DE10039674A1 - Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen - Google Patents
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Abstract
Beschrieben werden eine Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen aus einer innenliegenden Metallschicht und zwei beidseitig auf der Metallschicht aufliegenden und diese umschließenden nicht leitfähigen Kunststoffschichten, die die Oberflächen der Bipolarplatten bilden, wobei die Metallschicht mit beiden Oberflächen eine oder mehrere elektrisch leitende Verbindungen aufweist und die Kunststoffschichten oberflächliche Kanäle zum Gastransport aufweisen, und eine Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen aus nicht leitfähigem Kunststoff, die an beiden Oberflächen Kanäle zum Gastransport aufweist und die mit Ausnahme des Kantenbereichs metallbeschichtet ist, wobei die beidseitigen Metallbeschichtungen durch den Kunststoff hindurch durch eine oder mehrere Metallkontaktierungen elektrisch leitend verbunden sind.
Description
Die Erfindung betrifft Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen, ihre Herstellung und
Verwendung in Brennstoffzellen-Stacks und deren Anwendung zur Stromversorgung in
mobilen und stationären Einrichtungen.
Bislang werden in Kraftfahrzeugen überwiegend Verbrennungsmotoren zum Antrieb
eingesetzt, die Erdölprodukte als Treibstoff erfordern. Da die Ressourcen an Erdöl
begrenzt sind und die Verbrennungsprodukte einen nachteiligen Umwelteinfluß haben
können, wurden in den letzten Jahren verstärkt Forschungen nach alternativen
Antriebskonzepten betrieben.
Die Nutzung von elektrochemischen Brennstoffzellen für mobile und stationäre
Energieversorgungen findet dabei zunehmendes Interesse.
Derzeit existieren unterschiedliche Typen von Brennstoffzellen, deren Wirkungsprinzip
allgemein auf der elektrochemischen Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff zum
Endprodukt Wasser basiert. Sie lassen sich nach Art des verwendeten leitfähigen
Elektrolyten, dem Betriebstemperaturniveau und realisierbaren Leistungsbereichen
einordnen. Für automobile Anwendungen sind Polymer-Elektrolyt-Membran-
Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen, auch abgekürzt als PEFC) besonders geeignet.
Sie werden üblicherweise bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 90°C betrieben und
liefern zur Zeit im kompletten Stack elektrische Leistungen im Bereich von 1 bis 75 kW
(PKW) und bis 250 kW (NFZ, Omnibus).
In einer PEM-Brennstoffzelle wird die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff mit
Sauerstoff zu Wasser durch die Einfügung einer protonenleitenden Membran zwischen die
Anoden- und die Kathodenelektrode in die beiden Teilschritte Reduktion und Oxidation
aufgeteilt. Hierbei erfolgt eine Ladungstrennung, die als Spannungsquelle genutzt werden
kann. Entsprechende Brennstoffzellen sind beispielsweise in "Brennstoffzellen-Antrieb,
innovative Antriebkonzepte, Komponenten und Rahmenbedingungen", Skript zur
Fachkonferenz der IIR Deutschland GmbH, 29. bis 31. Mai 2000 in Stuttgart
zusammengefaßt.
Eine einzelne PEM-Brennstoffzelle weist einen symmetrischen Aufbau auf. Auf eine
Polymermembran folgen beidseitig je eine Katalysatorschicht und Gasverteilerschicht, an
die sich eine bipolare Platte anschließt. Stromkollektoren dienen zum Abgreifen der
elektrischen Spannung, während Endplatten die Zudosierung der Reaktionsgase und
Abführung der Reaktionsprodukte sicherstellen.
Die Bipolarplatte verbindet dabei zwei Zellen mechanisch und elektrisch. Da die Spannung
einer einzelnen Zelle im Bereich um 1 V liegt, ist es für praktische Anwendungen
notwendig, zahlreiche Zellen hintereinander zu schalten. Häufig werden bis zu 150 Zellen,
durch Bipolarplatten getrennt, aufeinander gestapelt. Die Zellen werden dabei so
aufeinander gestapelt, daß die Sauerstoffseite der einen Zelle mit der Wasserstoffseite der
nächsten Zelle über die Bipolarplatte verbunden ist. Die Bipolarplatte erfüllt dabei mehrere
Funktionen. Sie dient zur elektrischen Verschaltung der Zellen, zur Zuführung und
Verteilung von Reaktanten (Reaktionsgasen) und Kühlmittel und zur Trennung der
Gasräume. Dabei muß eine Bipolarplatte folgende Eigenschaften erfüllen:
- - chemische Beständigkeit gegen feuchte oxidierende und reduzierende Bedingungen
- - Gasdichtheit
- - hohe Leitfähigkeit
- - geringe Übergangswiderstände
- - Maßhaltigkeit
- - niedrige Kosten in bezug auf Material und Fertigung
- - Gestaltungsfreiheit
- - hohe mechanische Belastbarkeit
- - Korrosionsbeständigkeit
- - geringes Gewicht.
