Wasserstoffmarkt für Brennstoffzellen und ThreeBond-Lösungen
Der rasche Fortschritt der Technologie und der Automobilindustrie beschleunigt sich von Jahr zu Jahr. Die Entwicklung neuer Technologien eröffnet kontinuierlich neue Chancen für die Kleb- und Dichtstoffindustrie. Unter diesen aufstrebenden Bereichen hat der Wasserstoffsektor in den letzten zwei Jahrzehnten erheblich an Bedeutung gewonnen, getrieben durch das globale Bedürfnis, CO₂-Emissionen zu reduzieren und auf sauberere Energiequellen umzusteigen. Wasserstoff wird inzwischen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs), Wasserstoffspeichersysteme, Elektrolyseure, Betankungsinfrastruktur und stationäre Energieerzeugung. Besonders im Automobilsektor stellen Wasserstoff-Brennstoffzellen eine Schlüsseltechnologie dar, um emissionsfreie Mobilität zu erreichen, während gleichzeitig lange Reichweiten und schnelle Betankungszeiten gewährleistet werden. Über die Automobilanwendungen hinaus spielt Wasserstoff auch eine wachsende Rolle in industriellen Prozessen, Energiespeicherung und Stromerzeugung und unterstützt die Entwicklung eines nachhaltigeren und widerstandsfähigeren Energiesystems.
Der Schutz wertvoller Ressourcen und die Vermeidung von Leckagen standen schon immer im Mittelpunkt der Mission von ThreeBond. Seit über 20 Jahren sind wir aktiv an der Entwicklung leistungsfähiger Dichtungslösungen beteiligt, die eine sichere und zuverlässige Wasserstoffhaltung gewährleisten. Unsere Lösungen sind speziell für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen, Wasserstofftanks und anderen kritischen wasserstoffbezogenen Anwendungen entwickelt, bei denen Sicherheit, Haltbarkeit und Leistung von zentraler Bedeutung sind.
Die kontinuierliche Innovation in Wissenschaft und Technologie ermöglicht es ThreeBond, jedes Jahr neue Lösungen zu entwickeln, die zunehmend anspruchsvolle Anforderungen und neue Anwendungen abdecken. Durch fortschrittliche Materialwissenschaften und Prozesskompetenz unterstützen wir unsere Kunden dabei, technische Herausforderungen zu meistern und zu einer nachhaltigeren und langlebigeren Welt beizutragen.
Anforderungen an die Wasserstoffabdichtung
Die Abdichtung von Wasserstoffsystemen stellt aufgrund der einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff und der Betriebsbedingungen von Brennstoffzellensystemen mehrere technische Herausforderungen dar:
- Hohe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, die die langfristige Leistung und Zuverlässigkeit beeinträchtigen kann
- Hohe Wasserstoffgasdurchlässigkeit, aufgrund der extrem kleinen Molekülgröße von Wasserstoff
- Hohe Anforderungen an das Fertigungstempo, was effiziente Dichtungsprozesse erforderlich macht, wie z. B.:
- CIPG (Cured-In-Place Gasket)-Technologien
- UV-härtende Lösungen, die schnelle Aushärtezeiten und hohe Produktivität ermöglichen
Im Laufe der Jahre hat ThreeBond mehrere Dichtungslösungen für Wasserstoffanwendungen entwickelt und validiert, die an unterschiedliche Leistungsanforderungen und Produktionsrhythmen angepasst sind. Diese Lösungen werden unter Verwendung standardisierter Japanischer Industriestandards (JIS) bewertet, einschließlich:
- JIS K 7129, zur Bewertung der Wasserdampfdurchlässigkeit (Feuchtigkeit)
- JIS K 7126, zur Messung der Gasdurchlässigkeit, einschließlich Wasserstoff
Anwendung in Brennstoffzellen
Eine Brennstoffzelle besteht aus mehreren präzise montierten Funktionsschichten, die Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen. Eine einzelne Zelle umfasst typischerweise:
- Bipolare Platten, die die Verteilung von Wasserstoff und Luft sicherstellen, Strom sammeln und mechanische Festigkeit bieten
- MEA (Membrane Electrode Assembly), bestehend aus einer Protonenaustauschmembran, die zwischen Katalysatorschichten und Gasdiffusionsschichten eingebettet ist
- Dichtungsbereiche, die um die aktive Zone herum aufgebracht werden, um das Austreten von Wasserstoff, Luft und Kühlmittel zu verhindern und die verschiedenen Flüssigkeitskreisläufe zu isolieren
Jede Komponente muss perfekt ausgerichtet und abgedichtet sein, um Effizienz, Haltbarkeit und Sicherheit unter Betriebsdruck- und Temperaturbedingungen sicherzustellen.
