Innovative Beschichtung für Wasserstoffkomponenten: Weiterentwicklung von Titan-Beschichtung für Komposit-Bipolarplatten
Die Wasserstoffwirtschaft braucht große Stückzahlen zuverlässiger und
zugleich kostengünstiger Komponenten. Eine zentrale Rolle spielen dabei
Bipolarplatten in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Forschende am
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP haben
einen etablierten Vakuumbeschichtungsprozess so weiterentwickelt, dass nun
kompakte Titan-Dünnschichten auf Komposit-Bipolarplatten abgeschieden
werden können – mit gutem Durchgangswiderstand und Korrosionsschutz, ohne
die kritische Temperaturgrenze der polymerbasierten Verbundwerkstoffe zu
überschreiten. Die Forschungsergebnisse werden vom 8.–10. April 2026 auf
der Manufacturing World Nagoya, Japan vorgestellt.
Komposit statt Massiv-Titan: Kosten senken, Leistungsfähigkeit erhalten
In PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen werden heute vielfach
Bipolarplatten aus Titan eingesetzt. Sie sind korrosionsbeständig, aber
teuer. Komposit-Bipolarplatten auf Polymer-Graphit-Basis sind deutlich
kostengünstiger und leichter, benötigen jedoch eine geeignete Schutz- und
Funktionsschicht, um in der aggressiven, sauren Umgebung dauerhaft stabil
und elektrisch leitfähig zu bleiben.
Hier setzt die Arbeit des Fraunhofer FEP an: Aufbauend auf einer bereits
qualifizierten Elektronenstrahl-Beschichtungs
Beschichtungsansatz für Komposit-Bipolarplatten entwickelt, der den
Materialvorteil der Verbundwerkstoffe mit den funktionalen Eigenschaften
einer Titanschicht kombiniert.
Weiterentwickelter Prozess: dichte Titan-Schicht bei begrenzter Temperatur
Die Beschichtung erfolgt mittels plasmaaktivierter
Elektronenstrahlverdampfung (EB PVD mit SAD) in einer Vakuumanlage. Dabei
mussten zwei Anforderungen miteinander in Einklang gebracht werden: Zum
einen sollen die Titan-Schichten elektrisch gut leitfähig und
korrosionsbeständig sein, zum anderen darf das temperaturempfindliche
Kompositmaterial während des Prozesses nur bis zu einer definierten
Grenztemperatur aufgeheizt werden.
Dazu wurden der etablierte Prozess auf die neuen Substrate angepasst,
geeignete Vorbehandlungen für die raue Kompositoberfläche ausgewählt und
die Wärmebelastung der Platten gezielt begrenzt. Begleitende Messungen und
Simulationen der Temperaturverteilung halfen dabei, Prozessfenster zu
definieren, in denen sich kompakte Titan-Dünnschichten mit niedrigen
flächenspezifischen Durchgangswiderständen und wirksamer
Korrosionsschutzwirkung abscheiden lassen – ohne die zulässige Temperatur
des Kunststoffs zu überschreiten. Damit steht nun ein prinzipiell
skalierbarer Ansatz zur Verfügung, um kostengünstige Komposit-
Bipolarplatten für den Einsatz in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren
funktionsfähig zu machen.
„Unsere Untersuchungen zeigen, dass sich Komposit-Bipolarplatten mit
dünnen Titanschichten funktional so ausstatten lassen, dass sie eine reale
Alternative zu massiven Titanplatten werden können – und das bei
eingehaltenen Temperaturgrenzen der Polymere“, erklärt Dr. Stefan Saager,
Leiter der Gruppe Beschichtung Metall und Energietechnik am Fraunhofer
FEP. „Damit eröffnen wir neue Perspektiven für kosteneffiziente,
hochproduktive Fertigungslösungen in der Wasserstofftechnik.“
Vom Pilotprozess zur Anwendung
Die neuen Arbeiten knüpfen an frühere Entwicklungen zur
Hochratebeschichtung metallischer Bänder für Bipolarplatten an und
übertragen diese Erfahrungen auf polymerbasierte Komposite. Im Rahmen des
Projekts PolyFoleR wurden am Fraunhofer FEP in Zusammenarbeit mit dem
Fraunhofer UMSICHT sowohl der Beschichtungsprozess selbst als auch Mess-
und Auswerteverfahren für Durchgangswiderstand und Korrosionsverhalten
unter praxisnahen Bedingungen aufgebaut. So entstand ein Werkzeugkasten
aus Prozessführung, Vorbehandlung, Temperaturoptimierung und
Charakterisierung, mit dem sich unterschiedliche Kompositmaterialien
flexibel adressieren lassen. Perspektivisch können die erzielten
Ergebnisse in kontinuierliche Produktionskonzepte wie Rolle-zu-Rolle- oder
Sheet-to-Sheet-Linien überführt werden.
Einen Einblick in die Fortschritte und Möglichkeiten der neuen
Prozesstechnologie bietet das Fraunhofer FEP während der Manufacturing
World Nagoya.
Fraunhofer FEP auf der Manufacturing World Nagoya 2026
Datum: 8.–10. April 2026
Ort: Port Messe Nagoya, Japan
Standnummer: 5-45
Gezeigte Themen am Stand:
• Beschichtete Komposit-Bipolarplatten für Brennstoffzellen und
Elektrolyseure
• Elektronenstrahl- und Plasmatechnologien für die Hochrate-
Dünnschichtabscheidung
Über das Projekt PolyFoleR
Verbundvorhaben PolyFoleR: Elektrisch leitfähig eingestellte
Polymercompound-Folien für elektrochemische Reaktoren
Fördergeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennzeichen: 03SF0647B
Laufzeit: 01.10.2021–30.09.2025
Projektpartner:
• Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
UMSICHT
• Schaeffler Technologies AG & Co. KG
