Coperion partners in grafiet-polymeer gebaseerde bipolaire platen
In het kader van een gezamenlijk project met het Instituut voor Kunststoftechnologie (IKT) van de Universiteit van Stuttgart, Robert Bosch en Matthews International / Saueressig, werkt Coperion aan de verdere ontwikkeling van proton exchange membrane (PEM) brandstofcellen voor een efficiënte levering van energie voor dagelijks mobiel gebruik. Bipolaire platen als kernelement van brandstofcelstapels, en in het bijzonder hun op thermoplastische grafietverbindingen gebaseerde implementaties, vormen de focus van dit werk. De extreem hoge vulniveaus stellen de procestechnologie voor uitdagingen die nog niet eerder zijn gezien. Als partner in dit project maakt Coperion gebruik van haar uitgebreide expertise bij het ontwikkelen van de vereiste machine gerelateerde oplossingen voor de productie van compounds.
In dit project wordt de toevoeging van vulstoffen aan het polymeer in de Coperion ZSK dubbelschroefsextruder verbeterd om het ontstaan van agglomeraten en degradatie van het polymeer tijdens het compounderen te voorkomen.
Bipolaire platen, gemaakt van grafiet-polymeerverbindingen, lenen zich vanwege hun lage gewicht voor mobiele toepassingen. Ze combineren eigenschappen zoals elektrische en thermische geleidbaarheid en gasondoorlaatbaarheid met een aanzienlijk hogere mechanische capaciteit dan pure grafietplaten kunnen bereiken. Bovendien zijn ze gedurende langere tijd bestand tegen de effecten van vocht en zuren bij typische bedrijfstemperaturen dan metaallegeringen.
Coperion heeft zichzelf de volgende taak gesteld: alle ervaring die is opgedaan in de jaren van feed limited productie van kunststofverbindingen overdragen naar de bereiding van mengsels bestaande uit grote hoeveelheden grafiet en lage hoeveelheden polymeer, om de basis te leggen voor toekomstige opschaling.
Markus Fiedler, Process Technology, Team Leader of Chemical Applications bij Coperion: “Onze primaire focus ligt op twee kritische factoren: de hoge hoeveelheden grafiet – in dit project worden vulniveaus van meer dan 85 gewicht % nagestreefd – op een gelijktijdig laag volume dichtheid vereist speciale apparatuur om de mengsels in de extruder te voeren en de mogelijke massadoorvoer te vergroten. Deze moeilijke materiële input willen we optimaal integreren in het proces. Parallel hieraan optimaliseren we ook de integratie van vulstoffen in het polymeer, om te voorkomen dat er agglomeraten ontstaan en het polymeer afbreekt tijdens het compounderen.”
Met behulp van de gepatenteerde Feed Enhancement Technology (FET) van Coperion kan de opname van moeilijk materiaal binnen het proces worden geoptimaliseerd. FET-technologie en procesoptimalisatie
Voor de basistechnologie om het opnamegedrag te verbeteren, maakt Coperion gebruik van gepatenteerde Feed Enhancement Technology (FET), die bij uitstek geschikt is wanneer fijnere, niet-verdichte vulstoffen worden gebruikt. Het inlaatgedeelte van de zijaanvoer is voorzien van een poreuze, gasdoorlatende wand. Aan de buitenkant is een vacuüm aangebracht en een deel van de lucht in het mengsel wordt weggezogen. Zo neemt het stortgewicht toe en daarmee het absorptievermogen van het materiaal in de zijaanvoer.
Coperion heeft ook een procesgeoptimaliseerd machineconcept ontwikkeld om het mengsel te homogeniseren. Parallel hieraan gebruikt het bedrijf numerieke 3D-stroomsimulaties (CFD) voor virtuele en reële optimalisatie van het mengproces van polymeren en vulstoffen. Samen met het project ontwikkelt Coperion ook een inline kwaliteitstool om proces- en productfluctuaties te detecteren, waarbij de regulering van de compoundkwaliteit in realtime moet worden gerealiseerd.
Fiedler vervolgt: “Alle betrokken partners brengen jarenlange ervaring, uitgebreide kennis en zeer bekwame collega’s in hun respectievelijke vakgebieden mee. Vertrouwen op nauwe samenwerking en afstemming schept voorwaarden voor een succesvolle afronding van het project. En het beste van alles uiteindelijk – de reis naar brandstofcellen in beweging kan worden verkort.
Het project wordt gepromoot onder registratienummer 03ETB028B van het Duitse Federale Ministerie van Economische Zaken en Energie met het acroniem GrabaT (Graphite-based Bipolar plate Technologies).
