CN108701840A - 用于制造用于燃料电池的通流板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明从一种用于制造用于燃料电池(12)的通流板(10,28)的方法出发，所述通流板具有多个导气隔片(14)并具有至少一个布置在所述导气隔片(14)上的、导电的并且多孔的层单元(16)。本发明提出，在将材料施加到所述导气隔片(14)上期间产生所述层单元(16)的几何形状和/或结构。

Description

用于制造用于燃料电池的通流板的方法
背景技术
已经提出一种用于制造用于燃料电池的通流板的方法，所述通流板具有多个导气隔片和具有至少一个布置在所述导气隔片上的、导电的并且多孔的层单元。
发明内容
本发明从一种用于制造用于燃料电池、尤其用于PEM(质子交换膜)燃料电池的通流板的方法出发，所述通流板具有多个导气隔片和具有至少一个布置在导气隔片上的、导电的并且多孔的层单元。
提出，在将材料施加到导气隔片上期间产生层单元的几何形状和/或结构。
“通流板”尤其应理解为一种机械单元，该机械单元设置为用于尤其至少一个燃料电池和/或至少两个尤其邻近的燃料电池的电接触，和/或用于以燃气、尤其氢气和/或氧气供给燃料电池，和/或用于去除至少一种反应产物、尤其水和/或水蒸气。通流板尤其可以构造为单极板、双极板或端板。通流板尤其可以至少基本上由经冲压的板材构成。“设置”尤其应理解为设计和/或配备。“设置为用于一种确定的功能的对象”尤其应理解为，该对象在至少一种使用状态和/或运行状态中满足和/或实施所述确定的功能。“燃料电池”尤其应理解为一种单元，该单元设置为用于将至少一种尤其连续供应的燃气(尤其氢气和/或一氧化碳)和至少一种氧化剂(尤其氧气)的至少一种化学反应能尤其转化为电能。导气隔片尤其设置为用于构成流场。在上下文中，“流场”尤其应理解为三维的结构，该三维的结构尤其通过机械的和/或化学的和/或光学的方法施加到通流板的至少一个表面上和/或至少部分地引入到通流板的表面内。流场尤其占据通流板表面的至少30％、有利地至少50％和优选至少75％。流场尤其构造为格栅式流场和/或通道式流场，所述格栅式流场和/或通道式流场尤其可以具有多个尤其至少基本上彼此平行地延伸的通道和/或至少一个回曲状地延伸的通道。
在上下文中，“层单元”尤其应理解为一种单元，所述单元包括至少一个由导电材料构成的层。层单元尤其可以具有多个彼此相叠地布置的层。层单元尤其至少基本上开孔式地构造。层单元尤其具有多个空腔，所述空腔尤其在流体技术上相互连接和/或与周围环境连接。“在将材料施加到导气隔片上期间“产生”层单元的几何形状和/或结构”尤其应理解为，直接在施加构成层单元的材料的过程期间形成层单元的(例如在多孔性、尺寸、层数量、单个层的层厚度和/或层单元的总厚度方面的)最终构型。
通过这种构型可以提供此类在制造用于燃料电池的通流板方面具有改进特性的方法。尤其可以通过将用于产生导电的和多孔的层单元的材料局部地施加到导气隔片上来实现有利的材料节约。此外，可以省去使用要施加到导气隔片上的附加元件、尤其由金属泡沫制成的元件，由此可以有利地简化通流板的制造。
此外提出，将层单元至少部分地借助涂层方法施加到导气隔片上。涂层方法尤其应理解为一种化学的、机械的、热的和/或热力学的制造方法，该制造方法设置为用于将至少基本上牢固附着的、由至少一种无形状的材料构成的层施加到工件表面上。由此使得能够实现在导气隔片上有利地简单和/或成本低地产生层单元。
在本发明的一个构型中提出，将层单元至少部分地借助喷射方法施加到导气隔片上。“喷射方法”尤其应理解为一种方法，在该方法中，尤其借助气体流使涂层材料加速并且将其施加到工件上。有利地，至少部分地借助热喷射方法将层单元施加到导气隔片上。“热喷射方法”尤其应理解为一种方法，在该方法中，使涂层材料在喷射燃烧器内部或者外部熔化、熔融或者熔开，使其在气体流中以喷射颗粒的形式加速并且被甩到待喷涂的工件的至少一个表面上。由此可以在导气隔片上有利地简单和/或成本低地产生层单元。
此外提出，将层单元至少部分地借助3D打印方法施加到导气隔片上。由此可以有利地产生层元件，该层元件具有例如在强度、接触阻抗和/或多孔性方面带有不同层特性的区段。
此外提出，在施加层单元时补偿导气隔片之间的高度差。为了平衡该高度差，尤其可以将不同层厚度的层施加到导气隔片上。由此使得能够在构造导气隔片时实现有利地低的公差要求。此外，可以实现通流板的有利的接触能力。
此外提出，催化剂颗粒至少被引入到层单元的部分区域中。尤其可以借助化学的和/或电化学的方法、例如借助电镀方法将催化剂颗粒引入到层单元中。由此可以实现层单元的有利的功能化。
此外，提出一种用于燃料电池的通流板，所述通流板具有多个导气隔片和具有至少一个被施加到导气隔片上的、导电的并且多孔的层单元。施加有导电的和多孔的层单元的通流板与已知的具有布置在导气隔片上的、由金属泡沫制成的元件的通流板的区别尤其在于层单元与金属泡沫相比的结构方面以及在于与导气隔片表面的连接方面。施加有导电的和多孔的层单元的通流板相对于已知的具有布置在导气隔片上的、由金属泡沫制成的元件的通流板具有成本更低和/或更简单地制造的优点。
此外，提出一种燃料电池、尤其PEM燃料电池，其具有至少一个膜单元和至少一个通流板，所述通流板具有多个导气隔片和具有至少一个布置在导气隔片上的、导电的和多孔的层单元，其中，该层单元布置在膜单元和通流板之间的接触区域中。由此，可以有利地简化燃料电池的制造并且有利地降低制造成本。
在此，根据本发明的方法不应局限于上面所说明的应用和实施方式。为了满足在此所说明的工作方式，根据本发明的方法尤其可以具有与各个元件、构件和单元的在这里所提到的数量不同的数量。
附图说明
由下面的附图说明得到另外的优点。在附图中示出本发明的实施例。附图、说明书和权利要求包含许多特征的组合。符合目的地，本领域技术人员也将单个考虑这些特征并且将其总结为有意义的另外的组合。附图示出了：
图1具有膜单元、阴极侧的通流板和阳极侧的通流板的燃料电池的示意性的示图，和
图2膜单元和阴极侧的通流板的截面示图。
具体实施方式
图1示出燃料电池12的示意性的示图。燃料电池12具有膜单元18。膜单元18具有传导质子的聚合物膜22。此外，膜单元18具有两个扩散层24,26，所述两个扩散层在两侧布置在聚合物膜22上。扩散层24,26尤其由覆有催化材料的碳织物构成。
此外，燃料电池12具有阴极侧的通流板10和阳极侧的通流板28。膜单元18布置在阴极侧的通流板10和阳极侧的通流板28之间。为了通过膜单元18建立在阴极侧的通流板10和阳极侧的通流板28之间的电接触，通流板10,28与膜单元18被压紧。阳极侧的通流板28具有多个导气隔片40，所述导气隔片构成多个气体通道38，所述气体通道设置为用于将燃气34、尤其氢气在阳极侧供应给膜单元18。阴极侧的通流板10具有多个导气隔片14，所述导气隔片构成多个气体通道30，所述气体通道设置为用于将氧气32、尤其空气中的氧气在阴极侧供应给膜单元18，并且将在反应期间形成的水36、尤其水蒸气导出。
图2以截面示图示出燃料电池12的膜单元18和阴极侧的通流板10。通流板10具有导电的和多孔的层单元16，该层单元被施加到导气隔片14的表面上。层单元16布置在膜单元18和通流板10之间的接触区域20中。通过导电的和多孔的层单元16可以实现有利的电连接和在导气隔片14的区域中将水36从阴极侧的扩散层26有利地引出。
在制造阴极侧的通流板10时，直接在将材料施加到导气隔片14上期间产生层单元16的几何形状和/或结构。将层单元16至少部分地借助涂层方法施加到导气隔片14上。将层单元16至少部分地借助喷射方法、优选借助热喷射方法施加到导气隔片14上。替代地或附加地，可以将层单元16至少部分地借助3D打印方法施加到导气隔片14上。在借助3D打印方法施加时，层单元16可以这样地被施加，使得层单元16的部分区域尤其在强度、接触阻抗和/或多孔性方面彼此不同。此外，在施加层单元16时，可以补偿导气隔片14之间的高度差。在施加层单元16之后，可以将催化剂颗粒至少引入到层单元16的部分区域中，由此可以有利地提高燃料电池12的局部反应速率。阳极侧的通流板28可以与阴极侧的通流板10相同地制造。

