PPSU vs. PEI vs. Metall: Auswahl des richtigen Materials für Bipolarplatten in Wasserstoff-Brennstoffzellen

Während die Welt zunehmend auf saubere Energie umstellt, entwickelt sich grüner Wasserstoff zu einem Schlüsselfaktor für die Energiezukunft. Das Herzstück der Wasserstoffproduktion ist der Elektrolyseur, und das Herzstück jedes Elektrolyseurs sind die Bipolarplatten – auch Polrahmen genannt. Diese Komponenten mögen klein erscheinen, doch die Wahl ihres Materials hat großen Einfluss auf Systemleistung, Lebensdauer und Kosten.

Welches Material ist also das beste? Metall, PPSU oder PEI? Wir analysieren die tatsächlichen Unterschiede und helfen Ihnen, eine kluge, zukunftssichere Entscheidung zu treffen.

Warum Bipolarplatten in Wasserstoffsystemen wichtig sind

Bevor wir uns mit den Materialien befassen, ist es wichtig, die Aufgabe einer Bipolarplatte zu verstehen.
Diese Platten sitzen zwischen den einzelnen Zellen eines Elektrolyseurstapels und erfüllen mehrere wichtige Aufgaben: Sie stützen die Elektroden, regeln den Elektrolyt- oder Wasserfluss, leiten elektrischen Strom (oder blockieren ihn) und halten Wasserstoff- und Sauerstoffgase sicher voneinander getrennt. Außerdem müssen sie unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen – oft über Tausende von Stunden – dicht bleiben.

Angesichts dieser Anforderungen beeinflusst die Materialwahl nicht nur die Haltbarkeit, sondern auch die Effizienz, Sicherheit und Wartungskosten. Vergleichen wir vor diesem Hintergrund die drei wichtigsten Optionen.

Metallische Bipolarplatten: Robust, aber für viele Anwendungen veraltet

Metalle wie Edelstahl und Kohlenstoffstahl sind seit langem die Standardwahl, insbesondere in herkömmlichen alkalischen Elektrolyseuren. Sie sind robust, leiten Wärme gut und halten hohem Druck stand.

Im realen Einsatz bringen Metalle jedoch erhebliche Nachteile mit sich.
Sie korrodieren in alkalischen oder sauren Umgebungen, was zu Rost, Lochfraß und sogar Metallionenverunreinigungen führt, die die Membranen beschädigen können. Diese Korrosion verkürzt die Lebensdauer des Systems und erhöht den Wartungsaufwand. Metalle sind zudem schwer, was die Handhabung und den Transport großer Stapel erschwert. Zudem erfordert ihre Leitfähigkeit oft zusätzliche Isolierschichten, was die Komplexität erhöht.

Und da Metalle bearbeitet oder gestanzt werden müssen, ist die Herstellung komplexer Strömungskanäle und Dichtungselemente teuer und zeitaufwändig.

Kurz gesagt: Metalle bieten zwar Festigkeit, bringen aber höhere Lebenszykluskosten, Designbeschränkungen und Zuverlässigkeitsrisiken mit sich – insbesondere bei Systemen der nächsten Generation.

PPSU: Die intelligente Wahl für alkalische Elektrolyseure

Nun schauen wir uns an PPSU (Polyphenylsulfon) – ein Hochleistungskunststoff, der in vielen Anwendungen schnell Metall ersetzt.

PPSU zeichnet sich durch seine hervorragende Beständigkeit gegenüber starken Laugen aus, wie beispielsweise der 30%igen KOH, die in der alkalischen Wasserelektrolyse (AWE) verwendet wird. Selbst bei Temperaturen über 90 °C korrodiert, quillt oder zersetzt es sich nicht. Dies macht es ideal für einen langfristigen, wartungsfreien Betrieb.

Aber die Vorteile hören hier nicht auf.
PPSU ist leicht und reduziert das Stapelgewicht im Vergleich zu Stahl um über 80 %. Es ist außerdem von Natur aus elektrisch isolierend, sodass keine zusätzlichen Beschichtungen erforderlich sind. Und da es spritzgussfähig ist, können Hersteller komplexe Gaskanäle, Dichtungsnuten und Ausrichtungsmerkmale in einem einzigen Schritt herstellen – das reduziert Teile-, Arbeits- und Montagefehler.

In der Praxis können PPSU-Mastrahmen Zungenplatten, Dichtungszonen und Strömungsfelder nahtlos integrieren. Direkt in das Teil eingeformte Sägezahn- oder Labyrinthdichtungen verbessern die Luftdichtheit und verringern das Leckagerisiko.

Für Unternehmen, die alkalische Elektrolyseure verwenden, bietet PPSU eine langlebige, kostengünstige und skalierbare Lösung – ohne Leistungseinbußen.

PEI: Die Hochleistungsoption für PEM und anspruchsvolle Anwendungen

Wenn Ihr System mit der Protonenaustauschmembran-Technologie (PEM) läuft, PEI (Polyetherimid) könnte besser geeignet sein.

