Brennstoffzellen – eine Lösung für Mobilität und Energiewende mit Folien von CMC Klebetechnik

Im Jahre 1994 wurde mit NECAR das erste Wasserstoff-angetriebene Auto vorgestellt. Daimler war damit seiner Zeit etwa 25 Jahre voraus und fuhr die Forschung in Folge in diesem Bereich massiv herunter. Doch die Energiewende und die weltweiten CO2 Ziele machen Brennstoffzellen wieder interessant. Die CMC Klebetechnik ist mit dabei.

Das zentrale Element einer PEM-Brennstoffzelle ist die EME (Elektroden-Membran-Einheit). Sie wird auch als Membran-Elektrodeneinheit (MEA) bezeichnet. Hier findet der Ionenaustausch statt zwischen den beiden Reaktionspartnern Wasserstoff und Sauerstoff.

Die innovative Firma CMC Klebetechnik hat bereits vor Jahren eine Klebefolie entwickelt, die eine besonders wichtige Funktion innerhalb eines Brennstoffzellen-Stapels übernimmt: die mit einem hitzeaktivierbaren Kleber beschichtete Folie wird rahmenförmig um den eigentlichen Funktionsträger der Brennstoffzelle, die Protonen-Austausch-Membrane (PEM) aufgesiegelt. Mittels dieser dünnen Stützfolie kann die PEM-Folie in dem Stack aus Bipolarplatten, Dichtungselemente und der Gasdiffusionslage (GDL) fixiert werden. Die aufgeklebte Rahmenfolie hält die MEA gespannt und dichtet die beiden Seiten der MEA zueinander ab. Auf diese Weise wird eine Medienvermischung zwischen den beiden Halbzellen verhindert und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrecht erhalten.

CMC Klebetechnik bietet als Standard für die EME/MEA Montage in PEM-Zellen eine Teonex® – Folie an mit einem hitzeaktivierbaren Klebstoff (CMC 61325).

Folie und Kleber sind hydrolysestabil und daher dauerhaft in Brennstoffzellen einsetzbar. Der verwendete Kleber erlaubt eine sehr schmale Laminierfläche der Haltefolie. Dadurch wird die benötigte Klebefläche auf der teuren Funktionsmembrane sehr klein gehalten.

Der Kleberauftrag stört bei den weiteren Verarbeitungsschritten (z.B. Pick-and-Place) nicht, da er bei Raumtemperatur nichtklebend ist. Eine „Vergiftung“ der MEA durch Kleber oder Folie wurde bisher nicht beobachtet. Das Datenblatt zu der PEM-Stützfolie CMC 61325 finden Sie hier.

Kundenspezifische Entwicklungen – im simpelsten Fall Modifikationen der Materialstärken – sind genauso möglich wie an spezielle Anforderungen angepasste Klebersysteme (z.B. Haftung auf abweisenden Oberflächen, SPEEK, Nafion®…). Andere Basisfolien wie PPS oder THV  können neben der Teonex®-Folie verwendet werden.

Brennstoffzellen für den diskontinuierlichen Betrieb wie Notstrom-Aggregate für Messstationen, Funkanlagen, Einrichtungen der IT, dezentrale Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern oder Ladebetrieb für elektrische Batterien profitieren von dem wesentlich einfacheren Handling der "Brennstoffe" für „Methanol-Brennstoffzellen“ (Stichwort CO- und Schwefelvergiftung).

Für Methanoldirekt-Brennstoffzellen (DMFC, HT-PEM) mit Betriebstemperaturen deutlich über 100°C bietet sich die Verwendung von Kapton® FN an. Diese spezielle Variante von Kapton® verfügt über eine sehr gute Hydrolysestabilität und weist nahezu keinen Schrumpf auf. Daher sind Rahmenfolien aus Kapton® FN auch bei Temperaturen, bei denen Tenoex®-Folien üblicherweise ca. 0,2-0,8 % Schrumpf zeigen, spannungsfrei. Spezielle, dauerelastische Kleberbeschichtungen (PSA) von CMC Klebetechnik wirken als Montagehilfe und vor allem als Dichtelement (z.B. Methanol-Reformer).

