DE102018214645A1

DE102018214645A1 - Gas distribution structure for a fuel cell system

Info

Publication number: DE102018214645A1
Application number: DE102018214645.4A
Authority: DE
Inventors: Harald Bauer; Silvan Hippchen; Erhard Hirth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasverteilerstruktur (10) für ein Brennstoffzellensystem (100), die zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an die Brennstoffzelle (100) dient, aufweisend eine erste Verteilerstruktur (S1), die an einer Membran-Elektrodeneinheit (MEA) des Brennstoffzellensystems (100) zur Auflage bringbar ist, und eine zweite Verteilerstruktur (S2), die an einer kathodenseitigen Platte (101) einer Bipolarplatte (110) des Brennstoffzellensystems (100) zur Auflage bringbar ist, wobei die erste Verteilerstruktur (S1) durch eine Gasdiffusionslage (GDL) und die zweite Verteilerstruktur (S2) durch eine poröse Beschichtung (P) gebildet sind.The invention relates to a gas distributor structure (10) for a fuel cell system (100), which is used to provide an oxygen-containing reactant to the fuel cell (100), comprising a first distributor structure (S1), which is attached to a membrane electrode assembly (MEA) of the fuel cell system (100 ) can be brought to rest, and a second distributor structure (S2) which can be brought to rest on a cathode-side plate (101) of a bipolar plate (110) of the fuel cell system (100), the first distributor structure (S1) being provided by a gas diffusion layer (GDL) and the second distributor structure (S2) is formed by a porous coating (P).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasverteilerstruktur für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines, bspw. sauerstoffhaltigen, Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer entsprechenden Gasverteilerstruktur nach dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Gasverteilerstruktur sowie eines entsprechenden Brennstoffzellensystems.The invention relates to a gas distributor structure for a fuel cell system, in particular a PEM fuel cell, or for an electrolyzer, which is used to provide a, for example oxygen-containing, reactant to the fuel cell, according to the independent device claim. The invention further relates to a fuel cell system with at least one corresponding gas distributor structure according to the subordinate device claim. The invention also relates to a method for producing a corresponding gas distributor structure and a corresponding fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Bei Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen oder einfach kurz PEM-Brennstoffzellen werden die Reaktanten Wasserstoff und Sauerstoff zur Energiegewinnung in Wasser, elektrische Energie und Wärme umgewandelt. Nach dem Stand der Technik werden PEM-Brennstoffzellen als Stapel aus Wiederholeinheiten, umfassend einen Kathodenbereich, eine Bipolarplatte, einen Anodenbereich und eine Membran-Elektrodeneinheit aufgebaut. Die Bipolarplatte ist elektrisch leitfähig, aber für Gase und Ionen undurchlässig. Die Bipolarplatte kann aus profilierten Platten, geprägten Platten, metallischen Schäumen oder Gittern ausgebildet sein und eine Strukturierung mit Kanalquerschnitts-Abmessungen in der Größenordnung von Millimetern aufweisen. Die Bipolarplatte verteilt in dieser Strukturierung auf der Anode z. B. Wasserstoffgas und auf der Kathode z. B. Sauerstoffgas oder Luft möglichst gleichmäßig über die katalysatorbesetzte Membran-Elektrodeneinheit. Um den Übergang und die Verteilung der Gase aus der Millimeterstrukturierung der Bipolarplatte auf die nanoskaligen Katalysatorpartikel der Membranen-Elektrodeneinheit zu erleichtern, wird eine poröse Zwischenlage, eine sog. Gasdiffusionslage, zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrodeneinheit eingesetzt. Diese Zwischenlage bzw. Gasdiffusionslage kann als ein poröses Vlies oder als eine gewebte Struktur aus Kohlenstofffasern ausgebildet sein. Gegen die Gasdiffusionslage wird beim Herstellen des Brennstoffzellensystems die Bipolarplatte gepresst. Durch Verpressen wird die Gasdiffusionslage unter den Stegen der Bipolarplatte stark komprimiert. An diesen Stellen der Gasdiffusionslage kann folglich das benötigte Reaktionsgas schlechter zur Membranen-Elektrodeneinheit gelangen. Die Entfernung des Produktwassers aus diesen Stellen ist ebenfalls erschwert. Die Membranen-Elektrodeneinheit des Brennstoffzellensystems kann als eine Nafionmembran in Form eines Films mit einer kohlenstoffbasierten dünnen Katalysatorschicht (Microporous Layer, MPL) ausgebildet sein. Die Membranen-Elektrodeneinheit kann entweder in einem separaten Schritt zwischen zwei der oben beschriebenen Gasdiffusionslagen verpresst oder beim Stapeln zwischen zwei Gasdiffusionslagen eingelegt werden.Fuel cells are electrochemical energy converters. In polymer electrolyte membrane fuel cells or simply PEM fuel cells, the reactants hydrogen and oxygen are converted into water, electrical energy and heat for energy generation. According to the prior art, PEM fuel cells are constructed as a stack of repeat units, comprising a cathode region, a bipolar plate, an anode region and a membrane electrode unit. The bipolar plate is electrically conductive, but is impermeable to gases and ions. The bipolar plate can be formed from profiled plates, embossed plates, metallic foams or grids and have a structure with channel cross-sectional dimensions on the order of millimeters. The bipolar plate distributed in this structuring on the anode z. B. hydrogen gas and on the cathode z. B. oxygen gas or air as evenly as possible over the catalyst-occupied membrane electrode assembly. In order to facilitate the transition and the distribution of the gases from the millimeter structure of the bipolar plate to the nanoscale catalyst particles of the membrane electrode unit, a porous intermediate layer, a so-called gas diffusion layer, is used between the bipolar plate and the membrane electrode unit. This intermediate layer or gas diffusion layer can be designed as a porous fleece or as a woven structure made of carbon fibers. The bipolar plate is pressed against the gas diffusion layer when the fuel cell system is manufactured. The gas diffusion layer under the webs of the bipolar plate is strongly compressed by pressing. At these points in the gas diffusion layer, the required reaction gas can consequently reach the membrane electrode unit more poorly. The removal of the product water from these places is also difficult. The membrane electrode assembly of the fuel cell system can be designed as a Nafion membrane in the form of a film with a carbon-based thin catalyst layer (Microporous Layer, MPL). The membrane electrode unit can either be pressed in a separate step between two of the gas diffusion layers described above or inserted during stacking between two gas diffusion layers.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines, insbesondere sauerstoffhaltigen, Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches sowie ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer entsprechenden Gasverteilerstruktur mit den Merkmalen des nebengeordneten unabhängigen Vorrichtungsanspruches vor. Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Gasverteilerstruktur sowie eines entsprechenden Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches vor. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Vorteile, Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The invention provides a gas distributor structure for a fuel cell system, in particular a PEM fuel cell, or for an electrolyser, which is used to provide a, in particular oxygen-containing, reactant to the fuel cell, with the features of the independent device claim, and a fuel cell system with at least one corresponding gas distributor structure with the Features of the independent independent device claim. The invention further provides a method for producing a corresponding gas distributor structure and a corresponding fuel cell system with the features of the independent method claim. Further advantages and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Advantages, features and details that are described in connection with the gas distributor structure according to the invention apply, of course also in connection with the fuel cell system according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or is always made to one another can.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Gasverteilerstruktur für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder einen Elektrolyseur vor, die zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, aufweisend eine erste Verteilerstruktur, die an einer Membran-Elektrodeneinheit des Brennstoffzellensystems zur Auflage bringbar ist, und eine zweite Verteilerstruktur, die an einer kathodenseitigen Platte einer Bipolarplatte des Brennstoffzellensystems zur Auflage bringbar ist, wobei die erste Verteilerstruktur durch eine Gasdiffusionslage und die zweite Verteilerstruktur durch eine poröse Beschichtung gebildet sind. Die poröse Beschichtung kann durch Auftragen einer Paste auf der Gasdiffusionslage gebildet werden. Wenn mindestens das Lösemittel aus der Paste entfernt wird und/oder die Paste sich verfestigt, entsteht die Porosität innerhalb der nun fest gewordenen Beschichtung.The present invention provides a gas distributor structure for a fuel cell system, in particular a PEM fuel cell, or an electrolyser, which is used to provide an oxygen-containing reactant to the fuel cell, comprising a first distributor structure which can be placed on a membrane electrode unit of the fuel cell system, and a second distributor structure, which can be brought to rest on a cathode-side plate of a bipolar plate of the fuel cell system, the first distributor structure being formed by a gas diffusion layer and the second distributor structure being formed by a porous coating. The porous coating can be formed by applying a paste on the gas diffusion layer. If at least the solvent is removed from the paste and / or the paste solidifies, the porosity arises within the now solidified coating.

Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur kann vorzugsweise auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems vorteilhaft sein, um Wasseransammlungen zu vermeiden und die Verteilung des sauerstoffhaltigen Reaktanten mit geringen Druckverlusten zu ermöglichen. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur auf beiden Seiten, der Kathodenseite und der Anodenseite, des Brennstoffzellensystems vorteilhaft sein, um den Gasfluss an beiden Seiten des Brennstoffzellensystems zu begünstigen. Als Membran-Elektrodeneinheit kann im Rahmen der Erfindung eine Membran verstanden werden, die mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, beschichtet werden kann. Die Bipolarplatte kann aus zwei Platten gebildet sein, einer kathodenseitigen Platte und einer anodenseitigen Platte. Zwischen den Platten können durch die Strukturierung zumindest der anodenseitigen Platte Kanäle für ein Kühlmittel ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur sowohl mit faserbasierten, gewebeartigen oder partikelbasierten Gasdiffusionslagen verwendet werden.The gas distributor structure according to the invention can preferably be advantageous on the cathode side of the fuel cell system in order to avoid water accumulation and to enable the distribution of the oxygen-containing reactant with low pressure losses. Furthermore, the gas distributor structure according to the invention can on both sides, the cathode side and the anode side, of the Fuel cell system may be advantageous to favor the gas flow on both sides of the fuel cell system. In the context of the invention, a membrane electrode unit can be understood to be a membrane which can be coated with a catalyst material for the electrochemical reaction, for example platinum. The bipolar plate can be formed from two plates, a cathode-side plate and an anode-side plate. By structuring at least the anode-side plate, channels for a coolant can be formed between the plates. The gas distributor structure according to the invention can advantageously be used both with fiber-based, fabric-like or particle-based gas diffusion layers.

Die erste Verteilerstruktur und die zweite Verteilerstruktur können eine in etwa vergleichbare Porengröße aufweisen. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass die zweite Verteilerstruktur eine etwas größere Porengröße aufweisen kann als die erste Verteilerstruktur.The first distributor structure and the second distributor structure can have an approximately comparable pore size. Nevertheless, it is also conceivable that the second distributor structure can have a slightly larger pore size than the first distributor structure.

Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die zweite Verteilerstruktur mithilfe einer porösen Beschichtung aus Graphitpartikeln bereitgestellt wird, die optional Leitruß, Binder, bspw. Polytetrafluorethylen PTFE, und/oder Porenbildner, bspw. PVDF oder Acrylate wie PMMA, aufweisen kann. Die Poröse Beschichtung wird durch auftragen einer Paste hergestellt, bestehend aus Graphitpartikeln optional Leitruß, Binder, bspw. Polytetrafluorethylen PTFE, und/oder Porenbildner, bspw. PVDF. Die Porosität wird hierbei durch entfernen des Bindemittels, beispielsweise durch Verbrennen desselben erzeugt. Diese Paste wird ähnlich einer Druckfarbe hergestellt, die beim Trocken eine möglichst große Porosität, vorzugsweise im Bereich von 50 vol% bis 80 vol%, ergibt. Vorteilhaft sind hierbei enge Partikelgrößenverteilungen der Graphite, damit die Lücken zwischen den Partikeln möglichst ungefüllt für eine erhöhte Porosität bleiben bei gleichzeitig hoher mechanischer Druckfestigkeit im verbauten Zustand. Diese Paste kann wiederum ebenfalls wie eine Druckfarbe auf der Gasdiffusionslage aufgetragen werden. Die Paste kann unmittelbar in Form einer Strukturierung aufgetragen werden, bspw. in Form von erhabenen Nocken oder Strichen, z. B. in geometrischer Anordnung zur Strömungsführung. Ferner kann die Paste als eine flächige Schicht aufgetragen werden, an der mittels eines, bspw. laserbasierten, abtragenden Verfahrens die Strukturierung ausgebildet wird. Diese Strukturierung bildet die zweite Verteilerstruktur.The idea of the invention is that the second distributor structure is provided with the aid of a porous coating made of graphite particles, which may optionally have conductive carbon black, binders, for example polytetrafluoroethylene PTFE, and / or pore formers, for example PVDF or acrylates such as PMMA. The porous coating is produced by applying a paste consisting of graphite particles, optionally conductive carbon black, binder, for example polytetrafluoroethylene PTFE, and / or pore former, for example PVDF. The porosity is generated by removing the binder, for example by burning it. This paste is produced in a similar way to a printing ink which, when dry, gives the greatest possible porosity, preferably in the range from 50 vol% to 80 vol%. Narrow particle size distributions of the graphites are advantageous here, so that the gaps between the particles remain as unfilled as possible for increased porosity while at the same time having a high mechanical pressure resistance in the installed state. This paste can also be applied like a printing ink on the gas diffusion layer. The paste can be applied directly in the form of a structuring, for example in the form of raised cams or lines, e.g. B. in a geometric arrangement for flow control. Furthermore, the paste can be applied as a flat layer, on which the structuring is formed by means of a, for example, laser-based, ablation process. This structuring forms the second distribution structure.

Die zweite Verteilerstruktur kann bspw. eine Materialstärke von ungefähr 200 µm aufweisen. Da die Strukturierung zum Bilden der Kanäle zum Verteilen des sauerstoffhaltigen Reaktanten durch die aufgetragene Paste geschaffen wird, kann die kathodenseitige Platte der Bipolarplatte eben bzw. flach und glatt ausgebildet sein. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass die kathodenseitige Platte wie gewohnt mit einer geprägten Struktur ausgebildet sein kann, wobei die zweite Verteilerstruktur auf den erhöhten Bereichen der kathodenseitigen Platte bereitgestellt wird.The second distributor structure can have a material thickness of approximately 200 μm, for example. Since the structuring for forming the channels for distributing the oxygen-containing reactant is created by the applied paste, the cathode-side plate of the bipolar plate can be flat or flat and smooth. Nevertheless, it is also conceivable that the cathode-side plate can be formed as usual with an embossed structure, the second distributor structure being provided on the raised areas of the cathode-side plate.

Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur schafft eine Verteilerstruktur mit zwei Größenordnungen. Die erste, untergeordnete bzw. feine Größenordnung, vorzugsweise im nanoskaligen Bereich, wird durch die Poren der beiden Verteilerstrukturen gebildet. Die zweite, übergeordnete bzw. grobe Größenordnung, vorzugsweise in einem Millimeterbereich, wird durch die Strukturierung (d. h. geometrische Ausformung) der zweiten Verteilerstruktur geschaffen.The gas distributor structure according to the invention creates a distributor structure with two orders of magnitude. The first, subordinate or fine order of magnitude, preferably in the nanoscale range, is formed by the pores of the two distributor structures. The second, superordinate or coarse order of magnitude, preferably in the millimeter range, is created by the structuring (i.e. geometric shape) of the second distributor structure.

