Doping für gesellschaftlichen und ökologischen Nutzen
Der Ausbau des "grünen Verkehrs" ist eine wichtige und unumgängliche Lösung, um die Menge an Luftschadstoffen und die Emission von Treibhausgasen erheblich zu verringern.
Eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) wandelt Wasserstoff- und Sauerstoffgase in Elektrizität um, wobei als einziges Nebenprodukt Wasser entsteht. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und der Emissionsfreiheit ist die PEMFC als saubere Energiequelle jenseits von Benzin und Diesel von großem Interesse. Die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle hat sich in den Zukunftsplänen der Industrieländer als erfolgreicher Ersatz für Verbrennungsmotoren in Automobilen erwiesen. Daher ist die Kapazität zur Installation von Brennstoffzellen im Verkehrssektor in den letzten Jahren erheblich gewachsen.
Autos und Lastwagen, die mit Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellenstapeln betrieben werden, gelten aufgrund ihrer Vorteile wie Umweltfreundlichkeit, niedrige Starttemperaturen und hohe Energiedichte als endgültige Lösung für den Ersatz herkömmlicher kraftstoffbetriebener Autos.
Bipolarplatten, die traditionell aus Graphit oder Verbundwerkstoffen hergestellt werden, sind eine der Kernkomponenten des PEMFC-Stacks. Solche Konstruktionen wurden wegen ihrer Einschränkungen wie mangelnde Festigkeit und Zähigkeit, übermäßiges Gewicht und hohe Verarbeitungskosten kritisiert.
Bipolarplatten aus rostfreiem Stahl haben jedoch eine ausgezeichnete und umfassende Leistung, niedrige Kosten und vielfältige Optionen für Automobilanwendungen gezeigt.
Allerdings sind die Bipolarplatten aus Edelstahl in der aggressiven PEMFC-Arbeitsumgebung anfällig für Korrosion und Passivierung, was letztendlich entweder zu einer Verringerung des Wirkungsgrads oder zu einem vorzeitigen Ausfall führt.
Um die Korrosion von Bipolarplatten zu verhindern, werden viele technische Wege der Nichtbeschichtung und der Beschichtung von Bipolarplatten aus Edelstahl aufgezeigt. Dazu gehören die Regulierung der Substratkomponente, plasmagestütztes oder thermisches Nitrieren, Galvanisieren, Ionenplattieren, chemisches Aufdampfen und physikalisches Aufdampfen usw. Alternativ werden Bipolarplatten aus Edelstahl mit Metallnitriden, Polymeren (durch Oberflächenpolymerisation) und kohlenstoffhaltigen Beschichtungen usw. beschichtet.