Untersuchungen zum Ultraschallschweißen von hochgefüllten Graphit-Compounds mit Metallen zur Anwendung in PEM-Brennstoffzellen

Al Masri, Abed Al Rahman

Aufgrund des steigenden Wachstums der weltweiten Nachfrage nach Energiequellen unter Berücksichtigung des beginnenden Klimawandels und der Freisetzung von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre bemüht sich die Welt darum, bei steigendem Warenkonsum den Einsatz von fossilen Energierquellen durch regenerative Quellen zu stärken. Durch zunehmende Forschung wurde Graphit – geprägt durch seine Fähigkeit, mit verschiedenen Werkstoffstrukturen kombinierbar zu sein – ein unveräußerlicher Schlüsselwerkstoff in der Brennstoffzellentechnik. Zwar weisen diese spröden Compounds im Vergleich zu Metallen eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit, ein leichteres Gewicht und ein hohe Korrosionsbeständigkeit auf, besitzen aber auch im Vergleich dazu schlechte mechanische und thermische Eigenschaften. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, eine Lösung zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Metallen und hochgefüllten Graphit-Compounds darzustellen. Damit wird eine Senkung des Kontaktwiderstandes zwischen Gasverteiler und Stromabnehmer in einer Brennstoffzelle erreichbar, was zur Leistungssteigerung des Stacks und vor allem zu einer Erweiterung des bisher bekannten Anwendungsspektrums des Ultraschallschweißens führt. Eine zweite Untersuchung in diesem Zusammenhang ist das Ultraschallschweißen von gleichen Compounds mit einer Gasdiffusionsschicht. Mit den metallografischen Untersuchungen wird eine kraftschlüssige Verbindung nachgewiesen. Bei allen Zielgrößen dominieren die Schweißzeit und die Vorwärmungstemperatur als wichtigste Faktoren. Die Ergebnisse der mechanisch-technologischen Untersuchungen der mittels Ultraschallfügens hergestellten Verbunde zeigen sich im Vergleich zu den Ergebnissen der konventionellen Verbunde wie Kohlenstoff- und Glasfaserverbundwerkstoffen mit Metallen überlegen. Die elektrischen Untersuchungen der geschweißten Verbunde haben eine Reduzierung des elektrischen Widerstandes zwischen 15 und 30 % nachgewiesen. Thermische Untersuchungen zeigten, dass 75 % der hergestellten Verbundproben eine niedrigere Temperaturleitfähigkeit als normale Graphit-Compounds besitzen. Die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeit zeigten ebenfalls eine Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Compounds durch die Verbindung zu Metall.

Due to the increasing growth in global demand for energy sources, taking account of the incipient climate change and the release of carbon dioxide from the atmosphere, the world strives to strengthen with increasing consumption of goods the use of fossil Energy sources by regenerative sources. By increasing research was graphite - characterized by its ability to be combined with different material structures - an inalienable key material in fuel cell technology. Although, these compounds brittle compared to metals have a lower electrical conductivity, a lighter weight and a high corrosion resistance, but also in comparison, have poor mechanical and thermal properties. The main objective of this work is to present a solution for the preparation of a positive connection between metals and highly filled graphite compounds. Thus, a reduction of the contact resistance between gas distributors and a current collector in a fuel cell is reached, resulting in the increase in performance of the stacks, and especially to an extension of the previously known range of applications of ultrasonic welding. A second investigation in this regard is the ultrasonic welding of the same compounds with a gas diffusion layer. The metallographic investigations of the frictional connection were detected. For all target variables the welding time and the heating temperature before the most important factors dominate. The results of the mechanical and technological investigations of composites produced by ultrasonic joining appear superior to metals compared to the results of conventional composites such as carbon and glass fiber composite materials. The electrical tests of the welded users have shown a reduction of electrical resistance between 15 and 30%. Thermal studies show that, have a lower thermal conductivity than ordinary graphite compounds 75% of the manufactured composite samples. The results also showed an improvement of the thermal conductivity of the thermal properties of the compound by the compound to metal.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Al Masri, Abed: Untersuchungen zum Ultraschallschweißen von hochgefüllten Graphit-Compounds mit Metallen zur Anwendung in PEM-Brennstoffzellen. 2016.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export