Effiziente Beschichtungsverfahren fĂŒr BPP

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27. November 2022

Effiziente Beschichtungsverfahren fĂŒr BPP

Sowohl in PEMEC (Protonenaustauschmembran-Elektrolyseuren) als auch in PEMFC (-Brennstoffzellen) laufen im Betrieb chemische Prozesse ab, die mittel- und langfristig die OberflĂ€che der verwendeten Materialien angreifen und zu Korrosion fĂŒhren. Verschiedene Studien zeigen, dass sich bei BPP aus reinem Edelstahl aufgrund der inneren Korrosionsprozesse die etwa fĂŒr Pkw-Brennstoffzellen angestrebten Lebensdauern von mindestens 10.000 Betriebsstunden nur schwerlich erreichen lassen. FĂŒr Brennstoffzellen fĂŒr den Schwerlastbereich oder aber fĂŒr Elektrolyseure im Dauerbetrieb sind noch weitaus lĂ€ngere Lebensdauern gefordert.

Die seit Jahrzehnten fĂŒr eine Vielzahl von Anwendungen genutzte Technik der PVD-Beschichtung (Physical Vapour Deposition) stellt eine Lösung fĂŒr diese Problematik dar. „Durch geeignete Beschichtungen der beiden Außenseiten der BPP kann deren Korrosionsverhalten unter Langzeitbetrieb und damit deren Lebensdauer signifikant optimiert werden“, sagt Dr. Andreas Kraft. Laut dem Director of Operations bei PVT Plasma und Vakuum Technik ergeben sich dadurch keine Einbußen in der LeitfĂ€higkeit, sondern sogar Verbesserung hin zu einem angestrebt hohen Leitwert. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Bensheim bei Frankfurt a. M. operiert seit mehr als 35 Jahren im Bereich der ionen- und plasmagestĂŒtzten PVD-Beschichtung von Werkzeugen und Bauteilen.

Die Beschichtungen, die auf den BPP aufgebracht werden, sind zwar sehr dĂŒnn, stellen aber einen entscheidenden Kostenfaktor bei der Herstellung der Platten dar. „Bei einer Platte mit einer GrĂ¶ĂŸe von rund 750 cm2 sollten die Kosten fĂŒr die Beschichtung deutlich unterhalb von 1 Euro pro Platte liegen“, betont Kraft. Eine gleichzeitige Beschichtung beider Seiten einer BPP erfordere deshalb einen hochproduktiven Beschichtungsprozess sowie zuverlĂ€ssige Beschichtungstechnik. Deshalb sind auch laut dem Werkstoffexperten die in der Werkzeug- und Bauteilbeschichtung meist ĂŒblichen Batch-Beschichtungssysteme hinsichtlich ihrer ProduktivitĂ€t unwirtschaftlich und nicht zielfĂŒhrend.

„FĂŒr eine derartige Massenproduktion kommen nur sogenannte In-Line-Systeme in Frage, bei denen Substrate mit hohem Durchsatz beidseitig und ohne Rotation beschichtet werden“, betont Kraft. Im Unterschied zu Batch-Systemen handelt es sich hierbei um Mehrkammeranlagen, bei denen die Substrate von Kammer zu Kammer transportiert werden. Die Kammern werden dabei von großen Transferventilen separiert, wodurch rĂ€umlich und zeitlich getrennt verschiedene definierte Prozessschritte ablaufen können. Dieser Aufbau ermögliche eine saubere Umgebung mit gleichbleibenden Vakuum- und Prozessbedingungen.

Mit der von PVT entwickelten In-Line-Anlage i-L 4.3500 lassen sich laut Kraft pro Jahr etwa 5 Mio. BPP fĂŒr Brennstoffzellen mit den Dimensionen von 500 mm x 150 mm beidseitig in gleichbleibender QualitĂ€t beschichten. Der Aufbau der Anlage ist als Kombination aus vier kammerförmigen Einzelmodulen realisiert, wodurch gleichzeitig mehrere Positionen an BPP eingeschleust (AtmosphĂ€re Ă  Vakuum), unter gleichbleibenden Vakuumbedingungen beschichtet und schließlich wieder ausgeschleust (Vakuum Ă  AtmosphĂ€re) werden können.

Der PVT-Manager betont, dass die Beschichtungskosten pro Platte (bezogen auf die Brennstoffzellen-BPP) typischerweise deutlich unterhalb von 1 Euro liegen. AbhÀngig vom verwendeten Prozess und den eingesetzten Beschichtungsmaterialien können die Kosten sogar signifikant geringer ausfallen, so Kraft.

Autor: Michael Nallinger

Quellenangabe:

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