Durch die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur wird eine verbesserte Produktwasserentfernung geschaffen, da einerseits der Abstand zwischen der Membran und der Bipolarplatte vergrößert werden kann und andererseits die Deformierung der Gasdiffusionslage beim Verpressen mit einer, bspw. flachen, kathodenseitigen Platte reduziert werden kann. Wenn eine flache bzw. ebene kathodenseitige Platte eingesetzt wird, erfolgt keine bzw. vernachlässigbar geringe Komprimierung der Gasdiffusionslage unter den massiven Metall-Stegen, mit ihrer Stütz- und Kontaktierungsfunktion. Zudem wird durch den vergrößerten Abstand zwischen der Bipolarplatte und der Membran auch die Membran vor Beschädigungen geschützt. Durch die zweite Verteilerstruktur wird ein vergrößerter freier Bereich für die Strömung des sauerstoffhaltigen Reaktanten bereitgestellt (bspw. mit typischen Strukturbreiten von bekannten Strukturen in metallischen Bipolarplatten). Der Druckabfall beim Verteilen des sauerstoffhaltigen Reaktanten kann somit reduziert werden. Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur ermöglicht weiterhin eine höhere Kühlwassertemperatur, da der Temperaturunterschied zwischen Membran und Bipolarplatte geringer ausfallen kann, wenn durch einen reduzierten Druckverlust die Strukturhöhe reduziert werden kann. Des Weiteren lässt sich die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur einfach und kostengünstig herstellen.The gas distributor structure according to the invention creates an improved product water removal since, on the one hand, the distance between the membrane and the bipolar plate can be increased and, on the other hand, the deformation of the gas diffusion layer during pressing can be reduced with a, for example flat, cathode-side plate. If a flat or flat plate on the cathode side is used, there is no or negligible compression of the gas diffusion layer under the solid metal webs, with its support and contacting function. In addition, the increased distance between the bipolar plate and the membrane also protects the membrane from damage. The second distributor structure provides an enlarged free area for the flow of the oxygen-containing reactant (for example with typical structure widths of known structures in metallic bipolar plates). The pressure drop when distributing the oxygen-containing reactants can thus be reduced. The gas distributor structure according to the invention also enables a higher cooling water temperature, since the temperature difference between the membrane and the bipolar plate can be smaller if the structure height can be reduced by a reduced pressure loss. Furthermore, the gas distributor structure according to the invention can be produced simply and inexpensively.

Ferner kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass die poröse Beschichtung durch Auftragen einer Paste auf der Gasdiffusionslage herstellbar ist, wobei die Paste mindestens eine der folgenden Komponenten aufweist: Graphitpartikel, Leitruß (bspw. Ketjenblack, C65 usw.), Binder (bspw. Polytetrafluorethylen bzw. PTFE oder Polyvinylidenfluorid bzw. PVDF) und/oder Porenbildner wie Acrylate, insbesondere PMMA. Somit kann eine poröse, elektrisch leitfähige Beschichtung bereitgestellt werden, die eine hohe Porosität und nach dem Trocknen eine hohe mechanische Stabilität aufweist.Furthermore, in the case of a gas distributor structure, the invention can provide that the porous coating can be produced by applying a paste on the gas diffusion layer, the paste having at least one of the following components: graphite particles, conductive carbon black (e.g. Ketjenblack, C65 etc.), binders (e.g. Polytetrafluoroethylene or PTFE or polyvinylidene fluoride or PVDF) and / or pore formers such as acrylates, in particular PMMA. A porous, electrically conductive coating can thus be provided which has a high porosity and, after drying, a high mechanical stability.

Weiterhin kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass die Gasdiffusionslage faserartiges und/oder gewebeartiges und/oder partikelbasiertes Kohlenstoffmaterial aufweist. Somit kann eine einfache und kostengünstige Struktur zur gleichmäßigen Verteilung des sauerstoffhaltigen Reaktanten über der Membran-Elektrodeneinheit bereitgestellt werden. Furthermore, in the case of a gas distributor structure, the invention can provide that the gas diffusion layer has fibrous and / or fabric-like and / or particle-based carbon material. A simple and inexpensive structure for uniform distribution of the oxygen-containing reactant over the membrane electrode unit can thus be provided.

Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass die zweite Verteilerstruktur in einer Verteilerebene des sauerstoffhaltigen Reaktanten eine periodische Strukturierung aufweist. Durch die periodische Strukturierung kann der Gasfluss auf eine einfache Weise eingestellt und prognostiziert werden. Dazu kommt noch, dass die periodische Strukturierung mit einem erhöhten Automatisierungsgrad hergestellt werden kann.Furthermore, in the case of a gas distributor structure, the invention can provide that the second distributor structure has a periodic structuring in a distributor level of the oxygen-containing reactant. The periodic structuring makes it easy to set and forecast the gas flow. In addition, the periodic structuring can be produced with an increased degree of automation.

Zudem kann die Erfindung bei einer Gasverteilerstruktur vorsehen, dass die zweite Verteilerstruktur in einer Verteilerebene des sauerstoffhaltigen Reaktanten mehrere punktuelle und/oder strichförmige Erhebungen aufweist. Die Erhebungen bilden die Strukturierung. Punktuelle Erhebungen schaffen mehr Freiraum für den Gasfluss. Strichförmige Erhebungen können die Flussrichtung des Reaktanten auf eine gewünschte Weise beeinflussen. Grundsätzlich sind unterschiedlichste Muster bei der Ausgestaltung der Strukturierung denkbar.In addition, in the case of a gas distributor structure, the invention can provide that the second distributor structure has a plurality of punctiform and / or line-shaped elevations in a distributor level of the oxygen-containing reactant. The surveys form the structure. Selective surveys create more freedom for the gas flow. Line-like elevations can influence the flow direction of the reactant in a desired manner. In principle, a wide variety of patterns are conceivable when structuring the structure.

Die Gasverteilerstruktur kann mithilfe eines Verfahrens hergestellt werden, welches im Nachfolgenden beschrieben wird.The gas distribution structure can be manufactured using a method which is described below.

Außerdem sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem vor, aufweisend mindestens eine Wiederholeinheit, die eine Kathodenseite, eine Bipolarplatte, eine Anodenseite und eine Membranelektrodeneinheit aufweist, wobei auf der Kathodenseite zwischen der Bipolarplatte und der Membranelektrodeneinheit mindestens eine Gasverteilerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist, die wie oben beschrieben, ausgebildet sein kann. Das Brennstoffzellensystem kann mehrere Brennstoffzellen aufweisen, die zu einem Stapel zusammengesetzt sein können. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen. The invention also provides a fuel cell system comprising at least one repeating unit which has a cathode side, a bipolar plate, an anode side and a membrane electrode unit, at least one gas distributor structure according to one of the preceding claims being provided on the cathode side between the bipolar plate and the membrane electrode unit described above, can be formed. The fuel cell system can have several fuel cells, which can be assembled into a stack. The fuel cell system according to the invention achieves the same advantages that were described above in connection with the gas distributor structure according to the invention. These advantages are referred to in full in the present case.

