Herstellung von Ni-Funktionsflächen auf Graphit-Compound-Platten mittels Ultraschallschweißen

Wesling, Volker GND; Kunz, Ulrich GND; Hickmann, T.; Giese, Peter GND; Grimm, H.; Al Masri, A.

In einer idealen Brennstoffzelle laufen die für die elektrochemische Reaktion maßgeblichen Vorgänge (Katalyse, Stofftransport, Ionenleitung durch die Membran) über die gesamte aktive Fläche gleichmäßig verteilt ab. Dies ist in einer realen Brennstoffzelle nicht der Fall, so dass in einer Bipolarplatte zwischen zwei benachbarten Zellen Ausgleichsströme parallel zur Plattenebene fließen müssen, um Unterschiede in der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen gegenüberliegenden Flächenelementen auszugleichen. Diese Ausgleichsströme müssen einen erheblich größeren elektrischen Widerstand überwinden als die Ströme senkrecht zur Plattenebene, und bedingen daher einen zusätzlichen Verlust an Nutzenergie. Durch die Einarbeitung von flächigen Metallstrukturen parallel zur Plattenebene könnte die elektrische Leitfähigkeit der Bipolarplatten erheblich vergrößert und der durch Ausgleichsströme bedingte Energieverlust nahezu vollkommen vermieden werden. Eine vielversprechende Möglichkeit zum formschlüssigen Auf- oder Einbringen von Metallstrukturen auf polymerbasierte Bauteile ist das Ultraschallschweißverfahren. Es wird gezeigt, unter welchen Bedingungen mit Hilfe des Ultraschallschweißverfahrens ein Metallnetz mit einem Graphit-Polymer-Compound verschweißt werden kann. Durch Messungen der elektrischen Leitfähigkeit an den gewonnenen Materialproben konnte ein positiver Einfluss eines integrierten Metallnetzes noch nicht belegt werden, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass der positive Effekt des Metallnetzes durch eine Beschädigung des Materialgefüges aufgrund nicht optimal angepasster Schweißparameter kompensiert oder gar überkompensiert wird.

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Wesling, Volker / Kunz, Ulrich / Hickmann, T. / et al: Herstellung von Ni-Funktionsflächen auf Graphit-Compound-Platten mittels Ultraschallschweißen. 2015.

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