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Erzeugung der Kathode einer PEM-Brennstoffzelle durch Mehrlagenprägen

Erzeugung der Kathode einer PEM-Brennstoffzelle durch Mehrlagenprägen
Type:Bachelor- oder Masterarbeit
Supervisor:

Dr. Lothar Hahn

Field of Study:

Maschinenbau, Verfahrenstechnik

Tätigkeitsbeschreibung

Im Rahmen eines Verbundprojektes wird eine PEM (Proton Exchange Membrane) Brennstoffzelle für den portablen Bereich entwickelt. Im Vorgängerprojekt wurde die Anodenseite der Brennstoffzelle optimiert (Abb. 1). Im Vordergrund dieses Projektes steht die Minimierung von Volumen und Gewicht bei ausreichender Leistungsdichte. Zur Reduktion des Gewichts sollen die bisher üblichen Metallrahmen durch Kunststoffbauteile ersetzt werden.


Abb. 1: Aufbau der Brennstoffzelle aus dem Vorgängerprojekt

Auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle muss der Rahmen mechanisch genügend Steifheit aufbringen, damit ein guter elektrischer Kontakt zur Membran besteht. Gleichzeitig müssen die Zufuhr von Luft zur Membran und die Abfuhr von Wasserstoff für den Betrieb der Brennstoffzelle gewährleistet sein. Dies kann durch ein steifes Kunststoffbauteil, das über eine Siebstruktur für das Gasmanagement verfügt, und das für die elektrische Leitfähigkeit einseitig metallisch beschichtet ist, erreicht werden. Das aktuelle Design der Kathode ist in Abb. 2 zu sehen.

 
Abb.2: Design der Kathode der Brennstoffzelle   Abb. 3: Kathode, hergestellt durch
Mehrlagenprägen (erstes Muster)

Am IMT wird der Ansatz verfolgt, die Kathodenseite der Brennstoffzelle durch Heißprägen mehrerer Lagen (Mehrlagenprägen) zu erzeugen. Beim Mehrlagenprägen wird eine Metallfolie mit einer Kunststoffplatte während dem Prägevorgang verbunden und geprägt. Erste Muster, die noch optimiert werden müssen, wurden bereits erzeugt (Abb. 3).

Ziel der studentischen Arbeit ist die Herstellung und Optimierung von steifen Bauteilen mit vollflächiger Metallschicht und einer Siebstruktur, die in den portablen Brennstoffzellen Verwendung finden. Für die Prototypenherstellung wird dafür ein modifiziertes Heißprägeverfahren, das sogenannte Mehrlagenprägen, eingesetzt. Die studentische Arbeit bietet neben der Brennstoffzellentechnologie auch vertiefende Einblicke in die Welt der Polymere, deren Strukturierung und den Herausforderungen, die sich bei der Umformung im Bereich der Mikrotechnik ergeben.

 

Eintrittstermin: nach Vereinbarung

Vertragsdauer: 3-6 Monate

Persönliche Qualifikation: Bachelor- oder Masterstudent

Fachliche Auskünfte

Dr. Lothar Hahn
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Mikrostrukturtechnik
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Telefon: +49 721 608-23852
E-Mail: lothar hahnVsl5∂kit edu