Effizientes Heizen im Haushalt: Eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle erzeugt Strom, der beispielsweise zum Aufladen von E-Autos genutzt werden kann. Mit der Abwärme der Brennstoffzelle wiederum lassen sich die Wohnräume beheizen.

Bild: Frenzelit

Werkstoffe für Dichtungen Brennstoffzellenheizungen effizienter machen

09.11.2022

Die Wärme, die Brennstoffzellen im Betrieb abgeben, lässt sich beim Heizen intelligent nutzen. Dabei ist es nicht nur für die Sicherheit wichtig, dass das komplette Heizsystem absolut dicht ist. Leistungsfähige Werkstoffe können hier für einen hohen Wirkungsgrad sorgen.

Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen von Gebäuden bis zum Jahr 2030 um zwei Drittel im Vergleich zu 1990 zu senken. Dazu sind unter anderem Heizungen mit anderen Brennstoffen als Öl und Erdgas notwendig. Hier kommt die Brennstoffzelle ins Spiel: Sie erzeugt in einer chemischen Reaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom, Wärme und Wasser. Der Aufbau einer adäquaten Wasserstoffinfrastruktur hat zwar noch Entwicklungspotenzial, rückt aber immer stärker in den Fokus, um auch über diesen Weg unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden. Für den Übergang besteht dennoch die Möglichkeit, Brennstoffzellen zu nutzen, die sich mit Erdgas betreiben lassen.

Unabhängig vom Brennstoff gilt: Das komplette Heizsystem muss gut abgedichtet sein, es darf kein Gas entweichen. Denn sowohl Wasserstoff als auch Erdgas können zusammen mit dem Luftsauerstoff ein explosives Gemisch bilden. Da Wasserstoffmoleküle extrem klein sind, ist es entsprechend schwierig, Zuleitungen, Heizung und Aggregate wirksam abzudichten. Demgegenüber steht der Vorteil des höheren Wirkungsgrads, wenn hochleistungsfähige Dichtungen verwendet werden.

Gegen Gasaustritt und Kurzschlüsse

Dichtungen finden sich in verschiedenen Bereichen der Brennstoffzelle. Sie kommen zwischen den Stacks zum Einsatz, den einzelnen Zellen, um ein Austreten der Brenngase und des Elektrolyten zu vermeiden. Zudem schirmen sie die Bipolarplatten, die den erzeugten Strom leiten, gegeneinander ab und verhindern so einen Kurzschluss. Und sie dichten die Zuleitungen ab, in denen der Wasserstoff und Sauerstoff transportiert werden.

An Stacks und Zuleitungen wird dabei nicht unbedingt der gleiche Dichtwerkstoff eingesetzt: Um die Bipolarplatten elektrisch voneinander zu trennen, ist als Dichtwerkstoff ein guter Isolator gefragt. Umgekehrt kann bei den Zuleitungen ein elektrisch leitfähiges Dichtungsmaterial gefordert sein, um Strom abfließen zu lassen. Damit wird verhindert, dass sich das Bauteil elektrisch auflädt.

Zwei Dichtungen für Brennstoffzellen

Auch der Elektrolyt im Inneren der Stacks, der meist flüssig ist, muss abgedichtet werden. Oft handelt es sich um ein herausforderndes Medium – wie starke Laugen bei der alkalischen Brennstoffzelle –, das die Dichtungen angreifen kann. Außerdem muss der Dichtwerkstoff beständig gegenüber Wasserstoff und Sauerstoff sein. Hinzu kommen bei einigen Brennstoffzellenvarianten Temperaturen von mehr als 500 °C. Auch die Lebensdauer der Werkstoffe sollte hoch sein, um die Brennstoffzelle wartungsarm und lange lauffähig zu halten.

Als Dichtwerkstoffe, die sich für Brennstoffzellen eignen, bietet Frenzelit zum einen die Novapress-Produkte (Elastomer-gebundene Dichtungsmaterialien auf Basis von Aramidfasern und speziellen Funktionsfüllstoffen) an. Sie erreichen laut dem Hersteller ein bis zu 10.000-mal besseres Leckageniveau als vergleichbare Dichtungen. Eine weitere Produktfamilie ist die Novamica-Reihe (aus Phlogopit-Glimmer), die aufgrund ihrer Temperaturbeständigkeit bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen zum Einsatz kommen kann.

Bildergalerie

  • Wichtig für die Brennstoffzelle: Dichtwerkstoffe halten zum einen Wasserstoff- und Sauerstoffzuleitungen dicht (Position 1 und 4), und zum anderen die einzelnen Stacks an den Bipolarplatten (Position 2 und 3).

    Wichtig für die Brennstoffzelle: Dichtwerkstoffe halten zum einen Wasserstoff- und Sauerstoffzuleitungen dicht (Position 1 und 4), und zum anderen die einzelnen Stacks an den Bipolarplatten (Position 2 und 3).

    Bild: Frenzelit

  • Ausgelegt für den Einsatz in Brennstoffzellen: Der Dichtwerkstoff Novapress soll 10.000-mal dichter halten als vergleichbare Produkte.

    Ausgelegt für den Einsatz in Brennstoffzellen: Der Dichtwerkstoff Novapress soll 10.000-mal dichter halten als vergleichbare Produkte.

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