Derzeit werden drei unterschiedliche Arten von Bipolarplatten verwendet. Zum einen
werden metallische Bipolarplatten eingesetzt, die beispielsweise aus Edelstählen bzw.
beschichteten anderen Werkstoffen, wie Aluminium oder Titan aufgebaut sind.
Metallische Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Gasdichtigkeit, Maßhaltigkeit und hohe
elektrische Leitfähigkeit aus.
Graphitische Bipolarplatten können durch Pressen oder Fräsen in die geeignete Form
gebracht werden. Sie zeichnen sich durch chemische Beständigkeit und geringe
Übergangswiderstände aus, haben aber neben einem hohen Gewicht ein unzureichendes
mechanisches Verhalten.
Komposit-Materialien sind aus speziellen Kunststoffen aufgebaut, die leitfähige Füllstoffe,
etwa auf Basis von Kohlenstoff, aufweisen.
In der WO 98/33224 sind Bipolarplatten aus Eisenlegierungen beschrieben, die hohe
Anteile an Chrom und Nickel aufweisen.
Aus der GB-A-2 326 017 sind Bipolarplatten aus Kunststoffmaterial bekannt, die durch
elektrisch leitfähige Füllstoffe, wie Kohlepulver leitfähig gemacht werden. Zusätzlich kann
eine oberflächliche Metallbeschichtung vorliegen, die über die Kanten der Bipolarplatte
eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Zellen ermöglicht.
Gemäß WO 98/53514 wird ein Polymerharz durch Eintragen eines elektrisch leitfähigen
Pulvers und eines Hydrophilisiermittels behandelt. Mit Siliciumdioxidteilchen und
Graphitpulver gefüllte Polymermassen werden als Bipolarplatten eingesetzt. Insbesondere
finden dabei Phenolharze Anwendung.
Da Bipolarplatten kritische Funktionselemente von PEM-Brennstoffzellen-Stacks sind, die
zu einem erheblichen Anteil zu den Kosten und dem Gewicht der Stacks beitragen, besteht
große Nachfrage nach Bipolarplatten, die das vorstehend genannte Anforderungsprofil
erfüllen und die Nachteile der bekannten Bipolarplatten vermeiden. Insbesondere soll eine
unaufwendige und kostengünstige Fertigung von Bipolarplatten möglich sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bipolarplatte für PEM-
Brennstoffzellen aus einer innenliegenden Metallschicht und zwei beidseitig auf der
Metallschicht aufliegenden und diese umschließenden nicht leitfähigen
Kunststoffschichten, die die Oberflächen der Bipolarplatten bilden, wobei die
Metallschicht mit beiden Oberflächen eine oder mehrere elektrisch leitende Verbindungen
aufweist und die Kunststoffschichten oberflächliche Kanäle zum Gastransport aufweisen.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen aus
nicht leitfähigem Kunststoff, die an beiden Oberflächen Kanäle zum Gastransport aufweist
und die mit Ausnahme des Kantenbereichs metallbeschichtet ist, wobei die beidseitigen
Metallbeschichtungen durch den Kunststoff hindurch durch eine oder mehrere
Metallkontaktierungen elektrisch leitend verbunden sind.
Dabei können in der erstgenannten Bipolarplatte die Kunststoffschichten an beiden
Oberflächen mit Ausnahme des Kantenbereichs Metallbeschichtungen aufweisen, die mit
den elektrisch leitenden Verbindungen elektrisch leitend verbunden sind.
Erfindungsgemäß wird bei der Konstruktion der Bipolarplatte eine Funktionstrennung
zwischen Geometrie (Gestaltung der Gaskanäle) und elektrisch leitfähigen Strukturen
vorgenommen. Die Leitfähigkeitsfunktion kann dabei entweder durch das Umspritzen
einer Metallplatine (innenliegende Metallschicht) oder durch das nachträgliche metallische
Beschichten eines Spritzgußteils oder eines Teils der Oberfläche des Spritzgußteils
erfolgen.
Durch die erfindungsgemäße Funktionstrennung läßt sich die leitfähige Bipolarplatte
wesentlich wirtschaftlicher fertigen. Der Einsatz zweier Komponenten bietet die
Möglichkeit, jede Einzelkomponente hinsichtlich ihrer Funktion und Materialeigenschaft
zu optimieren.
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte ist im allgemeinen flächig ausgestaltet und weist
damit zwei gegenüberliegende Oberflächen auf. Im Kantenbereich werden die
Bipolarplatten mit anderen Komponenten der Brennstoffzellen zu Stacks
zusammengepreßt. Daher weisen die erfindungsgemäßen Bipolarplatten in diesen
Randbereichen der Oberfläche keine Metallbeschichtungen auf, sondern weisen geeignete
Mittel zur gasdichten Verbindung der Bipolarplatten mit den anderen Komponenten der
Zellen auf oder sind zur Aufnahme derartiger Mittel eingerichtet. Der Ausdruck
"Kantenbereich" bezeichnet gerade den Randbereich der Oberflächen, der für die
Verbindung der Bipolarplatten mit den anderen Komponenten der Brennstoffzellen
benötigt wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Bipolarplatte eine
innenliegende Metallschicht (Platine) und zwei beidseitig auf der Metallschicht
aufliegende und diese umschließende nicht leitfähige Kunststoffschichten auf. Die
innenliegende Metallschicht (Platine) kann dabei eine beliebige geeignete Geometrie
aufweisen. Es kann sich beispielsweise um ein Blech oder eine Folie handeln, die
elektrisch leitende Verbindungen zu beiden Oberflächen aufweist. Es kann sich
beispielsweise um eine Folie oder ein Blech handeln, in dem vorspringende Strukturen,
wie Grate, Nasen, Noppen usw. vorgesehen sind, die bis an die Oberfläche der
Kunststoffschichten reichen. Die Metallschicht kann auch als Gitter, Gewirk, Gewebe oder
als eine andere Geometrie ausgeführt sein, sofern sie eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen den beiden Oberflächen der Kunststoffschichten ermöglicht. Die Dicke und
Beschaffenheit der Metallschicht kann dabei frei gewählt werden, sofern eine ausreichende
Leitfähigkeit erreicht wird, die das Überschreiten eines maximal gewünschten
Übergangswiderstandes verhindert.
Eine derartige Konstruktion der Metallschicht ist in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht
und als Querschnittsansicht dargestellt. Die Metallschicht weist zu beiden Seiten
hervorspringende Nasen auf, die bis zur Oberfläche der später aufgebrachten
Kunststoffschicht reichen.
Die Kunststoffstruktur weist dabei im Oberflächenbereich die erforderlichen Kanäle zum
Gastransport auf.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Bipolarplatte aus einem nicht
leitfähigen Kunststoff aufgebaut, wobei die Platte an beiden Oberflächen
Metallbeschichtungen aufweist. Die Randbereiche bzw. Kantenbereiche der Platte weisen
dabei keine derartigen Metallbeschichtungen auf, so daß die beiden Oberflächen nicht über
die Kanten der Platte hinweg miteinander leitend verbunden werden. Die elektrisch
leitende Verbindung der beiden Oberflächenbeschichtungen wird durch
Metallkontaktierungen sichergestellt, die durch den Kunststoff hindurch die beidseitigen
Metallschichten verbinden. In Fig. 2 ist eine derartige Bipolarplatte perspektivisch und
teilweise als Querschnittsansicht dargestellt.
Es können auch beide Ausführungsformen der Bipolarplatte vereint werden, wie es in Fig.
3 dargestellt ist. Dabei wird die innenliegende Metallschicht als gelochte Metallplatte
ausgeführt. Die um die Metallschicht liegende Kunststoffschicht weist an beiden
Oberflächen Gaskanäle auf. Zudem liegt auf der Oberfläche eine leitfähige Beschichtung
vor, die über Kontaktierungen mit der Metallschicht verbunden ist.
Die in den Figuren dargestellten Geometrien sind Beispiele einer Vielzahl möglicher
Gestaltungsvarianten. Die Bezugszeichen in den Figuren bedeuten dabei folgendes:
1 Gaskanäle
2 leitfähige Beschichtung
3 Kunststoffmaterial
4 Metallschicht, beispielsweise (gelochte) Metallplatte
5 elektrisch leitende Verbindung (Kontaktierung).
2 leitfähige Beschichtung
3 Kunststoffmaterial
4 Metallschicht, beispielsweise (gelochte) Metallplatte
5 elektrisch leitende Verbindung (Kontaktierung).
Die Anzahl der an der Oberfläche der Bipolarplatte vorliegenden elektrisch leitfähigen
Verbindungen wird anhand der praktischen Erfordernisse frei gewählt. Beispielsweise wird
die Größe und Anzahl der Verbindungen so gewählt, daß der Durchgangswiderstand der
Bipolarplatte nicht zu groß wird. Zudem sollte eine gute elektrisch leitfähige Verbindung
mit den an der Bipolarplatte anliegenden Gasverteilerschichten (beispielsweise
Graphitpapier) gewährleistet sein.