Eine noch weiter verbesserte Version der Kapton® Folie ist Kapton® 200FWR919. Diese hydrolysebeständige Kaptonfolie ist beidseitig mit einer Fluorpolymerschicht beschichtet, so dass eine sehr gute chemische, thermische und elektrische Beständigkeit erreicht wird.

Ebenfalls sehr gut einsetzbar ist DuPont™ Oasis® 200TRT515, eine Weiterentwicklung u.a. für die Flugzeugindustrie mit hervorragender Hydrolysestabilität und chemischer Beständigkeit und Neutralität. CMC Klebetechnik kann diese Folien von der Firma DuPont, geschnitten, gestanzt, magaziniert und funktionsbeschichtet anbieten.

Kapton FN verfügt zusätzlich über eine heißsiegelfähige Beschichtung aus FEP, die eine sehr hoch temperaturbeständige Verklebung ermöglicht.

Eine weitere Anwendung für Rahmenfolien (sub gasket) von CMC klebetechnik sind Elektrolyseure für Power-to-Gas und Power-to-Chemicals (z.B. Ethanol). Auch für diese Anwendungen gilt, dass die Chemie und der mechanische Aufbau der Klebefolie für die Funktionsmembrane an die Anforderungen des Kunden angepasst werden können.

Die Rahmenfolien von CMC Klebetechnik können sehr dünn ausgeführt werden, so dass eine kompakte Bauweise des Brennstoffzellen-Stacks erreicht werden kann. Selbst eine doppelseitige Beschichtung ist möglich, um die verfügbaren Bauräume noch besser nutzen zu können. Ein weiterer Vorteil der Rahmenfolien von CMC Klebetechnik ist die Möglichkeit, durch sie die Produktion von einzelnen MEA-Einheiten zu automatisieren. Eine Vereinfachung der Produktionsweise gilt neben der Reduktion oder Substitution von Platin als Schlüssel für einen marktgerechteren Preis von PEM-Brennstoffzellen.

Rahmenfolien von CMC Klebetechnik können auch für die Ionenaustauschermembrane von Redox-Flow-Batterien (z.B. vanadiumsalz-basiert) entwickelt werden. Als unabhängiger Hersteller können wir auf ein großes Potential unterschiedlicher Folien und Klebstoff zurückgreifen.

 

Über die CMC Klebetechnik GmbH

Die CMC Klebetechnik GmbH beschichtet seit fünf Jahrzehnten folienartige Materialien mit Klebstoff- und Funktionsbeschichtungen. Darüber hinaus bietet die CMC Klebetechnik als erfahrener Konverter eine kundenspezifische Formatierung der Folien in Rollen, Bögen oder auch als Formstanzteil an. CMC Klebetechnik ist außerdem durch ein eigenes Entwicklungslabor ein innovativer Partner bei kundenspezifischen Projekten und Sonderbeschichtungen. Die Produkte der CMC werden überwiegend in der Elektrotechnik als Isolationsmaterial eingesetzt, finden aber auch in nahezu allen anderen Industriebereichen Anwendung.

Die CMC Klebetechnik GmbH hat sich auf kunden- und anwendungsspezifische Lösungen spezialisiert. Die starke Nischenorientierung erfordert eine Vielzahl unterschiedlicher Rezepturen und Anwendungsprofilen. Durch dieses breite Fachwissen hat sich auch die Anzahl von Lohnbeschichtungen (der Kunde stellt Trägermaterial und/oder Beschichtungsmasse bei) in den letzten Jahren deutlich erhöht.

Die CMC Klebetechnik ist ein Unternehmen der inhabergeführten CMC-Gruppe. Zur CMC Gruppe gehören am Standort Frankenthal/ Pfalz neben der CMC Klebetechnik GmbH, die Coloprint Tech-Films GmbH (technische Folien, Stanzteile), die CMC Maschinenbau (Stanz- und Schneidanlagen) und die CMC Beratungs- und Verwaltungs GmbH (Holding). Weitere Unternehmen der CMC Gruppe befinden sich an Standorten in Hilden und in Pforzheim.

Mehr Informationen unter www.cmc.de

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