Ferner kann ein Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung eine Bipolarplatte aufweisen, die auf der Kathodenseite eine ebene und glatte kathodenseitige Platte aufweist. Somit kann eine kostengünstige und einfach herstellbare kathodenseitige Platte bereitgestellt werden. Eine solche Platte ist weiterhin vorteilhaft, um die Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung und die Membran beim Herstellen des Brennstoffzellensystems schonend zu behandeln.Furthermore, a fuel cell system in the sense of the invention can have a bipolar plate which has a flat and smooth plate on the cathode side on the cathode side. An inexpensive and easy to produce plate on the cathode side can thus be provided. Such a plate is also advantageous in order to treat the gas distributor structure in the sense of the invention and the membrane gently during the manufacture of the fuel cell system.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gasverteilerstruktur für ein Brennstoffzellensystem vor, die zum Bereitstellen eines sauerstoffhaltigen Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

1) Bereitstellen einer ersten Verteilerstruktur, die zur Auflage an (und/oder zur stoffschlüssigen Befestigung mit) einer Membran-Elektrodeneinheit des Brennstoffzellensystems dient,
2) Bereitstellen einer zweiten Verteilerstruktur, die zur Auflage an (und/oder zur stoffschlüssigen Befestigung mit) einer kathodenseitigen Platte einer Bipolarplatte des Brennstoffzellensystems dient,

wobei die erste Verteilerstruktur durch eine Gasdiffusionslage und die zweite Verteilerstruktur durch eine poröse Beschichtung ausgebildet werden. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur und/oder des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.The invention further provides a method for producing a gas distributor structure for a fuel cell system, which is used to provide an oxygen-containing reactant to the fuel cell, the method comprising the following steps:

1) provision of a first distributor structure, which is used to rest on (and / or for integral fastening with) a membrane electrode unit of the fuel cell system,
2) providing a second distributor structure, which is used to rest on (and / or for integral fastening with) a cathode-side plate of a bipolar plate of the fuel cell system,

wherein the first distributor structure is formed by a gas diffusion layer and the second distributor structure by a porous coating. With the aid of the method according to the invention, the same advantages are achieved which were described above in connection with the gas distributor structure according to the invention and / or the fuel cell system according to the invention. These advantages are referred to in full in the present case.

Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die zweite Verteilerstruktur durch Bedrucken der Gasdiffusionslage bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige, hoch automatisierbare Herstellung der erfindungsgemäßen Gasverteilerstruktur. Dabei ist es denkbar, dass die zweite Verteilerstruktur direkt mit der Strukturierung aufgetragen wird, indem die Gasdiffusionslage mit der Strukturierung bedruckt wird. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass die Gasdiffusionslage zunächst mit einer gleichmäßigen, flächigen Schicht beschichtet wird und die Strukturierung danach in die Schicht eingebracht wird, bspw. durch Abtragen der Paste.In the context of a method according to the invention, it can further be provided that the second distributor structure is provided by printing on the gas diffusion layer. This enables simple and inexpensive, highly automated production of the gas distributor structure according to the invention. It is conceivable that the second distributor structure is applied directly with the structuring, in that the gas diffusion layer is printed with the structuring. Nevertheless, it is also conceivable that the gas diffusion layer is first coated with a uniform, flat layer and the structuring is then introduced into the layer, for example by removing the paste.

Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass die zweite Verteilerstruktur durch ein abtragendes Verfahren mit einer periodischen Strukturierung versehen wird. Somit kann die Gestaltungsfreiheit der Strukturierung erweitert werden.In the context of a method according to the invention, it can also be provided that the second distributor structure is provided with a periodic structuring by means of an ablation method. This allows the structuring freedom to be expanded.

Das Verfahren kann vorteilhafterweise zum Herstellen einer Gasverteilerstruktur ausgeführt werden, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann.The method can advantageously be carried out for producing a gas distributor structure which can be designed as described above.

Außerdem kann im Rahmen eines Verfahrens im Sinne der Erfindung vorgesehen sein, dass die zweite Verteilerstruktur stoffschlüssig und/oder durch Verpressen mit der kathodenseitigen Platte der Bipolarplatte verbunden wird. Somit kann ein abgeschlossener Kathodenbereich zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrodeneinheit bereitgestellt werden. Durch das Material der Gasverteilerstruktur wird die Elektronen-Leitfähigkeit von der Membran-Elektrodeneinheit zur Bipolarplatte sichergestellt. Durch die Ausbildung der zweiten Verteilerstruktur wird eine grobe Verteilung des sauerstoffhaltigen Reaktanten (bspw. in der Größenordnung von Millimetern) und durch die Porosität beider Verteilerstrukturen eine feine bzw. gleichmäßige Verteilung des sauerstoffhaltigen Reaktanten (bspw. im nanoskaligen Bereich) innerhalb des Kathodenbereiches bzw. über der aktiven Schicht der Membran-Elektrodeneinheit ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur der Gasfluss mit reduzierten Druckverlusten ermöglicht und der Wasserabtransport begünstigt.In addition, it can be provided in the context of a method within the meaning of the invention that the second distributor structure is materially and / or is connected by pressing to the cathode-side plate of the bipolar plate. A closed cathode region can thus be provided between the bipolar plate and the membrane electrode unit. The material of the gas distributor structure ensures the electron conductivity from the membrane electrode unit to the bipolar plate. A rough distribution of the oxygen-containing reactant (for example in the order of millimeters) and a fine or uniform distribution of the oxygen-containing reactant (for example in the nanoscale range) within the cathode area or over is achieved through the formation of the second distributor structure the active layer of the membrane electrode assembly. At the same time, the gas flow structure with reduced pressure losses is made possible by the gas distributor structure according to the invention and the water removal is promoted.

