Produkte im Einsatz

EKPO Fuel Cell Technologies: Hochleistungsthermoplaste für Stackmodule von Brennstoffzellen

Dieser PR-Bericht wird Ihnen bereitgestellt von DuPont.

Hochleistungsthermoplaste von DuPont ermöglichen dem Joint-Venture EKPO Fuel Cell Technologies, Dettingen/Erms, eine flexiblere Gestaltung seiner Stackmodule in Brennstoffzellen.

Das Projekt

In den Stackmodulen NM5-EVO für Brennstoffzellen kommen Hochleistungskunststoffe von DuPont zum Einsatz. (Foto: DuPont)

In den Stackmodulen NM5-EVO für Brennstoffzellen kommen Hochleistungskunststoffe von DuPont zum Einsatz. (Foto: DuPont)

EKPO Fuel Cell Technologies (EKPO) wurde im März 2021 als Gemeinschaftsunternehmen der Automobilzulieferer ElringKlinger und Plastic Omnium gegründet und trägt durch Entwicklung serienreifer Brennstoffzellen-Technologien zu einer schnelleren Einführung der Wasserstoffmobilität bei. Aufbauend auf der Fertigungs-Expertise der beiden Mutterunternehmen produziert das Joint Venture mit hoher Effizienz und weitgehend automatisch Stackmodule und Komponenten für Brennstoffzellen und liefert diese in großen Stückzahlen, vollständig auditiert sowie in bewährter Automobilqualität an seine Kunden. Bereits Ende 2021 soll das PEMFC-Stackmodul NM5-EVO auf den Markt kommen. Seine hohe Leistungsdichte und ein flexibles, kompaktes Design ermöglichen den Einsatz in OEM-Anwendungen und -Systemen für Pkws sowie Nutz- und Schwerlastfahrzeuge unterschiedlichster Marken und Modelle.

Wasserstoffbasierte Technologien sind für die Automobilindustrie weltweit von besonderem Interesse, da sie erheblich zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes beitragen. Wird der benötigte Wasserstoff aus erneuerbaren Ressourcen erzeugt, können Brennstoffzellenantriebe sogar als emissionsneutral gelten. Brennstoffzellen eignen sich als Antriebstechnologie nicht nur für eine Vielzahl von Fahrzeugen, vom Pkw über Lieferwagen bis zum Fernverkehrs-Lkw, sondern auch für Schiffe, Züge und Flugzeuge.

Die Herausforderungen

Die Entwicklung und Herstellung eines leistungsfähigen, modularen und kompakten Brennstoffzellen-Stacks erfordert eine große technologische Expertise und langjährige Erfahrung. Den geeigneten Werkstoff hat EKPO deshalb in enger technischer und wissenschaftlicher Zusammenarbeit mit DuPont ausgewählt.

Das Stackmodul NM5-EVO ist eine Plattform, die in den verschiedensten Fahrzeugtypen und -modellen verwendbar ist. Alle seine Komponenten, unter anderem standardisierte Schnittstellen für die automobilspezifischen Flüssigkeiten und Medienverbindungen, ein Anodenkreislauf mit integriertem Wasserabscheider, Spül- und Ablassventile sowie ergänzende Konnektivität und Sensorik, sind in ein und demselben Gehäuse zusammengefasst. Neben der Medienschnittstelle enthält das Modul insbesondere auch eine Zellspannungsmesseinheit mit Komponenten aus einem PBT der Marke Crastin von DuPont. Die Anforderungen bezüglich Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit selbst unter extremen Bedingungen (einschließlich Gefrierstart bei -30 °C) sowie die Vorgaben für die Lebensdauer stellten die Entwickler vor große Herausforderungen.

