Zerspanende Herstellung von Bipolarplatten-Prototypen für mobile PEM-Brennstoffzellen

Abstract

Aufgrund der globalen Klimaveränderungen gewinnt die Nutzung von Brennstoffzellen als Energiequelle für Elektromotoren immer mehr an Bedeutung. Brennstoffzellen sind eine umweltfreundliche und effiziente Alternative zu Verbrennungsmotoren, da sie keine schädlichen Emissionen produzieren. Die Kernkomponenten der Brennstoffzellen sind Bipolarplatten, die aus Materialien wie Graphit, Titanlegierungen oder Edelstahl hergestellt werden können. Die Fertigung dieser Bipolarplatten ist jedoch aufgrund ihrer nutförmigen Strukturen, die die elektrochemische Reaktion ermöglichen, eine Herausforderung. Um die Effizienz der spanenden Bearbeitung dieser Funktionsgeometrien zu verbessern, werden Bauteile hergestellt, um die kritischen Bearbeitungsschritte zu ermitteln. Dies ermöglicht es, Potenziale und Grenzen der spanenden Bearbeitung zu identifizieren und zu optimieren, um eine wirtschaftliche Herstellung der Bipolarplatten zu erreichen. Die Optimierung der Fertigungstechnologie für Bipolarplatten ist nicht nur eine Herausforderung, sondern auch eine wichtige Maßnahme im Kampf gegen den Klimawandel. Durch die steigende Nachfrage nach Brennstoffzellen und Elektromotoren wird die Herstellung von Bipolarplatten mit spanenden Verfahren immer wichtiger. Eine verbesserte Fertigungstechnologie trägt nicht nur zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei, sondern unterstützt auch die Entwicklung von nachhaltigen Energiequellen und trägt somit zur Bekämpfung des Klimawandels bei. Diese Arbeit befasst sich mit der Durchführung und an Bipolarplatten taugliche und nicht ganz so einfach zu zerspanende Materialien für PEM-Brennstoffzellen. Dabei liegt das Augenmerk auf schnelles und effizientes Herstellen der Flowfields mittels Fräsen, um eine mögliche wirtschaftlich reife Massenproduktion dieser Bipolarplatten zu realisieren. So kann als Ergebnis geliefert werden, dass durch Optimierungen an den Zerspanprozess, das Zerspanen durchaus mit der konventionellen Methode mithalten kann.

Due to global climate change, the use of fuel cells as a power source for electric motors is becoming increasingly important. Fuel cells are an environmentally friendly and efficient alternative to combustion engines as they do not produce harmful emissions. The core components of fuel cells are bipolar plates, which can be made from materials such as graphite, titanium alloys, or stainless steel. However, manufacturing these bipolar plates is a challenge due to their groove-like structures that enable electrochemical reactions. To improve the efficiency of machining these functional geometries, parts are manufactured to identify critical machining steps. This enables the identification and optimization of potentials and limits of machining to achieve cost-effective manufacturing of bipolar plates. Optimizing the manufacturing technology for bipolar plates is not only a challenge, but also an important measure in the fight against climate change. With the increasing demand for fuel cells and electric motors, the production of bipolar plates using machining processes is becoming more important. Improved manufacturing technology not only contributes to reducing greenhouse gas emissions but also supports the development of sustainable energy sources and thus contributes to combating climate change. This work focuses on the implementation of suitable materials for PEM fuel cell bipolar plates that are not easy to machine. The goal is to quickly and efficiently produce flow fields using milling to realize a possible economically mature mass production of these bipolar plates. As a result of process optimization, it can be delivered that machining can keep up with the conventional method.