Somit kann das Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellensystems ausgeführt werden, das wie oben beschrieben ausgebildet sein kann.Thus, the method for producing a fuel cell system can be carried out, which can be configured as described above.

FigurenlisteFigure list

Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur und das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems im Sinne der Erfindung in einer Seitenansicht,
2 eine schematische Darstellung einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in einer Seitenansicht,
3a eine schematische Darstellung einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht,
3b eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in einer Draufsicht,
4 eine schematische Darstellung einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in Kombination mit einer ebenen kathodenseitigen Platte der Bipolarplatte in einer Seitenansicht, und
5 eine schematische Darstellung einer Gasverteilerstruktur im Sinne der Erfindung in Kombination mit einer geprägten kathodenseitigen Platte der Bipolarplatte in einer Draufsicht.

The gas distributor structure according to the invention and the fuel cell system according to the invention and their developments and their advantages are explained in more detail below with reference to drawings. Each shows schematically:

1 1 shows a schematic illustration of a fuel cell system in the sense of the invention in a side view,
2 1 shows a schematic illustration of a gas distributor structure in the sense of the invention in a side view,
3a 1 shows a schematic illustration of a gas distributor structure in the sense of the invention in a plan view,
3b 1 shows a schematic illustration of a further possible gas distributor structure in the sense of the invention in a plan view,
4 a schematic representation of a gas distributor structure in the sense of the invention in combination with a flat cathode-side plate of the bipolar plate in a side view, and
5 a schematic representation of a gas distribution structure in the sense of the invention in combination with an embossed cathode-side plate of the bipolar plate in a plan view.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts of the invention are always provided with the same reference symbols, which is why they are generally only described once.

Die 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 100, welches eine Vielzahl an Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen bzw. PEM-Brennstoffzellen aufweist, die zu einem Stapel zusammengesetzt, insbesondere verpresst sind. Der Stapel umfasst Wiederholeinheiten, umfassend einen Kathodenbereich bzw. eine Kathodenseite K, eine Bipolarplatte 110, einen Anodenbereich bzw. eine Anodenseite A und eine Membran-Elektrodeneinheit MEA. Die Bipolarplatte 110 ist elektrisch leitfähig, aber für die Reaktanten H2, O2, Produktwasser und Kühlmittel, bspw. Kühlwasser H2O, undurchlässig. Umfangsseitig sind Dichtungen 103 vorgesehen, um einen Gasaustritt zu vermeiden.The 1 shows a fuel cell system 100 , which has a large number of polymer electrolyte membrane fuel cells or PEM fuel cells, which are assembled to form a stack, in particular pressed. The stack comprises repeat units, comprising a cathode region or a cathode side K , a bipolar plate 110 , an anode area or an anode side A and a membrane electrode assembly MEA , The bipolar plate 110 is electrically conductive, but for the reactants H2 . O2 , Product water and coolant, e.g. cooling water H2O , impermeable. Seals are circumferential 103 provided to avoid gas leakage.

Im dargestellten Beispiel umfasst die Bipolarplatte 110 auf der Anodenseite A eine anodenseitige Platte 102, die in Form eines geprägten Bleches ausgebildet ist. Auf der Kathodenseite K umfasst die Bipolarplatte 110 eine ebene bzw. flache kathodenseitige Platte 101. Eine solche flache kathodenseitige Platte 101 ist außerdem in der 4 gezeigt. Gleichwohl ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass die kathodenseitige Platte 101 in Form eines geprägten Bleches ausgebildet sein kann, vgl. die 5.In the example shown, the bipolar plate comprises 110 on the anode side A an anode side plate 102 , which is designed in the form of an embossed sheet. On the cathode side K includes the bipolar plate 110 a flat plate on the cathode side 101 , Such a flat plate on the cathode side 101 is also in the 4 shown. Nevertheless, it is also conceivable within the scope of the invention that the cathode-side plate 101 can be designed in the form of an embossed sheet, cf. the 5 ,

Zwischen den Platten 101, 102 der Bipolarplatte 110 wird Kühlmittel, bspw. Kühlwasser H2O, geleitet. Die geprägte Struktur zumindest der anodenseitigen Platte 102 schafft zum Verteilen des Kühlmittels eine Kühlkanalstruktur K.Between the plates 101 . 102 the bipolar plate 110 becomes coolant, e.g. cooling water H2O , headed. The embossed structure of at least the anode-side plate 102 creates a cooling channel structure for distributing the coolant K ,

Die anodenseitige Platte 102 der Bipolarplatte 110 schafft durch ihre Profilierung eine Größenordnung im Millimeterbereich zum Verteilen des brennstoffhaltigen Reaktanten H2.The anode-side plate 102 the bipolar plate 110 creates a size in the millimeter range for distributing the fuel-containing reactants H2 ,

Um den Übergang und die Verteilung der Reaktanten O2, H2 aus der Größenordnung im Millimeterbereich der Bipolarplatte 110 auf eine Größenordnung im nanoskaligen Bereich der Membranen-Elektrodeneinheit MEA zu erleichtern, wird jeweils eine Gasdiffusionslage GDL, zwischen der jeweiligen Platte 101, 102 der Bipolarplatte 110 und der Membran-Elektrodeneinheit MEA eingesetzt.About the transition and distribution of the reactants O2 . H2 from the order of magnitude in the millimeter range of the bipolar plate 110 to an order of magnitude in the nanoscale range of the membrane electrode assembly MEA to facilitate each will be a gas diffusion layer GDL , between the respective plates 101 . 102 the bipolar plate 110 and the membrane electrode assembly MEA used.