Die für die Medienschnittstellen verwendeten thermoplastischen Materialien müssen höchsten Anforderungen genügen, damit jede einzelne Zelle des Brennstoffzellen-Stacks unabhängig von den übrigen funktionieren kann. Die einwandfreie Funktion dieser Schnittstellen muss auch bei starker Belastung durch chemisch aggressive Flüssigkeiten auf kleinstem Raum gesichert sein. EKPO hatte bereits Erfahrung mit der Herstellung solcher Thermoplastkomponenten, suchte aber nach einem Material, das sich besser verarbeiten lässt.

Die Lösung

Für die Medienschnittstellen hat DuPont seine elektrofreundliche Hochleistungs-Polyamid-Produktreihe Zytel HTN EF für die besonderen Anforderungen weiterentwickelt. (Foto: DuPont)

Für die Medienschnittstellen hat DuPont seine elektrofreundliche Hochleistungs-Polyamid-Produktreihe Zytel HTN EF für die besonderen Anforderungen weiterentwickelt. (Foto: DuPont)

Zur Unterstützung von EKPO hat DuPont die bereits vorhandene elektrofreundliche Hochleistungs-Polyamid-Produktreihe Zytel HTN EF für die besonderen Anforderungen von Brennstoffzellenkomponenten weiterentwickelt. Der Kunststoff wurde mit Blick auf maximale Effizienz beim Spritzgießen und beim Laserschweißen optimiert, um hohe Produktionszahlen und ebenso kompakte wie komplexe Formen zu ermöglichen.

Durch einen extrem hohen Reinheitsgrad stellt DuPont mit dieser optimierten Kunststoffqualität zudem sicher, dass es weder zu einer Reaktion mit dem Brennstoffzellenmedium noch zu einer Verunreinigung der Zellen kommen kann. Ihr hoher CTI-Wert sichert wichtige Vorteile gegenüber den zuvor verwendeten Produkten.

Die Verweilzeit des Materials und seine Gratfreiheit haben EKPO geholfen, die Effizienz der Spritzgießmaschinen zu optimieren. Dimensionale Stabilität, Beständigkeit gegenüber aggressiven Flüssigkeiten und eine Innendruckfestigkeit von bis zu 2,5 bar sorgen dafür, dass Bauteile aus Zytel HTN EF über die lange Nutzungsdauer der Brennstoffzellen-Stacks hinweg immer sicher dicht bleiben. Zu den aus Zytel HTN EF produzierten Teilen zählen Medienmodule, Kathodenendplatten, Anodenendplatten und Dichtungsträger. Die seitlichen Abdeckungen der Zellspannungsmesseinheit werden aus PBT Crastin hergestellt.

Das neue Hochleistungspolyamid Zytel HTN EF gehört zur Familie der elektrofreundlichen thermoplastischen Materialien von DuPont. Es nimmt einen besonderen Platz in dieser Produktgruppe ein, da es ebenso beständig gegen Materialermüdung durch Wärme wie besonders widerstandsfähig gegen chemische Substanzen ist.

Entscheidende Vorteile von Zytel HTN EF:

  • Isolierfähigkeit, hoher elektrischer Widerstand
  • Hitzebeständigkeit
  • Chemische Beständigkeit
  • Festigkeit und Steifigkeit
  • Dimensionale Stabilität
  • Hydrolysebeständigkeit
  • Ermüdungsfestigkeit
  • Ausgezeichnete Verarbeitbarkeit.

Verglichen mit anorganisch hitzestabilisierten Kunststoffen weist diese ebenfalls hitzestabilisierte, elektrofreundliche Produktfamilie von DuPont ein weit stabileres elektrisches Verhalten auf. Zytel HTN EF ist für Dauertemperaturen von bis zu 185 °C geeignet, dimensionsstabil, hoch chemikalienbeständig und zeichnet sich durch geringe Wasseraufnahme aus. Zytel HTN EF wird je nach Kundenanforderungen mit unterschiedlicher Reflow-Lötfähigkeit und verschiedenen Glasfasergehalten angeboten.

www.ekpo-fuelcell.com/de
www.dupont.com