Klebebänder für die MEA-Produktion

Im Betrieb ist es wichtig, die verwendeten Medien, zum Beispiel Sauerstoff und Wasserstoff bei der PEM-Brennstoffzelle, zuverlässig voneinander zu trennen. Reduzierte Leistung bis hin zu einem völligen Versagen des Stacks wären mögliche Folgen einer Undichtigkeit.

Doch nicht nur die Betriebssicherheit ist auf kleinster Ebene, der einzelnen Zelle, wichtig. Um konkurrenzfähig zu sein, bedarf es auch schneller und zuverlässiger Produktionsverfahren.

CMC Klebetechnik bietet für beide Bereiche – Betriebssicherheit und hohe Fertigungsgeschwindigkeit – Lösungen an:

Dichtung und Stabilisierung der MEA

Zur mechanischen Stabilisierung der MEA außerhalb der aktiven Fläche werden sogenannte Subgasket-Dichtungen eingesetzt. CMC 61145 ist ein für diese Anwendung spezifiziertes Laminat-Klebeband. Es besteht aus einer dünnen Kaladex® oder Teonex® PEN-Folie, die mit einem hydrolysestabilen PSA-Spezialkleber beschichtet ist. Der drucksensitive Kleber verursacht keine „Vergiftung“ der Katalysatorenbeschichtung oder Erhöhung der Leitfähigkeit des Kühlmediums. Der Vorteil des dauerelastischen Klebers ist seine langfristige Funktion als Dichtung (Subgasket) zwischen Membrane (z.B. Nafion®) und dem Rahmen, den die Folie bildet. Der Rahmen stabilisiert die dünne Membranfolie und erleichtert wesentlich die Montage. Gegenüber anderen Dichtungskonzepten ist der Hauptvorteil von CMC 61145 die extrem geringe Dicke (Länge des Stack), die hohe Druckbeständigkeit und die einfache Prozessführung bei der Herstellung.

Die Standardfolie hat eine Stärke von 25µm, auf Anfrage sind aber auch 50µm und 100µm Folienstärke möglich. Auch andere Polymere für eine höhere Hydrolysestabilität sind möglich, z.B. PPS, PFA, PPSU, PEEK.

Da die CMC Klebetechnik selbst Hersteller des Produktes ist, kann auch die benötigte Schichtstärke des Klebers an die Dicke der Elektroden (GDL, MPL, CCM) angepasst werden.

Fertigungshilfe für das Rolle-zu-Rolle Verfahren

Um möglichst schnell und damit kostengünstig fertigen zu können, bietet sich die Produktion von MEA-Einheiten im Rolle-zu-Rolle Verfahren an. Dieses kontinuierliche Fertigungsverfahren ist bereits seit langem z.B. bei der Etikettenherstellung im Einsatz. Auch die Verpackungsindustrie kennt das Rolle-zu-Rolle Verfahren bestens, denn bei Verpackungen kommt es häufig darauf an, schnell und kostengünstig große Mengen produzieren zu können.

Die zunächst noch stabile PEN Folie von CMC 61145 wird durch das Ausstanzen der Mediendurchlässe und der zentralen Öffnung für die Membran sehr instabil. Das Subgasket-Klebeband in diesem labilen Zustand passgenau durch einen Laminierprozess zu führen ist nahezu unmöglich.

Abhilfe schafft hier ein Spezial-Klebeband von CMC-Klebetechnik: CMC 12089. Dieses relativ dicke Polyesterklebeband (auch in 50µm erhältlich) kann vor dem Stanzprozess mit der PEN-Folie laminiert werden. Da das Klebeband CMC 12089 beim anschließenden Stanzen nicht mit durchgestanzt wird (Kiss-Cut), bleibt es als stabiler Träger für den weiteren Rolle-zu-Rolle Prozess übrig. So sind passgenaue Laminationen zwischen den beiden CMC 61145-Subgasketfolien und der inneren Membran möglich. Die relativ dicke Polyesterstabilisierungsfolie wird auch in einem Heißlaminierprozess nicht durch die Zugkräfte gedehnt.

Nach dem Laminationsschritt kann das Klebeband CMC 12089 dank Spezialkleber rückstandsfrei und mit minimalem Kraftaufwand von dem Verbund gelöst werden.

Mit der Laminierhilfsfolie CMC 12089 ist es für Automatisierer möglich, vom vergleichsweise langsamen Prozess des „Stapelns“ von Einzelteilen zum erheblich schnelleren Prozess des Rolle-zu-Rolle Laminierens zu wechseln. Denn nun ist das Beherrschen der hohen Genauigkeitsanforderungen und die Steuerung der Bahnspannung bei hohen Geschwindigkeiten möglich.