Die Gasdiffusionslage GDL kann im Sinne der Erfindung als ein poröses Vlies oder als eine gewebte Struktur aus Kohlenstofffasern ausgebildet sein. Gegen die Gasdiffusionslage GDL wird beim Herstellen des Brennstoffzellensystems 100 die Bipolarplatte 110 gepresst.The gas diffusion layer GDL can be formed in the sense of the invention as a porous fleece or as a woven structure made of carbon fibers. Against the gas diffusion layer GDL is used to manufacture the fuel cell system 100 the bipolar plate 110 pressed.

Die Membranen-Elektrodeneinheit MEA kann als eine Nafionmembran in Form eines Films mit einer kohlenstoffbasierten dünnen Katalysatorschicht MPL ausgebildet sein. Die Membranen-Elektrodeneinheit MEA kann entweder in einem separaten Schritt zwischen zwei Gasdiffusionslagen GDL verpresst oder beim Stapeln der Brennstoffzellen zwischen zwei Gasdiffusionslagen GDL eingelegt werden.The membrane electrode assembly MEA can be used as a Nafion membrane in the form of a film with a carbon-based thin catalyst layer MPL be trained. The membrane electrode assembly MEA can either be in a separate step between two gas diffusion layers GDL pressed or when the fuel cells are stacked between two gas diffusion layers GDL be inserted.

Auf der Kathodenseite K des Brennstoffzellensystems 100 ist eine erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 für das Brennstoffzellensystem 100 vorgesehen. Die Gasverteilerstruktur 10 umfasst eine erste Verteilerstruktur S1, die an der Membran-Elektrodeneinheit MEA des Brennstoffzellensystems 100 zur Auflage bringbar ist, und eine zweite Verteilerstruktur S2, die an der kathodenseitigen Platte 101 der Bipolarplatte 110 des Brennstoffzellensystems 100 zur Auflage bringbar ist, wobei die erste Verteilerstruktur S1 durch eine Gasdiffusionslage GDL und die zweite Verteilerstruktur S2 durch eine poröse Beschichtung gebildet sind.On the cathode side K of the fuel cell system 100 is a gas distribution structure according to the invention 10 for the fuel cell system 100 intended. The gas distribution structure 10 comprises a first distribution structure S1 attached to the membrane electrode assembly MEA of the fuel cell system 100 can be brought to rest, and a second distributor structure S2 on the cathode side plate 101 the bipolar plate 110 of the fuel cell system 100 can be brought to rest, the first distributor structure S1 through a gas diffusion layer GDL and the second distribution structure S2 are formed by a porous coating.

Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 ist in einer Seitenansicht in Alleinstellung in der 2 gezeigt.The gas distributor structure according to the invention 10 is in a side view in isolation in the 2 shown.

Die erste Verteilerstruktur S1 und die zweite Verteilerstruktur S2 können eine in etwa vergleichbare Porengröße aufweisen. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass die zweite Verteilerstruktur S2 eine etwas größere Porengröße aufweisen kann als die erste Verteilerstruktur S1.The first distribution structure S1 and the second distribution structure S2 can have an approximately comparable pore size. Nevertheless, it is also conceivable that the second distribution structure S2 can have a slightly larger pore size than the first distributor structure S1 ,

Die zweite Verteilerstruktur S2 wird als poröse Beschichtung bereitgestellt, die mithilfe einer Paste aus Graphitpartikeln hergestellt wird, wobei die Paste ferner Leitruß, Binder, bspw. Polytetrafluorethylen PTFE oder Polyvinylidenfluorid bzw. PVDF, und/oder Porenbildner, bspw. PVDF, aufweisen kann. Diese Paste kann ähnlich einer Druckfarbe hergestellt und auf der Gasdiffusionslage GDL aufgetragen werden. Nach dem Trocken ergibt sich eine hohe Porosität von 50 vol% bis 80 vol% sowie gleichzeitig eine hohe mechanische Druckfestigkeit der Paste.The second distribution structure S2 is provided as a porous coating, which is produced using a paste made of graphite particles, the paste further comprising conductive carbon black, binder, for example polytetrafluoroethylene PTFE or polyvinylidene fluoride or PVDF , and / or pore formers, for example. PVDF , can have. This paste can be made similar to a printing ink and on the gas diffusion layer GDL be applied. After drying there is a high porosity of 50 vol% to 80 vol% and at the same time a high mechanical compressive strength of the paste.

Die Paste kann direkt mit einer, insbesondere periodischen, Strukturierung aufgetragen werden, bspw. in Form von erhabenen Nocken (vgl. die 3a) und/oder Strichen (vgl. die 3b), die vorzugsweise in geometrischer Anordnung zur Strömungsführung ausgerichtet werden können.The paste can be applied directly with a, in particular periodic, structuring, for example in the form of raised cams (cf. the 3a) and / or dashes (cf. the 3b) , which can preferably be aligned in a geometric arrangement for flow guidance.

