Brændselscelle-pakningsteknologi

• Af:
  
• John Nyberg

Prädifa-teknologiafdelingen hos Parker Hannifin har aktuelt udviklet en vifte af pakningsteknologier, tilpasset de særlige krav til elektrolysatorer og brændselsceller – navnlig de bipolære plader, der anvendes i cellestablerne, og således spiller en vigtig rolle i forbindelse med bæredygtig produktion og brug af brint.

Det brede sortiment strækker sig fra gummirammepakninger over sprøjtestøbte kompositpakninger til PTFE-pakninger, der også fås i XXL-størrelser.

Elektrolysatorer og brændselsceller kan variere i størrelse, cellekemi og driftsparametre og til dels have forskellige krav afhængigt af deres teknologi. Uagtet det specifikke tekniske design er den stabel, der er ansvarlig for den kemiske reaktion, altid central for systemet. Den består af forskellige komponenter, herunder brændselscellens eller elektrolysatorens elektrokemiske hjerte: Membranelektrodeenheden, Membrane Electrode Assembly, MEA.

Dermed er de bipolære plader et centralt element i stablen. De fungerer som forbindelseselementer mellem de enkelte celler og muliggør transport af gasser og væsker mellem elektroderne. Ud over gasfordeling og køling af stablen er de ansvarlige for at tætne stablen mod ydersiden. 

Pålidelig tætning af bipolære plader er en af de største udfordringer ved design af brændselscelle- eller elektrolysatorsystemer. Utilstrækkelig tætning kan føre til gaslækager eller tab af elektrolytter, hvilket kan forringe systemets ydeevne eller medføre sikkerhedsproblemer. De anvendte pakninger er afgørende for effektiviteten og sikkerheden i systemet som helhed, og både pålidelig tætning mod ydersiden og effektiv adskillelse af procesgasserne i systemet er afgørende for optimal ydeevne for brændselsceller og elektrolysatorer.

Driftsforholdene i brændselsceller eller elektrolysatorer skaber store udfordringer for pakningerne. Alt efter hvad systemets funktionsprincip er, skal de kunne modstå høje tryk, høje temperaturer og/eller korroderende medier, samtidig med at det skal sikres, at hverken reaktanter, produkter eller elektrolytter kan slippe ud på en ukontrolleret måde. Det er en forudsætning for at sikre, at de strenge krav til brændselscelle- og elektrolysatorsystemers driftslevetid og sikkerhed overholdes. 

Ud over egnede materialer kræver det et enkelt og driftssikkert pakningsdesign, der er nemt at montere, som muliggør omkostningseffektiv og pålidelig masseproduktion. Til dette formål har Prädifa udviklet en portefølje af forskellige pakningsteknologier i en vifte af størrelser og former. Den strækker sig fra elastomerrammepakninger til kompositløsninger med pakninger, der forbindes med bærerammer eller direkte til den bipolære plade eller andre komponenter i stablen (eksempelvis monteringsrammer, gasfordelingsstrukturer eller membraner). Til barske anvendelsesforhold og særligt høje krav til driftslevetid fås også PTFE-pakningsteknologier. I oversigten nedenfor opsummeres kort de forskellige løsningers anvendelsesmuligheder og fordelagtige egenskaber: