Dichtungslösungen von Parker Prädifa erhöhen Effizienz und Sicherheit von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen

Unterschiedlichste Dichtungsdesigns und -werkstoffe für die Schlüsselkomponenten zur nachhaltigen und effizienten Gewinnung und Nutzung von Wasserstoff.

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Die Prädifa Technology Division von Parker Hannifin hat eine breite Palette an Dichtungslösungen entwickelt, die auf die speziellen Anforderungen von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen abgestimmt sind – insbesondere auf die in den Zellstapeln („Stacks“) eingesetzten Bipolarplatten. Das Portfolio reicht dabei von Rahmendichtungen aus Gummi über angespritzte Verbunddichtungen bis hin zu PTFE-Dichtungen, die sogar in XXL-Größen erhältlich sind.

Entscheidend für Effizienz und Sicherheit
Elektrolyseure und Brennstoffzellen spielen eine Schlüsselrolle im Hinblick auf die nachhaltige Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff. Es handelt sich bei ihnen um technisch eng miteinander verwandte Systeme. Aufbau und Funktionsweise sind grundsätzlich ähnlich, wobei das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle gegenüber der Elektrolysezelle jedoch umgekehrt ist. Je nach Technologie können sich Elektrolyseure und Brennstoffzellen hinsichtlich ihrer Größe, Zellchemie und Betriebsparametern unterscheiden und teilweise unterschiedliche Anforderungen aufweisen. Gleich um welches technische Design es sich spezifisch handelt steht im Zentrum aber stets der Stapel bzw. (englisch) „Stack“ der für die chemische Reaktion verantwortlichen Zellen. Er besteht aus verschiedenen Komponenten, zu denen unter anderem das elektrochemische Herz der Brennstoffzelle bzw. des Elektrolyseurs gehört: die Membran-Elektroden- Einheit (MEA).

Ein zentrales Element des Stacks wiederum sind die Bipolarplatten. Sie dienen als Verbindungselemente zwischen den einzelnen Zellen und ermöglichen den Transport von Gasen und Flüssigkeiten zwischen den Elektroden. Neben der Gasverteilung und Kühlung des Stacks sind sie auch für dessen Abdichtung nach außen verantwortlich. Dabei zählt die zuverlässige Abdichtung von Bipolarplatten zu den größten Herausforderungen bei der Konstruktion von Brennstoffenzellen- oder Elektrolysesystemen. Eine unzureichende Abdichtung kann zu Gaslecks oder Elektrolytverlust führen, was die Leistung des Systems beeinträchtigt oder auch zu Sicherheitsproblemen führen kann. Entscheidend für die Effizienz und Sicherheit der gesamten Anlage sind die eingesetzten Dichtungen. Dabei gilt: Sowohl die sichere Abdichtung nach außen als auch die zuverlässige Trennung der Prozessgase innerhalb des Systems sind unerlässlich für eine optimale Leistung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.

Dichtungslösungen für Bipolarplatten
Die Betriebsbedingungen in Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren stellen die Dichtungen vor große Herausforderungen. Je nach Funktionsprinzip des Systems müssen sie hohen Drücken, hohen Temperaturen und/oder korrosiven Medien widerstehen können und gleichzeitig sicherstellen, dass weder Edukte, Produkte noch Elektrolyt unkontrolliert austreten. Nur so kann die Erfüllung der hohen Anforderungen an Lebensdauer und Sicherheit des Brennstoffzellen- bzw. Elektrolysesystems gewährleistet werden.

Neben geeigneten Materialien ist ein einfaches, funktionssicheres und leicht zu montierendes Dichtungsdesign gefordert, das eine kostengünstige und zuverlässige Serienproduktion erlaubt. Parker Prädifa hat für diese Anforderungen ein umfangreiches Portfolio an verschiedenen Dichtungslösungen in unterschiedlichsten Größen und Formen entwickelt.

Es reicht von Rahmendichtungen aus Elastomerwerkstoffen über Verbundlösungen mit Dichtungen, die an Trägerrahmen oder direkt an der Bipolarplatte oder anderen Bauteilen des Stacks (z.B. Einbaurahmen, Gasverteilungsstruktur oder Membrane) angebunden sind. Für extreme Anwendungsbedingungen und besonders hohe Lebensdaueranforderungen sind auch Dichtungslösungen aus PTFE verfügbar.

Die nachfolgende Übersicht fasst die jeweiligen Einsatzgebiete und vorteilhaften Eigenschaften der verschiedenen Lösungen kurz zusammen:

• Rahmendichtungen aus Gummi sind eine kostengünstige Lösung. Entweder klassisch im Werkzeug oder im Endlos-Extrusionsverfahren in praktisch beliebiger Größe und Form herstellbar. Geeignet für Temperaturen bis 250 °C. Guter Druckverformungsrest. Geeignet für Brennstoffzellen (z.B. PAFC, AFC, PEM) und Elektrolyseure (z.B. AE, PEME).

• Angespritzte Verbunddichtungen können direkt auf die Bipolarplatte oder einen Metall- bzw. Kunststoff-Trägerrahmen aufgebracht werden. Dies reduziert Montagefehler-, zeiten und -kosten und vereinfacht den Installationsprozess erheblich. Auf Dichtungsnuten kann u.U. verzichtet werden. Die Dichtungen sind in großen Abmessungen für Elektrolyseur-Anwendungen (Segmentfertigung) verfügbar.

• PTFE-Dichtungen sind besonders geeignet für Anwendungen, die eine hohe chemische Beständigkeit erfordern z.B. in stationären Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, die mit aggressiven Chemikalien arbeiten. Sie zeichnen sich durch hohe Medienbeständigkeit, lange Lebensdauer, gute elektrische Isolationseigenschaften und hoher Formbeständigkeit unter Last aus. PTFE-Dichtungen dieser Art sind auch in Spezialwerkstoffen mit verbessertem Permeationsverhalten sowie in XXL-Größen bis zu 4,5 m erhältlich.

Weitere Informationen über Parkers Dichtungslösungen für Bipolar-Platten.

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