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Die Wasserstoffwirtschaft braucht große Stückzahlen zuverlässiger und zugleich kostengünstiger Komponenten. Eine zentrale Rolle spielen dabei Bipolarplatten in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Forschende am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP haben einen etablierten Vakuumbeschichtungsprozess so weiterentwickelt, dass nun kompakte Titan-Dünnschichten auf Komposit-Bipolarplatten abgeschieden werden können – mit gutem Durchgangswiderstand und Korrosionsschutz, ohne die kritische Temperaturgrenze der polymerbasierten Verbundwerkstoffe zu überschreiten. Die Forschungsergebnisse werden vom 8.–10. April 2026 auf der Manufacturing World Nagoya, Japan vorgestellt.
Komposit statt Massiv-Titan: Kosten senken, Leistungsfähigkeit erhalten
In PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen werden heute vielfach Bipolarplatten aus Titan eingesetzt. Sie sind korrosionsbeständig, aber teuer. Komposit-Bipolarplatten auf Polymer-Graphit-Basis sind deutlich kostengünstiger und leichter, benötigen jedoch eine geeignete Schutz- und Funktionsschicht, um in der aggressiven, sauren Umgebung dauerhaft stabil und elektrisch leitfähig zu bleiben.
Hier setzt die Arbeit des Fraunhofer FEP an: Aufbauend auf einer bereits qualifizierten Elektronenstrahl-Beschichtungslinie wurde ein Beschichtungsansatz für Komposit-Bipolarplatten entwickelt, der den Materialvorteil der Verbundwerkstoffe mit den funktionalen Eigenschaften einer Titanschicht kombiniert.
Weiterentwickelter Prozess: dichte Titan-Schicht bei begrenzter Temperatur
Die Beschichtung erfolgt mittels plasmaaktivierter Elektronenstrahlverdampfung (EB PVD mit SAD) in einer Vakuumanlage. Dabei mussten zwei Anforderungen miteinander in Einklang gebracht werden: Zum einen sollen die Titan-Schichten elektrisch gut leitfähig und korrosionsbeständig sein, zum anderen darf das temperaturempfindliche Kompositmaterial während des Prozesses nur bis zu einer definierten Grenztemperatur aufgeheizt werden.
Dazu wurden der etablierte Prozess auf die neuen Substrate angepasst, geeignete Vorbehandlungen für die raue Kompositoberfläche ausgewählt und die Wärmebelastung der Platten gezielt begrenzt. Begleitende Messungen und Simulationen der Temperaturverteilung halfen dabei, Prozessfenster zu definieren, in denen sich kompakte Titan-Dünnschichten mit niedrigen flächenspezifischen Durchgangswiderständen und wirksamer Korrosionsschutzwirkung abscheiden lassen – ohne die zulässige Temperatur des Kunststoffs zu überschreiten. Damit steht nun ein prinzipiell skalierbarer Ansatz zur Verfügung, um kostengünstige Komposit-Bipolarplatten für den Einsatz in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren funktionsfähig zu machen.
„Unsere Untersuchungen zeigen, dass sich Komposit-Bipolarplatten mit dünnen Titanschichten funktional so ausstatten lassen, dass sie eine reale Alternative zu massiven Titanplatten werden können – und das bei eingehaltenen Temperaturgrenzen der Polymere“, erklärt Dr. Stefan Saager, Leiter der Gruppe Beschichtung Metall und Energietechnik am Fraunhofer FEP. „Damit eröffnen wir neue Perspektiven für kosteneffiziente, hochproduktive Fertigungslösungen in der Wasserstofftechnik.“
Vom Pilotprozess zur Anwendung
Die neuen Arbeiten knüpfen an frühere Entwicklungen zur Hochratebeschichtung metallischer Bänder für Bipolarplatten an und übertragen diese Erfahrungen auf polymerbasierte Komposite. Im Rahmen des Projekts PolyFoleR wurden am Fraunhofer FEP in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer UMSICHT sowohl der Beschichtungsprozess selbst als auch Mess- und Auswerteverfahren für Durchgangswiderstand und Korrosionsverhalten unter praxisnahen Bedingungen aufgebaut. So entstand ein Werkzeugkasten aus Prozessführung, Vorbehandlung, Temperaturoptimierung und Charakterisierung, mit dem sich unterschiedliche Kompositmaterialien flexibel adressieren lassen. Perspektivisch können die erzielten Ergebnisse in kontinuierliche Produktionskonzepte wie Rolle-zu-Rolle- oder Sheet-to-Sheet-Linien überführt werden.
Einen Einblick in die Fortschritte und Möglichkeiten der neuen Prozesstechnologie bietet das Fraunhofer FEP während der Manufacturing World Nagoya.
Fraunhofer FEP auf der Manufacturing World Nagoya 2026
Datum: 8.–10. April 2026
Ort: Port Messe Nagoya, Japan
Standnummer: 5-45
Gezeigte Themen am Stand:
• Beschichtete Komposit-Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure
• Elektronenstrahl- und Plasmatechnologien für die Hochrate-Dünnschichtabscheidung
Über das Projekt PolyFoleR
Verbundvorhaben PolyFoleR: Elektrisch leitfähig eingestellte Polymercompound-Folien für elektrochemische Reaktoren
Fördergeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennzeichen: 03SF0647B
Laufzeit: 01.10.2021–30.09.2025
Projektpartner:
• Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
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• Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Energie, Physik / Astronomie, Umwelt / Ökologie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
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