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Materialentwicklung für Polymer/Graphit-basierte Bipolarplatten und Wärmetauscherplatten

|   2019-DGM-NL-09

Im Bereich Energieeffizienz und Klimaschutz wurden zwei Verbundprojekte (ImpactBlend, INNOVATIV Compound) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, die sich mit der Entwicklung von Polymer/Graphit-basierten Materialien beschäftigten. Diese Materialien sollen einerseits als Bipolarplatten in Brennstoffzellen bzw. Redox-Flow-Batterien einsetzbar sein. Voraussetzung dafür ist eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit. Andererseits sollen die entwickelten Rezepturen auch als Platten in planaren Wärmetauschern Einsatz finden, wofür eine hohe Wärmeleitfähigkeit angestrebt wird. Für beide Anwendungen ist die hohe Korrosionsbeständigkeit von Polymer/Graphit-Materialien gegenüber z. B. Säuren (Batterie) oder Salzwasser (Wärmetauscher) von großer Bedeutung.

Rezepturen aus verschiedenen Polymeren (Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylidenfluorid (PVDF)) und Graphiten wurden am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. entwickelt und untersucht (Abb. 1). Als erfolgversprechendste Variante erwiesen sich für Bipolarplatten Komposite basierend auf PVDF (Abb. 2). In einer wasserstoffbetriebenen Brennstoffzelle, die von der Firma Eisenhuth GmbH & Co.KG aufgebaut wurde, konnte gezeigt werden, dass die Stromdichte im Vergleich zu herkömmlichen PP/Graphit-Platten verdoppelt ist.

Für die Anwendung im Wärmetauscher (Abb. 3) wurden neben den Wärmeleitfähigkeiten auch die Wärmeübertragungskoeffizienten der Materialien bestimmt. Für PP-, PE- und PVDF-basierte Kompositmaterialien wurde durch die Graphitzugabe jeweils eine Verfünffachung des Wärmeübertragungskoeffizienten erreicht. Damit kann bei gleicher Fläche die fünffache Wärmemenge übertragen werden beziehungsweise für eine gleichbleibende Wärmemengenübertragung die Fläche des Wärmetauschers auf 20% reduziert werden.

https://www.calorplast-waermetechnik.de/produkte/kunststoff-waermetauscher/
Abb. 2: Strukturierte Bipolarplatte für Brennstoffzellen und Redox-Flow-Batterien der Firma Eisenhuth GmbH & Co.KG (Foto © IPF, K. Uhlig)
Abb. 3: Demonstrator eines Plattenwärmetauschers der Firma Calorplast Wärmetechnik GmbH (Foto © IPF, K. Uhlig)

Bericht zur Fortbildung "Einführung in die Metallkunde für Ingenieure und Techniker" vom 10. - 13.09.2019 in Darmstadt

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Vom 10. – 13. September 2019 fand das DGM-Fortbildungspraktikum „Einführung in die Metallkunde für Ingenieure und Techniker“ an der Hochschule...

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DIGITAL DAYS „NE:volution ins digitale Zeitalter“

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Die Digitalisierung bringt auch für die Nichteisen (NE)-Metallindustrie nachhaltige Veränderungen mit sich. Welche Chancen bieten sich daraus für die...

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Fachgespräch zum Thema Digitalisierung im Rahmen der 37. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2019

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Digitalisierung ist in aller Munde. Gerade in der Werkstoffprüfung ist dieses Thema sehr wichtig, da der Umgang und die Speicherung von Kennwerten und...

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DGM-Fortbildung „Aluminium - Grundlagen, Verarbeitung und Anwendungen“ vom 21.11. - 22.11.2019 in Bonn

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Die Fortbildung steht unter der fachlichen Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jürgen Hirsch, Hydro Aluminium Rolled Products GmbH.

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DGM-Fortbildung „Bauteilmetallographie“ vom 27.11. - 29.11.2019 in Berlin

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Die Fortbildung steht unter der fachlichen Leitung von Dr. Magdalena Speicher und Rudi Scheck, Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart - MPA.

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DGM-Fortbildung “Schadensanalyse von Dichtungen aus Elastomeren und Thermoplastischen Elastomeren (TPEs)“ vom 13.02. - 14.02.2020 in Frankfurt

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Die Fortbildung steht unter der fachlichen Leitung von Dipl.-Ing. Bernhard Richter, O-Ring Prüflabor Richter GmbH.

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DGM-Fortbildung “Smart Materials - Grundlagen, Herausforderungen und Anwendungen“ vom 04.03. - 05.03.2020 in Kaiserslautern

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Die Fortbildung steht unter der fachlichen Leitung von Dr.-Ing. Johannes Riemenschneider, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR).

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JETZT ONLINE! Das DGM-Fortbildungs- und Konferenzprogramm 2020

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Das aktuelle Fortbildungs- und Konferenzprogramm für Anwender und Entscheider so-wie Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure für das Jahr 2020...

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