Ultrapress2 - Automatisierung des induktiven Heißpressens von elektrisch leitfähigen Compoundwerkstoffen für die Herstellung grossskaliger BPP für die Energiewende

Abstract

Im Projekt UltraPress2 wurde ein innovativer, automatisierbarer Serienprozess zur Herstellung großskaliger Bipolarplatten (BPP) aus hochgefüllten, elektrisch leitfähigen Polymer-Graphit-Compounds entwickelt. Zentrales Element ist ein neuartiges hybrides Heißpresswerkzeug, das aus Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) in Kombination mit Stahleinsätzen besteht und mittels induktiver Erwärmung das Compound aufschmilzt und gleichzeitig verpresst. Dadurch können Kavitäten sehr schnell, gezielt und energieeffizient aufgeheizt werden, was die Zykluszeiten gegenüber klassischen Pressverfahren deutlich reduziert. Die Entwicklung umfasste die Optimierung der UHPC-Rezeptur, die Konstruktion zuverlässiger Schalungen, die Herstellung erster Labor- und Kleinserienwerkzeuge sowie umfassende mechanische, thermische und mikrostrukturelle Untersuchungen. Die Werkzeuge zeigten eine hohe Festigkeit, geringe Porosität und eine stabile Performance auch unter hohen Lasten und wiederholten Presszyklen. Parallel wurden verschiedene Compoundrezepturen evaluiert; wobei eine Compoundformulierung mit 90 Gew% sphärischem Graphit in Polypropylen sich am geeignetsten erwies. In umfangreichen Pressversuchen – sowohl klassisch als auch induktiv – konnten Geometrie, Oberflächenqualität und elektrische Eigenschaften der Platten erfolgreich nachgewiesen werden. Während die elektrische Performance der induktiv gepressten BPP sehr gut ausfiel, zeigte die Wasserstoffpermeation noch Optimierungsbedarf. Der Scale-up auf PM200-Werkzeuge sowie die Entwicklung eines automatisierbaren Entformungs- und Qualitätssicherungskonzepts belegen die grundsätzliche Industrialisierbarkeit. Ein Upscaling auf die PM400 BPP konnte leider aufgrund des Ausscheidens des Partners Proton Motor nicht mehr physisch realisiert werden. Insgesamt zeigt das Projekt, dass induktiv beheizte UHPC-Hybridwerkzeuge einen vielversprechenden Ansatz darstellen, um BPP wirtschaftlicher, reproduzierbarer und mit deutlich höherer Energieeffizienz herzustellen.