12.01.2026 Luftbefeuchter in PEM-Brennstoffzellen nachhaltig abdichten

In PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) ist die Anfeuchtung der Zuluft entscheidend, um die Leitfähigkeit der Membran – und damit die Effizienz des Gesamtsystems – zu erhalten. Diese Aufgabe wird vorwiegend von Flächenmembran- und Hohlfasermembranbefeuchtern übernommen.

Flächenmembranbefeuchter bestehen häufig aus mehreren Hundert Schichten von Membran- und Spacer-Materialien, die zuverlässig und dauerhaft zu einem Stapel (Stack) verklebt werden müssen. Dieser Stack wird in vielen Fällen zusätzlich in das Gehäuse des Luftbefeuchters eingeklebt oder partiell vergossen, um eine gasdichte Abdichtung zu erzielen. Für diese Anforderungen hat man hydrophobe Klebstoffe und Vergussmassen entwickelt, die aufgrund ihres wasserabweisenden Polymerbackbones auch als hydrolyse- und temperaturbeständige Dichtungen einsetzbar sind. Die 2K-Polyurethane und Silikone haften gut auf den meist als Spacer verwendeten Substraten. Darunter befinden sich Polyolefine, Polyphenylensulfid (PPS) oder fluorhaltige Membranmaterialien – die Verklebung dieser Materialien ist bislang eine Herausforderung. Ein weiteres Merkmal der Formulierungen ist die niedrige Glasübergangstemperatur. Sie ermöglicht hohe Reißfestigkeit, dauerhafte Elastizität sowie die für den Kaltstart von Brennstoffzellensystemen unverzichtbare Beständigkeit gegenüber Temperaturwechseln.

Bei Hohlfasermembranbefeuchtern werden Bündel röhrenförmiger Membranen an beiden Enden in einem Stützrohr vergossen. Die Vergussmassen müssen zwischen die Hohlfasern eindringen und für ausreichende Benetzung des Bündels sorgen, ohne die einzelnen Fasern zu verschließen.
Die Vergussmassen wurden hierzu hinsichtlich ihrer Exothermie optimiert. Das Resultat: Die bei der Reaktion von Harz und Härter entstehende Wärme wird kontrolliert und eine oxidative Schädigung der empfindlichen Membranröhrchen vermieden. Gleichzeitig sind die 2K-Polyurethansysteme hydrophob aufgebaut, um eine Reaktion mit der im Membranmaterial gebundenen Feuchtigkeit und damit die Bildung von Lufteinschlüssen zu verhindern.

Alle Materialien lassen sich auf gängigen Misch- und Dosieranlagen verarbeiten und damit in teil- oder vollautomatisierte Fertigungslinien integrieren. Verarbeitungseigenschaften wie Viskosität und Topfzeit werden auf Wunsch an individuelle Anforderungen angepasst. Die Aushärtung erfolgt bei Raumtemperatur – für beschleunigte Prozesszeiten ist auch eine thermische Aushärtung in einem Umluftofen oder mittels Infrarotstrahlern möglich.

Mithilfe von 2K-Systemen können weitere Anwendungen, z.B. für die Gehäuseabdichtung und -verklebung, für Dichtungen an Wasserzu- und -abläufen, zur Abdichtung und Verklebung von Bypass-Ventilen sowie zur Herstellung interner Dichtzonen, genutzt werden.

Bei der Entwicklung von speziellen Formulierungen für Brennstoffzellen, Elektrolyseure oder BOP-Komponenten arbeitet man eng mit Herstellern sowie Forschungsinstituten zusammen. Auf Wunsch werden die Materialien auf Basis von Polyurethan, Epoxidharz und Silikon – neben den für die Verarbeitung relevanten Parametern – hinsichtlich zahlreicher zusätzlicher Eigenschaften an individuelle Anforderungen angepasst – u.a. können Viskosität, Gasdurchlässigkeit (z.B. Wasserstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit) sowie Hafteigenschaften präzise adaptiert werden.