Gleichwohl ist es denkbar, dass die Paste als eine flächige Schicht auf der der Gasdiffusionslage GDL aufgetragen werden kann, an der mittels eines, bspw. laserbasierten, abtragenden Verfahrens die Strukturierung ausgebildet wird. Diese Strukturierung bildet dann die zweite Verteilerstruktur S2.Nevertheless, it is conceivable that the paste as a flat layer on the gas diffusion layer GDL can be applied, on which the structuring is formed by means of a, for example, laser-based, ablation process. This structuring then forms the second distribution structure S2 ,

Die Strukturierung kann bspw. eine Tiefe von ungefähr 200 µm aufweisen. Da die Strukturierung zum Bilden der Kanäle zum Verteilen des sauerstoffhaltigen Reaktanten O2 durch die aufgetragene Paste geschaffen wird, kann die kathodenseitige Platte 101 der Bipolarplatte 110 eben und glatt ausgebildet sein (vgl. die 4).The structuring can have a depth of approximately 200 μm, for example. Because the structuring to form the channels for distributing the oxygen-containing reactant O2 is created by the applied paste, the cathode-side plate 101 the bipolar plate 110 be flat and smooth (cf. the 4 ).

Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass die kathodenseitige Platte 101 wie gewohnt mit einer geprägten Struktur ausgebildet sein kann, wobei die zweite Verteilerstruktur S2 auf den erhöhten Bereichen der kathodenseitigen Platte 101 bereitgestellt wird, wie dies die 5 verdeutlicht.Nevertheless, it is also conceivable that the plate on the cathode side 101 can be formed as usual with an embossed structure, the second distributor structure S2 on the raised areas of the cathode-side plate 101 is provided like this 5 clarifies.

Die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 schafft eine Verteilerstruktur mit zwei Größenordnungen. Die erste, untergeordnete bzw. feine Größenordnung wird durch die Poren der beiden Verteilerstrukturen S1, S2 gebildet. Die zweite, übergeordnete bzw. grobe Größenordnung wird durch die, insbesondere oberflächliche, Strukturierung der zweiten Verteilerstruktur S2 geschaffen.The gas distributor structure according to the invention 10 creates a distribution structure with two orders of magnitude. The first, subordinate or fine order of magnitude is due to the pores of the two distribution structures S1 . S2 educated. The second, higher or coarse order of magnitude is due to the, in particular superficial, structuring of the second distributor structure S2 created.

Durch die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 wird der Abtransport des Produktwassers begünstigt. Zugleich wird durch die zweite Verteilerstruktur S2 ein vergrößerter freier Bereich für die Strömung des sauerstoffhaltigen Reaktanten O2 bereitgestellt. Der Druckabfall beim Verteilen des sauerstoffhaltigen Reaktanten O2 kann somit reduziert werden. Des Weiteren lässt sich die erfindungsgemäße Gasverteilerstruktur 10 einfach und kostengünstig herstellen.By the gas distributor structure according to the invention 10 the removal of the product water is favored. At the same time through the second distribution structure S2 an enlarged free area for the flow of the oxygen-containing reactant O2 provided. The pressure drop when distributing the oxygen-containing reactant O2 can thus be reduced. Furthermore, the gas distribution structure according to the invention can be 10 easy and inexpensive to manufacture.

Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The above description of the figures describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments, if it makes technical sense, can be freely combined with one another without going outside the scope of the invention.

Claims

Gas distribution structure (10) for a fuel cell system (100), which is used to provide an oxygen-containing reactant to the fuel cell (100), comprising: a first distributor structure (S1), which can be brought to rest on a membrane electrode unit (MEA) of the fuel cell system (100), and a second distributor structure (S2), which can be placed on a cathode-side plate (101) of a bipolar plate (110) of the fuel cell system (100), wherein the first distributor structure (S1) is formed by a gas diffusion layer (GDL) and the second distributor structure (S2) by a porous coating (P).

Gas distribution structure (10) after Claim 1 , characterized , that the porous coating (P) can be produced by applying a paste on the gas diffusion layer (GDL), the paste having at least one of the following components: graphite particles, conductive carbon black, binder and / or pore former, and / or that the gas diffusion layer (GDL) is fibrous and / or has fabric-like and / or particle-based carbon material.

Gas distributor structure (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second distributor structure (S2) has a periodic structuring in a distributor plane (x, y) of the oxygen-containing reactant.

Gas distributor structure (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second distributor structure (S2) has a plurality of punctiform and / or line-shaped elevations (E) in a distributor plane (x, y) of the oxygen-containing reactant.

Fuel cell system (100), comprising at least one repeating unit, which has a cathode side (K), a bipolar plate (110), an anode side (A) and a membrane electrode unit (MEA), with on the cathode side (K) between the bipolar plate (110) and the membrane electrode unit (MEA) is provided with at least one gas distributor structure (10) according to one of the preceding claims.

Fuel cell system (100) according to the preceding claim, characterized in that a bipolar plate (110) is provided which has a flat and smooth cathode-side plate (101) on the cathode side (K).

Method for producing a gas distribution structure (10) for a fuel cell system (100), which is used to provide an oxygen-containing reactant to the fuel cell (100), the method comprising the following steps: 1) providing a first distributor structure (S1) which is used to rest on a membrane electrode unit (MEA) of the fuel cell system (100), 2) Provision of a second distributor structure (S2) which is used to rest on a cathode-side plate (101) of a bipolar plate (110) of the fuel cell system (100), the first distributor structure (S1) being provided by a gas diffusion layer (GDL) and the second distributor structure ( S2) are formed by a porous coating (P).

Method according to the preceding claim, characterized in that the second distributor structure (S2) is provided by printing on the gas diffusion layer (GDL).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second distributor structure (S2) is provided with a periodic structuring by an ablation method.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second distributor structure (S2) is integrally connected and / or by pressing to the cathode-side plate (101) of the bipolar plate (110).