Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gehört als größtes Solarforschungsinstitut in Europa seit über 30 Jahren zu den führenden FuE-Dienstleistern für solargestützte Energienutzung. Innerhalb des Geschäftsfelds »Wasserstofftechnologien« beschäftigt sich die Abteilung »Brennstoffzellensysteme« mit der Entwicklung und Charakterisierung von Niedertemperatur-Membran-Brennstoffzellen in einem Leistungsbereich bis 60 kWel. Das Fraunhofer ISE ist nach DIN EN ISO 9001:2015 zertifiziert.
Ziel des Projektteils des Fraunhofer ISE ist die Entwicklung von Messverfahren zur Charakterisierung von metallischen Bipolarplatten (BPP). Besonders wichtig sind bei metallischen BPP der Kontaktwiderstand zur Gasdiffusionsschicht und die elektrochemische Korrosionsbeständigkeit, die durch potentiodynamische und potentiostatische Messungen untersucht wird. Die elektrochemischen Methoden werden durch Elementanalyse des Elektrolyten mit ICP-MS sowie REM/EDX Analysen der Oberfläche vor und nach Alterung der BPP ergänzt.
Für die Messung von Kontaktwiderständen wurde ein Messaufbau entwickelt, mit dem der Kontaktwiderstand zwischen BPP und GDL getrennt vom Bulk-Widerstand der GDL sehr zuverlässig gemessen werden kann. Auch elektrochemisch gealterte Proben können vermessen werden.
In vielen Fällen (und gerade bei guten Beschichtungen) kann der sog. »Korrosionsstrom« nicht bestimmt werden, da er von anderen Reaktionen überlagert wird. Trotzdem kann man aus den elektrochemischen Messergebnissen Aussagen über die Qualität der BPP treffen und verschiedene Beschichtungen vergleichen, wenn man verschiedene Messverfahren kombiniert. Die Elementanalyse des Elektrolyten nach potentiostatischen Messungen gibt Auskunft über gelöste Metalle und damit über Korrosion der verschiedenen Schichten. Dabei werden die BPP bei verschiedenen Potentialen gealtert: bei 0 V, was den Bedingungen an der Anode in der Brennstoffzelle entspricht, bei 0,8 V, was den Betrieb an der Kathode simuliert, und kurzzeitig bei 1,4 V, was bei Start-Stopp-Zyklen kurzzeitig auftreten kann. Mit REM/EDX wird die Oberfläche vor und nach der Alterung begutachtet und Defekte werden detektiert. Mit Hilfe von Cyclovoltammetrie wird untersucht, in welchem Potentialbereich die verschiedenen elektrochemischen Reaktionen stattfinden. Die Veränderung der BPP, z.B. Bildung von Oxidschichten, wird bei der Messung des Kontaktwiderstandes sichtbar.