzelzel- len, die über Kabel miteinander verbunden sind. Dies ist nicht nur aufwendig, sondern es be- steht zudem die Gefahr von Hot- Spots – also Bereichen, in denen die Kabel zu heiß werden. Dazu kommt: Jede einzelne dieser Zel- len muss verpackt werden. Ein großer Teil der Batterie besteht also aus inaktivem Material, das nicht zur Batterieleistung bei- trägt. Bipolare Batterien sollen dieses Problem lösen: Bei ih- nen werden die einzelnen Zellen mittels flächiger Bipolarplatten miteinander verbunden. Aller- dings treten hier andere Her- ausforderungen auf. Denn die Bipolarplatten bestehen entwe- der aus Metall und sind somit anfällig für Korrosion. Oder sie werden aus einem Kunststoff- Kohlenstoff-Gemisch gefertigt, müssen dann allerdings herstel- lungsbedingt mindestens meh- rere Millimeter dick sein. Über 80 Prozent Materialein- sparung Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen haben nun eine Alternative entwickelt. "Wir stellen Bipolarplatten aus elektrisch leitfähig eingestellten Polymeren her", sagt Dr.-Ing. Anna Grevé, Abteilungsleiterin am Fraun- hofer UMSICHT. "Auf diese Weise können wir sehr dünne Platten realisieren und – verglichen mit konventionellen mit Kabeln ver- bundenen Zellen – über 80 Prozent des Materials einsparen." Darüber hinaus bietet das Material zahl- reiche weitere Vorteile. Zum einen korrodiert es nicht. Zudem lässt es sich nachträglich umformen. So können beispielsweise Struk- turen hinein geprägt werden, wie sie für Brennstoffzellen wichtig sind. Und: Die neuartigen Bipolar- platten lassen sich verschweißen, sodass das erhaltene Batterie- system absolut dicht ist. Konven- tionelle Bipolarplatten hingegen sind durch die thermische und mechanische Belastung des Ma- terials während der Fertigung zum Verschweißen ungeeignet: Um sie so zusammenzufügen, dass weder Gase noch Flüssigkeiten die Fü- gestellen passieren können, sind Dichtungen erforderlich. Diese werden jedoch schnell porös, zu- dem brauchen sie Platz. Ein wei- terer Vorteil des neuen Materials: Die Forscherinnen und Forscher können die Eigenschaften der Bi- polarplatten an die jeweiligen An- forderungen anpassen. "Möglich sind sowohl Platten, die so bieg- sam und flexibel sind, dass man sie um den Finger wickeln kann, als auch brettharte", konkretisiert Grevé. Kostengünstige Herstellung durch Rolle-zu-Rolle-Verfahren Die Herausforderung lag vor allem in der Entwicklung des Materials und des Herstellungsprozesses. "Zwar verwenden wir marktübli- che Polymere und Graphite. Das Geheimnis liegt jedoch im Re- zept", sagt Grevé. Da das Material zu etwa 80 Prozent aus Graphiten und nur zu etwa 20 Prozent aus Kunststoffen besteht, haben die Verarbeitungsprozesse mit der üblichen Kunststoffverarbeitung nur wenig gemein. Das Forscher- team vom Fraunhofer UMSICHT entschied sich für das Rolle-zu Rolle-Verfahren, das eine kos- tengünstige Herstellung erlaubt, und passte dieses mit viel Know- how an. Schließlich müssen die Inhaltsstoffe in den produzierten Platten homogen verteilt sein, zum anderen müssen die Platten mechanisch stabil und komplett dicht sein. Aufgrund der Aus- gangsstruktur der Materialien war das nicht einfach. Doch die Exper- ten konnten auch diese Heraus- forderung meistern. "Wir konnten alle Anforderungen innerhalb ei- nes Prozesses erfüllen. Die Platten können daher so verwendet wer- den, wie sie aus der Anlage kom- men", erläutert Grevé. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens: Die Platten lassen sich in beliebiger Größe herstellen. Präsentation auf der HANNOVER MESSE Relevante Mustermengen der neuartigen Bipolarplatten kön- nen die Forscherinnen und For- scher bereits erzeugen: Gemein- sam mit der SAUERESSIG GmbH + Co. KG haben sie den bisherigen Produktionsprozess von Bipo- larplatten für Brennstoffzellen in ein kontinuierliches Verfahren übertragen. Gefördert wurde das Projekt durch das Bundesminis- terium für Wirtschaft und Energie BMWi. Auf der HANNOVER MESSE (Halle 2, Stand C22) präsentieren Grevé und ihr Team den Besu- cherinnen und Besuchern eine 3,2 Quadratmeter große Bipolar- platte, die den Bau großskaliger Redox-Flow-Batterien ermöglicht.  Text & Bild: Deutsche Messe Messegelände D-30521 Hannover Flexible Bipolarplatten aus Polymeren ermöglichen kompakte Batterien