DICHTHEITSPRÜFUNG AN KOMPONENTEN

Bipolarplatten für Brennstoffzellen
TECHNISCHE HERAUSFORDERUNG
Brennstoffzellenstapel bestehen aus zwei Endplatten und mehreren
Bipolarplatten, die durch Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) getrennt
sind. Im Wesentlichen sind die Bipolarplatten die elektrisch leitenden
Platten, die die Anode einer Zelle mit der Kathode einer anderen Zelle
verbinden. Bipolarplatten enthalten zwei Hohlräume und einen internen
Kühlkanal:
 zwei Kavitäten für die Prozessgase der Brennstoffzelle - Wasserstoffund Luft / Sauerstoff ein interner Kanal für Kühlflüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer
optimalen Prozesstemperatur des Stapels
Beide Kavitäten und der interne Kühlkanal müssen auf Dichtheit geprüft
werden. Der Wasserstoffkanal darf keinen Wasserstoff nach außen abgeben,da Wasserstoff brennbar ist. Der Kühlkanal darf keine Kühlflüssigkeit nach
außen entweichen lassen, um keinen elektrischen Kurzschluss zu
verursachen, aber auch um keine Kühlleistung zu verlieren. Nicht zuletzt
darf Wasserstoff nicht in den Kühlkanal übergehen, da dies zu
Materialkorrosion führen würde und auch Probleme mit der Pumpe imKühlkanal verursachen kann, wenn Gasblasen in der Kühlflüssigkeit
entstehen.
Für die verschiedenen Szenarien gelten unterschiedliche Anforderungen an
die zulässige Leckrate:
Die Leckage von Wasserstoff sowohl nach außen als auch in den Kühlkanalsollte typischerweise auf Leckraten im Bereich von 10-4 ... 10-6 mbar l/s
begrenzt werden, um die freigesetzte Wasserstoffmenge zu begrenzen. Die
Leckage von Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkanal sollte auf Leckraten imBereich von 10-4 ... 10-5 mbar l/s begrenzt werden, da Lecks dieser Größe mit
der Kühlflüssigkeit blockieren und keine weitere Kühlflüssigkeit austretenlassen.

DIE INFICON LÖSUNG
Prüfung auf Leckage von Kühlflüssigkeit
Um den Kühlkanal einer Bipolarplatte zu testen, wird der Kühlkanal von Luftevakuiert und mit Helium aufgefüllt, bevor der Kühlkanal verschlossen wird.
Die Bipolarplatte wird dann in einer Vakuumkammer platziert. Nachdem dieVakuumkammer evakuiert wurde, wird ein LDS3000 Dichtheitsprüfgerät andie Vakuumkammer angeschlossen und eventuell aus dem Kühlkanal
austretendes Helium detektiert. Nachdem die Kammer entlüftet wurde, kannHelium aus dem Kühlkanal zurückgewonnen werden.

Brennstoffstapel werden aus MEAs,
Bipolarplatten und zwei Endplatten
zusammengesetzt. Der Wasserstoffpfad
entsteht erst, nachdem zwei Bipolarplatten undeine MEA zusammengefügt wurden.

DICHTHEITSPRÜFUNG AN KOMPONENTEN
Bipolarplatten für Brennstoffzellen

Prüfung auf Wasserstoffleckage nach außen
Vor der Prüfung auf Wasserstoffleckage nach außen muss die Wasserstoffkavität
verschlossen und abgedichtet werden. Das resultierende Volumen wird dannevakuiert und mit Helium aufgefüllt. Anschließend werden die Einlassöffnungenverschlossen und die Bipolarplatte in eine Vakuumkammer gelegt. DieVakuumkammer wird evakuiert und ein LDS3000 Dichtheitsprüfgerät wird an dieKammer angeschlossen. Helium, das aus dem Wasserstoffkavität austritt, wirdvom Dichtheitsprüfgerät erkannt und als Leckage angezeigt. Wurde ein Leckfestgestellt, kann in einer zweiten Prüfung festgestellt werden, ob das Leck nach
außen oder in den Kühlkanal gerichtet ist.
Wenn kein Helium nachgewiesen wird, gibt es keine relevanten Lecks aus derWasserstoffkavität nach außen oder in den Kühlkanal. Die Kammer kann dannbelüftet und das Helium aus der Wasserstoffkavität zurückgewonnen werden.

Prüfung auf Wasserstoffleckage in den Kühlkanal
Während die Wasserstoffkavität noch mit Helium gefüllt und abgedichtet ist, wird
nun der Kühlkanal an eine Vakuumpumpe angeschlossen und auf Vakuumdruckevakuiert. Das LDS3000 Dichtheitsprüfgerät wird nun mit dem Kühlkanal
verbunden und aus der Wasserstoffkavität in den Kühlkreislauf austretendes
Helium wird vom Dichtheitsprüfgerät detektiert und als Leck angezeigt. DerKühlkanal wird nach dem Test belüftet und Helium kann aus dem
Wasserstoffkavität zurückgewonnen werden.
Wenn kein Leck festgestellt wird, handelt es sich bei dem in der vorherigen
Prüfung festgestellten Leck um ein Wasserstoffleck nach außen.

VORTEILE DER DICHTHEITSPRÜFUNG MIT SPÜRGAS

Hohe Zuverlässigkeit der Leckerkennung
Wiederholbarer und reproduzierbarer Prozess
Ergebnisse rückführbar auf nationale Standards
Kein Einfluss von Temperatur oder Feuchtigkeit
Identifizierung der Leckquelle

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mias00de-01 (2006)©2020 INFICON

Bipolarplatten für Brennstoffzellen
werden aufgrund der strengen
Anforderungen an die Leckrate und derNotwendigkeit eines hohen
Durchsatzes typischerweise in der
Vakuumkammer auf Dichtheit geprüft.