Produktionshilfe für MEA-Konstruktionen in Brennstoffzellen

 english: Production aid for MEA designs in fuel cells

Das wesentliche Ziel bei der Herstellung moderner Brennstoffzellen ist, eine möglichst kostensparsame und schnelle Fertigung zu erreichen. Der Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess verspricht dabei, die größten Einsparpotentiale zu besitzen. 

Bei der zentralen Einheit, der MEA, ist die zuverlässige Medienabdichtung wichtig. Diese Abdichtung soll dauerhaft die Wasserstoff- von der Sauerstoffseite trennen, also ein Crossover vermeiden. Außerdem isoliert diese Subgasket-Dichtung elektrisch die Kathoden- von der Anodenseite.

Aus verschiedenen Bereichen der Folienverarbeitung (Beispiel Verpackungsindustrie) ist bekannt, dass eine Rolle–zu–Rolle Verarbeitung besonders vorteilhaft ist. Der kontinuierliche Prozess hat vor allem einen großen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber getakteten Verfahren.

Führt man die zentrale Membranfolie (z.B. Nafion®) vorgestanzt einer Rollenlaminierung zu, laufen von oben und unten Subgasketfolien in Form von Rahmen zu. Damit ein Rolle-zu-Rolle Verfahren eingesetzt werden kann, müssen mindestens diese Subgasketfolien als Endlosware auf der Rolle vorliegen.

Durch die großen Innenausstanzungen, in denen die Membranfolie einlaminiert wird, verliert die Materialbahn extrem ihre Eigenfestigkeit. Durch die schmalen übrigbleibenden Materialstege führen mechanische Spannungen bei dem Materialtransport zu Verwölbungen und Verzug. Auf diese Weise ist keine passgenaue und prozesssichere Laminierung möglich.

Um diesem Verhalten der ausgestanzten Rahmen entgegen zu wirken, kann man eine Traktor-Lochung (Sprocket Feed) verwenden. Sie hält den Rahmen durch eine feste mechanische Fixierung „in Form“.

Eine technisch zuverlässigere Methode ist die Verwendung eines Trägerbandes. Das Subgasket-Material (z.B. PEN oder PPS) wird dazu auf einen schwach haftenden Polyesterfolien-Träger auflaminiert. Im Anschluss kann man die Öffnungen für die Medienzuflüsse und die große Öffnung für die Ionenaustausch-Membran ausstanzen. Durch die klebende Verankerung auf dem zugfesten Transportband verzieht sich die nun stark geschwächte Materialbahn der Subgasket-Dichtung nicht.

Die so vorbereiteten Rahmenfolien können nun mühelos und sehr exakt in einem Rollenlaminator mit der zentralen Membrane zusammen laminiert werden. Die schwach-haftende Transportfolie kann nach der Lamination entfernt werden (DECAL-Verfahren) oder kurz davor.

CMC Klebetechnik unterstützt sie bei der Optimierung ihres Fertigungsprozesses durch geeignete Haftfolien mit geringer Dehnbarkeit, die auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können.