Graphit Polymer Compounds

Die Zukunft der Energiespeicherung

Die Energiewende bringt zahlreiche Chancen und Veränderungen mit sich: neue Technologien, neue Energien und die Forschung geht in Richtungen, die noch vor ein paar Jahren undenkbar erschienen.

Ein Thema, das entsprechend immer stärker in den Vordergrund rückt, ist die Energiespeicherung. Ohne neue Möglichkeiten der Energiespeicherung ist ein Gelingen der Energiewende kaum realisierbar – gerade in Hinblick auf erneuerbare Energien und ihre nachhaltige Nutzung. So produzieren beispielsweise Solaranlagen hauptsächlich dann Strom, wenn er nicht genutzt wird – tagsüber bei Sonnenschein – und Elektroautos haben oft noch eine zu geringe Laufleistung, um von der breiten Masse als attraktive Alternative zum Verbrennungsmotor wahrgenommen zu werden. Nur zwei der zahlreichen Einsatzmöglichkeiten neuer Energiespeichertechnologien.

Ein Ansatz sind die sogenannten Bipolarplatten, denn sie sind leichter, kompakter und effizienter als aktuelle Batteriesysteme.

Aufbau und Einsatz von Bipolarplatten in Brennstoffzellen und Batterien

Die gängigsten Batteriesysteme bestehen aus verschiedenen, miteinander verschalteten Einzelzellen, in denen Energie gespeichert wird. Ein entsprechend großer Teil dieser Batterien besteht also aus nicht für die Energiespeicherung genutztem Material, z. B. aus Ummantelungen für die Einzelzellen und Kabeln für die Verschalung.

Bipolarplatten sind da deutlich effizienter. In ihnen werden die Einzelzellen als Stacks (deutsch: Stapel) flächig miteinander verbunden. Als Teil von Brennstoffzellen oder Redox-Flow-Batterien fungieren sie so als „Stromsammler“ und gleichzeitig durch eine entsprechende Beschichtung aus Graphit oder Metall als Stromleiter.

Eingesetzt werden sie in Redox-Flow-Batterien z. B. als Reservequellen für Mobilfunk-Basisstationen oder als Pufferbatterie für Windkraftanlagen.
Ein größeres Anwendungsfeld – und daher hier mehr Beachtung – finden Bipolarplatten allerdings als Teil von Polymerelektrolytbrennstoffzellen (kurz: PEM-Brennstoffzellen) in mobilen Anwendungen, z. B. Brennstoffzellenfahrzeugen oder Akkumulatorladegeräten. Als Teil von Kraft-Wärme-Anlagen können sie auch stationär z. B. als Teil von Blockheizkraftwerken in Wohnhäusern eingesetzt werden und dort für eine nachhaltige Energiespeicherung sorgen.

Speziell bei Bipolarplatten, die in PEM-Brennstoffzellen eingesetzt werden, gilt grundsätzlich: Je größer desto besser. Denn mehr Zellen innerhalb des Stacks sorgen für eine höhere Spannung und ein allgemein größerer Stack sorgt für mehr Leistung.

Graphit Polymer Compound:
Die weltgröße Bipolarplatte aus dem Hause Centroplast

In Zusammenarbeit mit namhaften Unternehmen ist es Centroplast gelungen, mit der Graphit Polymer Compound die weltgrößte Bipolarplatte zum Einsatz in Redox-Flow-Batterien und Brennstoffzellen zu entwickeln.

Die Basis zum Bau dieser Platte lieferte das Wissen über unterschiedlichen Verarbeitungen von Kunststoff, das bei Centroplast in den vergangenen 60 Jahren aufgebaut wurde. Denn insbesondere das Extrusionsverfahren macht es möglich, nicht nur Kunststoffe, sondern auch maßgeschneiderte Bipolarplatten aus Graphit zu fertigen. Diese unterliegen quasi keinen Größenlimitierungen und bieten aufgrund des kontinuierlichen Verfahrens deutliche Kostensenkungspotentiale bei großen Stückzahlen – z. B. im Vergleich zu Heißpressen und Spritzgießen. Denn die Produktion einer einzelnen Graphitplatte dauert zwar etwas länger als die einer metallischen, jedoch können durch die gleichzeitige Fertigung mehrerer Exemplare in Serie im Minutentakt produziert werden.

Diese finden im Gegensatz zu Bipolarplatten aus Metall ihren Einsatz im stationären Bereich, da sie sehr widerstandsfähig in aggressiven Umgebungen sind, und gleichzeitig über eine gute elektrische Leitfähigkeit verfügen. Eingesetzt werden sie in der Energiespeicherung an Off- und Onshort-Windfarmen, um den nachts erzeugten Strom für den Tag zu speichern, in Großsolar-Anlagen oder an Photovoltaikanlagen gekoppelt in Mehrfamilienhäusern.

Eine besondere Herausforderung stellt die Langlebigkeit der Graphit Polymer Compounds dar. Im stationären Bereich müssen sie durchaus bis zu 50.000 Gebrauchsstunden schaffen, gleichzeitig ist jedoch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Gewicht und Widerstandsfähigkeit nötig.

„Mit den Centroplast-Bipolarplatten sind noch keine 50.000 Stunden erreicht worden“, so Thorsten Derieth, Leiter der Vorentwicklung und Produktmanager für funktionale Werkstoffe bei Centroplast.

„Anhand von Accelerated Lifetime Tests gibt es jedoch Lebensdauerprognosen, die eine sehr lange Haltbarkeit voraussagen. Eingesetzt werden zudem nur chemisch inerte Rohstoffe wie Graphit und Polypropylen, die nicht oder kaum reagieren.“

Thorsten Derieth

Zudem werden die Bipolarplatten regelmäßig darauf überprüft, dass sie absolut dicht gegenüber den Elektrolyten in der jeweiligen Umgebung sind.

Die Entwicklung der weltgrößten Graphit Polymer Compound ist bereits gelungen, doch natürlich sind auch individuelle Entwicklungen je nach Einsatz und Anforderungen möglich. Centroplast ist es so gelungen, sein Portfolio für das Zukunftsthema Energiespeicherung zu erweitern und als Partner der Batterieindustrie zu positionieren.