View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

9.1 Endplattendesign 153
den Stapels der Anpressdruck nahezu konstant ist (Bild 9.5). Bezogen auf eine einzelne Diffusionsschicht
ist das Anpressdruckverhältnis bereits ab der sechsten Zelle des Stapels größer
als 95 %. Somit werden nur die äußeren Zellen einen geringfügig erhöhten Ohmschen Widerstand
aufweisen, so dass die Leistung des gesamten Zellstapels aufgrund der vorliegenden
Anpressdruckverteilung voraussichtlich nur im Promillebereich verringert ist.
Bei Versuchen an Einzelzellen und Short-Stacks kann dagegen die Stapelleistung maßgeblich
durch die Anpressdruckverteilung beeinflusst werden. Zum Ausgleich der Endplattenwölbung ist
hierbei der Einsatz einer elastischen Zwischenschicht zwischen Endplatte und Bipolarplatte
empfehlenswert. Eine solche Zwischenschicht kann beispielsweise aus expandiertem Graphit
bestehen.
9.1.2 Gewichtsreduktionspotential der Endplatten
Die prozentualen Gewichtsanteile der Komponenten des aus 50 Zellen bestehenden 5 kW
Zellstapels sind in Bild 9.8 dargestellt. Als Grundlage für die Berechnung dienen die Zellkomponenten
des Referenzdesigns aus dem vorherigen Kapitel (Tabelle 9.1). Aus der Gesamtmasse
des Stapels von circa 27 kg ergibt sich eine gravimetrische Leistungsdichte von 0,19
kW/kg. Der Anteil der Endplatten am Gewicht des Zellstapels beträgt 43 %. Dies verdeutlicht,
dass die Gewichtsoptimierung der Endplatten ein großes Potential zur Steigerung der gravimetrischen
Leistungsdichte birgt.
MEA+ GDL+
Dichtungen
4%
Bipolarplatte
Bipolarplatten n
43%
Kühlzellen
5%
Zuganker
5%
Endplatten
43%
Bild 9.8: Prozentuale Gewichtsanteile im 5 kW Zellstapel (Gesamtmasse circa 27 kg)
In Kapitel 9.1.1 ist gezeigt worden, dass die als Referenzdesign bezeichnete Endplatte bezüglich
der Durchbiegung für den Einsatz in dem 5 kW Zellstapel geeignet ist. Ausgehend von
diesem Referenzdesign wird im Folgenden untersucht, ob durch Variation des Endplattenwerkstoffs
und der Endplattengeometrie das Gewicht der Endplatten reduziert werden kann. Für das
Referenzdesign wird bei vorgegebener Bauteilbelastung die maximale Durchbiegung der Endplatte
berechnet. Bei konstanter Bauteilbelastung wird unter Variation der Werkstoffe und Geometrien
die Endplattendicke so bestimmt, dass die resultierende maximale Durchbiegung der
des Referenzdesigns entspricht. Aus der Plattengeometrie und der Dichte des untersuchten