PEI setzt neue Maßstäbe in puncto Hitze- und Chemikalienbeständigkeit. Mit einer Glasübergangstemperatur von 217 °C bleibt es selbst in heißen, feuchten PEM-Umgebungen stabil. Es widersteht starken Säuren und Oxidationsmitteln und eignet sich daher perfekt für saure Bedingungen, in denen Metalle schnell versagen würden.

Was PEI wirklich auszeichnet, ist seine Dimensionsstabilität und die geringe Wasseraufnahme von nur 0.7 %. Dadurch quillt oder verzieht es sich mit der Zeit nicht, wodurch Dichtungen dicht bleiben und die Stapelausrichtung präzise erfolgt. Sein hoher Elastizitätsmodul und seine außergewöhnliche Kriechfestigkeit gewährleisten eine langfristige Abdichtung unter konstantem Druck, selbst nach Tausenden von thermischen Zyklen.

Da PEI außerdem sehr sauber ist und fast keine Ionen freisetzt, trägt es dazu bei, empfindliche Protonenaustauschmembranen vor Verunreinigungen zu schützen, ihre Lebensdauer zu verlängern und Ausfallzeiten zu reduzieren.

Für hochfrequente, hochzuverlässige PEM-Systeme bietet PEI durch Präzisionsformen ein leichtes Design, eine lange Lebensdauer und eine hervorragende Systemintegration.

PPSU vs. PEI vs. Metall: Ein direkter Vergleich

Um die Auswahl zu erleichtern, sehen Sie sich hier die drei Materialien im Vergleich an:

Wie diese Tabelle zeigt, übertreffen PPSU und PEI Metalle in fast allen modernen Maßstäben – insbesondere in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit, Gewicht und Fertigungseffizienz.

So wählen Sie das richtige Material für Ihr System

Also, welches solltest du wählen?

• Wählen Sie PPSU, wenn Sie einen alkalischen Elektrolyseur bauen oder aufrüsten und eine korrosionsbeständige, leichte und formbare Lösung wünschen. Es ist ideal, um den Wartungsaufwand zu reduzieren und ein integriertes Design zu ermöglichen.
• Wählen Sie PEI, wenn: Sie mit PEM-Technologie arbeiten oder maximale thermische Stabilität, Maßgenauigkeit und geringe Kontamination benötigen. Es ist ideal für leistungsstarke und langlebige Systeme.
• Bleiben Sie nur dann bei Metall, wenn: Sie ein älteres System warten oder strengen Budgetbeschränkungen unterliegen – Sie sich aber darüber im Klaren sind, dass Sie langfristige Zuverlässigkeit gegen kurzfristige Einsparungen eintauschen.

Für individuelle Anforderungen können sowohl PPSU als auch PEI mit Glasfaser verstärkt, farblich angepasst oder für spezielle elektrische oder mechanische Anforderungen modifiziert werden.

Warum eine Partnerschaft mit Shengwen New Materials?

Wenn es um Hochleistungspolymere geht, sind nicht alle Anbieter gleich. Shengwen New Materials ist auf PPSU und PEI in technischer Qualität spezialisiert, die speziell für Wasserstoffanwendungen entwickelt wurden.

Wir bieten bewährte PPSU-Typen wie F1150, F1250 und M1150 mit einer Hitzebeständigkeit von bis zu 196 °C und einer Schlagfestigkeit von über 68 kJ/m². Unsere Materialien erfüllen die Standards UL94 V-0, RoHS, REACH, ISO10993 und NSF und gewährleisten so Sicherheit und Konformität.

Für PEI unterstützen wir kundenspezifische Formulierungen und die Entwicklung von Spritzgussteilen und helfen Ihnen, schnell vom Prototyp zur Produktion zu gelangen.

Und weil wir wissen, dass Zeit wichtig ist, liefern wir 3-kg-Proben in nur 5 Werktagen, Großbestellungen werden innerhalb von 15–30 Tagen abgewickelt.

Die Zukunft der Bipolarplatten liegt in Kunststoff

Der Wechsel von Metall zu modernen Thermoplasten wie PPSU und PEI ist nicht nur ein Trend, sondern ein notwendiger Schritt hin zu leichteren, intelligenteren und nachhaltigeren Wasserstoffsystemen.

Diese Materialien sind nicht nur korrosionsbeständig, sondern ermöglichen auch bessere Designs, eine schnellere Produktion und niedrigere Betriebskosten. Ob Sie alkalische oder PEM-Elektrolyseure bauen, die Wahl des richtigen Polymers kann Ihnen einen echten Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Wenn Sie bereit sind, über Metall hinauszugehen, unterstützt Sie Shengwen New Materials. Wir liefern Ihnen die Materialien, das Know-how und die Unterstützung, die Sie für die Wasserstoffwirtschaft von morgen benötigen.

Geh den nächsten Schritt

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