Um eine dichte Abdichtung zwischen den verschiedenen Komponenten zu gewährleisten, werden flüssige Dichtungsmaterialien präzise direkt auf die bipolaren Platten oder Rahmen aufgetragen. Je nach Produktionsprozess und Leistungsanforderungen wird die Abdichtung mithilfe folgender Technologien erreicht:
- FIPG (Formed-In-Place Gasket) oder CIPG (Cured-In-Place Gasket) Technologien
- Automatisierte Dosier- oder Siebdruckprozesse, die hohe Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Kompatibilität mit der Massenproduktion sicherstellen
Nach dem Auftragen wird das Dichtungsmaterial ausgehärtet – entweder durch Wärmeaushärtung oder UV-Härtung, abhängig vom Harztyp – wodurch eine robuste und durchgehende Dichtung entsteht. Dieser Schritt ist entscheidend, um Beständigkeit gegen Wasserstoff und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig die langfristige mechanische Stabilität aufrechtzuerhalten.
Nach der Abdichtung und Aushärtung werden die einzelnen Zellen zu einem Brennstoffzellenstapel montiert. Dieser Stapelungsprozess umfasst:
- Abwechselnd versiegelte bipolare Platten und MEAs in einer präzisen Reihenfolge
- Sorgfältige Ausrichtung aller Schichten, um gleichmäßigen Gasfluss und elektrischen Kontakt zu gewährleisten
- Anwendung kontrollierter Kompression mithilfe von Endplatten und Spannstangen, um eine konsistente Dichtungsleistung über den gesamten Stapel sicherzustellen
Der endgültige Stapel kann je nach gewünschter Leistung aus Dutzenden bis Hunderten einzelner Zellen bestehen. Eine ordnungsgemäße Dichtungsintegrität über den gesamten Stapel hinweg ist entscheidend, um Leckagen zu verhindern, Sicherheit zu gewährleisten und eine hohe Effizienz über die Lebensdauer des Systems aufrechtzuerhalten.
Unsere Lösungen
ThreeBond verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Dichtlösungen für Wasserstoffanwendungen und Brennstoffzellen. Die ersten entwickelten Lösungen waren wärmehärtende Produkte, wie zum Beispiel ThreeBond 1153E. Diese Produkte boten zwar eine ausgezeichnete Dichtleistung, jedoch sind die Aushärtezeiten bei der Wärmehärtung vergleichsweise lang, was den Produktionsdurchsatz und die Fertigungsgeschwindigkeit begrenzt.
Um mit dem rasanten technologischen Fortschritt und den steigenden industriellen Anforderungen Schritt zu halten, entwickelten die F&E-Teams von ThreeBond anschließend UV-härtende Harze, die die Aushärtezeiten deutlich verkürzen und schnellere sowie effizientere Produktionsprozesse ermöglichen.
In jüngerer Zeit konzentrierten sich unsere Entwicklungsarbeiten auf siebdruckfähige Harze, die höhere Produktionsvolumen und eine gesteigerte Fertigungsgeschwindigkeit durch automatisierte Dosier- und Druckprozesse ermöglichen.
Heute bietet ThreeBond ein breites Portfolio an Dichtlösungen, darunter FIPGs (Formed-In-Place Gaskets) und CIPGs (Cured-In-Place Gaskets), die mit verschiedenen Dosiersystemen kompatibel sind. Unser Portfolio umfasst sowohl wärmehärtende als auch UV-härtende Harze, die entwickelt wurden, um den vielfältigen Leistungs- und Produktivitätsanforderungen von Wasserstoff- und Brennstoffzellenanwendungen gerecht zu werden.
- Einkomponentig, lösungsmittelfrei
- Wärmehärtend
- Einkomponentig, lösungsmittelfrei UV-Lichthärtung
- Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Hitze, Wasser, Säure, Kühlmittel und geringe Feuchtigkeit
- Ausgezeichnete Formbeständigkeit, geringe Druckverformung
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