Claims (9)

1.一种用于制造用于燃料电池(12)的通流板(10,28)的方法，所述通流板具有多个导气隔片(14)并具有至少一个布置在所述导气隔片(14)上的、导电的并且多孔的层单元(16)，其特征在于，在将材料施加到所述导气隔片(14)上期间产生所述层单元(16)的几何形状和/或结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述层单元(16)至少部分地借助涂层方法施加到所述导气隔片(14)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述层单元(16)至少部分地借助喷射方法施加到所述导气隔片(14)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述层单元(16)至少部分地借助热喷射方法施加到所述导气隔片(14)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述层单元(16)至少部分地借助3D打印方法施加到所述导气隔片(14)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在施加所述层单元(16)时补偿所述导气隔片(14)之间的高度差。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将催化剂颗粒至少引入到所述层单元(16)的部分区域中。
8.一种用于燃料电池(12)的通流板，所述通流板具有多个导气隔片(14)并具有至少一个布置在所述导气隔片(14)上的、导电的并且多孔的层单元(16)，所述层单元借助根据前述权利要求中任一项所述的方法制造。
9.一种燃料电池，具有至少一个膜单元(18)和至少一个根据权利要求8所述的通流板(10,28)，其中，所述层单元(16)布置在所述膜单元(18)和所述通流板(10)之间的接触区域(20)中。
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