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Hannover-Messe 2019 Kunststofffolie beschert günstige Elektropower

Redakteur: Peter Königsreuther

Die Forscher des Fraunhofer-Instituts Umsicht präsentieren in Hannover sogenannte bipolare Batterieaufbauten, die auf Polymerfolie basieren.

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Das Fraunhofer-Institut Umsicht verrät im Rahmen der Hannover-Messe 2019, wie sich flexible Bipolarmatten aus Kunststoff für die Herstellung kompakter Batterien nutzen lassen. Halle 2 am Stand C22.
Das Fraunhofer-Institut Umsicht verrät im Rahmen der Hannover-Messe 2019, wie sich flexible Bipolarmatten aus Kunststoff für die Herstellung kompakter Batterien nutzen lassen. Halle 2 am Stand C22.
(Bild: Fraunhofer-Umsicht)

Konventionelle Batteriesysteme, sagen die Umsicht-Forscher, sind extrem komplex: Sie bestehen meist aus mehreren Einzelzellen, die über Kabel miteinander verbunden sind. Das sei nicht nur aufwendig, sondern es bestehe zudem die Gefahr, dass sich sogenannte Hot-Spots ausbilden – also Bereiche, in denen die Kabel zu heiß werden können. Dazu kommt, dass Jede einzelne dieser Zellen für sich verpackt werden muss. Ein großer Teil der Batterie bestehe also quasi aus elektrisch inaktivem Material, das nichts zur Batterieleistung beitrage. Bipolare Batterien sollen dieses Problem aber lösen, heißt es.

Menge des Batteriematerials um 80 % reduziert

Bei der Alternative werden die einzelnen Zellen mithilfe flächiger Bipolarplatten miteinander verbunden, so das Umsicht. Allerdings sollen dabei andere Herausforderungen gelten: die Bipolarplatten bestehen entweder aus Metall, und sind somit anfällig für Korrosion, oder sie werden aus einem Kunststoff-Kohlenstoff-Gemisch gefertigt. Im letzteren Fall müssten sie herstellungsbedingt mindestens mehrere Millimeter dick sein, betonen die Experten. Das Umsicht-Team aus Oberhausen habe den Materialaufwands-Knoten gelöst: „Wir stellen Bipolarplatten aus elektrisch leitfähig eingestellten Polymeren her“, so Dr.-Ing. Anna Grevé, Abteilungsleiterin am Fraunhofer Umsicht. „So können wir sehr dünne Platten bauen und – verglichen mit konventionellen mit Kabeln verbundenen Zellen – über 80 % des Materials einsparen“,betont die Expertin. Darüber hinaus biete das Material zahlreiche weitere Vorteile: zum einen korrodiere es nicht und ließe sich nachträglich umformen.

Polymerer Batteriewerkstoff räumt mit Problemen auf

Außerdem könnten Strukturen hinein geprägt werden, wie sie für Brennstoffzellen wichtig seien. Und, was fast noch wichtiger ist: die neuartigen Bipolarplatten lassen sich verschweißen, so dass das erhaltene Batteriesystem absolut dicht ist, heißt es weiter. Konventionelle Bipolarplatten hingegen seien durch die thermische und mechanische Belastung, die das Material während der Fertigung erfahre, zum Verschweißen ungeeignet. Um sie so gut zusammenzufügen, dass weder Gase noch Flüssigkeiten die Fügestellen passieren können, sind deshalb Dichtungen erforderlich, erklärt die Umsicht-Abteilungsleiterin. Diese Dichtungen würden jedoch schnell porös und nehmen Platz weg. Ein weiterer Vorteil des neuen Materials sei, dass man die Eigenschaften der Bipolarplatten an die jeweiligen Anforderungen anpassen könnte. Grevé betont: „Möglich sind sowohl Platten, die so biegsam und flexibel sind, dass man sie um den Finger wickeln kann als auch brettharte Exemplare“.

Von Rolle-zu-Rolle zur günstigen Fertigung

Gewisse Hürden, heißt es, wurden vor allem seitens der Entwicklung des Materials und des Herstellungsprozesses aufgestellt. „Zwar verwenden wir marktübliche Polymere und Graphite. Das Geheimnis liegt jedoch im Rezept“, sagt Grevé. Weil das Material zu etwa 80 % aus Graphiten und folglich nur zu etwa 20 % aus Kunststoffen besteht, habe die Verarbeitung mit den üblichen Kunststoffverarbeitungsverfahren nur wenig gemein. Das Forscherteam vom Fraunhofer Umsicht entschied sich deshalb für das Rolle-zu Rolle-Verfahren, das eine günstige Fertigung erlaubt, heißt es, und passte dieses Verfahren dem Material mit viel Know-how an.

Die Bipolarplatten sind sofort einsatzfähig

Schließlich müssen zum einen auch die Inhaltsstoffe in den so produzierten Platten homogen verteilt, zum anderen die Platten mechanisch stabil und komplett dicht sein. Aufgrund der Ausgangsstruktur der Materialien war das nicht einfach, so Grevé. Schließlich hat es doch geklappt: „Wir konnten alle Anforderungen innerhalb eines Prozesses erfüllen. Die Platten können deshalb so verwendet werden, wie sie aus der Anlage kommen“, merkt Grevé an. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die Platten sich auch in beliebiger Größe herstellen lassen, wie es weiter heißt.

Relevante Mustermengen sind schon machbar

Ansehnliche Mustermengen dieser neun Art von Bipolarplatten könnten die Forscherinnen und Forscher bereits erzeugen, und zwar gemeinsam mit der Saueressig GmbH + Co. KG, mit der sie den bisherigen Produktionsprozess von Bipolarplatten für Brennstoffzellen in ein kontinuierliches Verfahren übertragen konnten. Gefördert wurde das Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi. Auf der Hannover-Messe vom 1. bis 5. April 2019 präsentieren Grevé und ihr Team eine 3,2 m² messende Bipolarplatte, die den Bau großskaliger Redox-Flow-Batterien ermöglichen soll. MM

(ID:45709283)