Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes mit dem Institut f\u00fcr Kunststofftechnik (IKT) der Universit\u00e4t Stuttgart, Robert Bosch und Matthews International \/ Saueressig arbeitet Coperion an der Weiterentwicklung der Proton Exchange Membrane(PEM)-Brennstoffzellen zu einem effizienten Energielieferanten f\u00fcr die allt\u00e4gliche mobile Nutzung. Im Fokus stehen Bipolarplatten als ein Kernelement der Brennstoffzellenstacks, und hier speziell diejenigen Ausf\u00fchrungen, die auf thermoplastgebundenen Graphit-Compounds basieren. Die extrem hohen F\u00fcllgrade stellen dabei bisher nicht gekannte Anforderungen an die Verfahrenstechnik. Als Projektpartner nutzt Coperion seine umfangreiche Kompetenz zur Entwicklung der erforderlichen maschinenseitigen L\u00f6sungen f\u00fcr die Compoundherstellung.<\/p>\n
Bipolarplatten aus Graphit-Polymer-Compounds bieten sich aufgrund ihres geringen Gewichts f\u00fcr mobile Anwendungen an. Dabei kombinieren sie Eigenschaften wie elektrische und thermische Leitf\u00e4higkeit und Gasdichtigkeit mit deutlich h\u00f6herer mechanischer Belastbarkeit als reine Graphit-Ausf\u00fchrungen. Zudem widerstehen sie der Einwirkung von Feuchtigkeit und sauren Medien bei typischen Betriebstemperaturen \u00fcber l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume als Metalllegierungen.<\/p>\n
Coperion stellt sich der Aufgabe, die bei der Herstellung einzugsbegrenzter Kunststoffcompounds gesammelten Erfahrungen auf die Aufbereitung von Mischungen zu \u00fcbertragen, die aus sehr hohen Graphit- und geringen Polymeranteilen bestehen, um so das Fundament f\u00fcr ein zuk\u00fcnftiges Upscaling zu legen.<\/p>\n
Dazu Markus Fiedler, Verfahrenstechnik, Teamleiter Chemical Applications bei Coperion: \u201eUnser Hauptaugenmerk liegt auf zwei besonders kritischen Faktoren: Die hohen Graphitanteile \u2013 im Projekt sind F\u00fcllgrade von weit \u00fcber 85\u00a0Gew.-% angestrebt \u2013 bei zugleich geringer Sch\u00fcttdichte erfordern spezielle Vorrichtungen, um die Mischungen in den Extruder einzuspeisen und den m\u00f6glichen Massedurchsatz zu steigern. Wir wollen diesen schwierigen Materialeinzug optimal in den Prozess integrieren. Parallel optimieren wir auch die Einarbeitung der F\u00fcllstoffe ins Polymer, um die Bildung von Agglomeraten und die mechanische Degradation des Polymers w\u00e4hrend des Compoundierens zu vermeiden.\u201c<\/p>\n
FET Technologie und Prozessoptimierung<\/strong><\/p>\n Als Basistechnologie zur Verbesserung des Einzugsverhaltens nutzt Coperion die patentierte Feed Enhancement Technology (FET), die sich ideal f\u00fcr die Verwendung feinerer, nicht kompaktierter F\u00fcllstoffe eignet. Dabei ist die Einzugszone der Seitenbeschickung mit einer por\u00f6sen, gasdurchl\u00e4ssigen Wand ausgestattet. Liegt auf der Au\u00dfenseite ein Vakuum an, wird ein Teil der in der Mischung enthaltene Luft abgesaugt. Dadurch steigen die Sch\u00fcttdichte und somit das Material-Aufnahmeverm\u00f6gen in der Seitenbeschickung.<\/p>\n Auch zur Homogenisierung der Mischung hat Coperion ein prozessoptimiertes Maschinenkonzept entwickelt. Parallel nutzt das Unternehmen numerische 3D-Str\u00f6mungssimulationen (CFD) zur virtuellen und realen Optimierung des Mischprozess von Polymer und F\u00fcllstoff. Projektbegleitend entwickelt Coperion dar\u00fcber hinaus ein Inline-Qualit\u00e4tstool zur Erfassung von Prozess- und Produktschwankungen, wodurch perspektivisch eine Regelung der Compoundqualit\u00e4t in Echtzeit realisiert werden soll.<\/p>\n Markus Fiedler weiter: \u201eAlle beteiligten Partner bringen in ihren Fachgebieten langj\u00e4hrige Erfahrungen, umfangreiches Wissen und hoch kompetente Mitarbeiter ein. Dies und eine vertrauensvolle, enge Zusammenarbeit und Abstimmung sind optimale Bedingungen f\u00fcr einen erfolgreichen Abschluss des Projektes, an dessen Ende der Weg der Brennstoffzelle in die Mobilit\u00e4t ein St\u00fcckchen k\u00fcrzer geworden sein wird.\u201c<\/p>\n Das Vorhaben wird mit dem Akronym GrabaT (Graphit-basierte Bipolarplatten-Technologien) unter dem Kennzeichen 03ETB028B vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie gef\u00f6rdert.<\/p>\n