Als Kunststoffmaterial können erfindungsgemäß alle verstärkten und unverstärkten
thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffe eingesetzt werden, die gegen feuchte
oxidierende und reduzierende Bedingungen, wie sie in PEM-Brennstoffzellen herrschen,
chemisch stabil sind. Zudem sollten sie gasdicht und maßhaltig sein. Beispiele geeigneter
Materialien sind PA, PBT, PPO, PP, PES, EP, UP, PF und andere technisch eingesetzte
Kunststoffe.
Für die metallische Oberflächenschicht eignen sich beispielsweise alle
korrosionsbeständigen Metalle, wie Cr, Ni, Cu, Mo, Pb, Ti, V oder auch Graphit. Sie
können nach beliebigen geeigneten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch
Bedampfen, Sputtern, Galvanisieren, Plasmabeschichten oder Lackieren.
Die innenliegende Metallschicht und die elektrisch leitenden Verbindungen können aus
allen leitfähigen korrosionsbeständigen Metallen oder Legierungen gebildet werden.
Beispielsweise können Cr-Ni-Stähle zum Einsatz kommen. Weitere geeignete Materialien
sind dem Fachmann bekannt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten durch
Verformen einer Metallschicht zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen und
nachfolgendes Umspritzen oder Umpressen der Metallschicht mit dem Kunststoff.
Außerdem kann die Bipolarplatte durch Spritzgießen oder Pressen des Kunststoffs in die
gewünschte Form und nachfolgendes Beschichten der Oberflächen mit dem Metall unter
Ausbildung der Metallkontaktierungen hergestellt werden.
Insbesondere die räumliche Gestaltung unter Verwendung des Kunststoffmaterials erlaubt
durch das Spritzgießen die einfache Herstellung selbst komplexer geometrischer
Strukturen.
Die erfindungsgemäßen Bipolarplatten werden im allgemeinen in Brennstoffzellen-Stacks
aus mehreren Einzelzellen eingesetzt. Derartige Brennstoffzellen-Stacks werden durch
wiederholtes Aufeinanderschichten von Bipolarplatte, Gasverteilerschicht,
Katalysatorschicht, Polymermembran, Katalysatorschicht und Gasverteilerschicht
hergestellt. Zwischen jeweils zwei Bipolarplatten liegt dabei eine Einzelzelle vor. Zudem
werden endständige Stromkollektoren und Endplatten angefügt. Die
aufeinandergeschichteten Elemente des Brennstoffzellen-Stacks werden verbunden und
abgedichtet. Zur Abdichtung können im Randbereich der erfindungsgemäßen
Bipolarplatten Elastomerdichtungen aufgebracht sein, oder es kann eine Nahtgeometrie für
das nachträgliche Schweißen, Kleben oder Spritzschweißen direkt aus dem Kunststoff
angeformt werden.
Im ersteren Fall erfolgt die Abdichtung durch festes Aufeinanderpressen der Platten. Im
zweiten Fall können die Platten untereinander verschweißt oder verklebt werden. Das
Verschweißen kann nach beliebigen geeigneten Verfahren durchgeführt werden,
beispielsweise im Ultraschall-, Heizelement-, Vibrations- oder Laserschweißverfahren. Die
einzelnen Elemente der Brennstoffzellen können auch durch Verkleben oder
Spritzschweißen verbunden und abgedichtet werden.
Der Brennstoffzellen-Stack kann auch durch Umspritzen des gesamten Plattenstapels im
Spritzgußverfahren mit geeigneten Polymerwerkstoffen abgedichtet und verbunden
werden.
Eine angeformte Elastomerdichtung kann beispielsweise im Zwei-Komponenten-Spritzguß
gleichzeitig mit der Kunststoffschicht ausgebildet werden.
Insbesondere das Vorsehen eines erhöhten umlaufenden Randes mit angeformter
Schweißnahtgeometrie erlaubt ein kostengünstiges gasdichtes Verbinden der Elemente zu
einem Brennstoffzellen-Stack.
Die erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stacks können beispielsweise zur
Stromversorgung in mobilen und stationären Einrichtungen eingesetzt werden. Neben einer
Hausversorgung kommen dabei insbesondere die Stromversorgung von Fahrzeugen, wie
Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen sowie autarken Systemen, wie Satelliten, in Betracht.
Die erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Stacks sind vorzugsweise in einem
Temperaturbereich von -40 bis +120°C stabil. Der Arbeitstemperaturbereich liegt dabei
insbesondere im Bereich um 100°C. Die Temperierung kann dabei durch geeignete
Kühlmedien erreicht werden, die zumindest mit einem Teil des Stacks in Verbindung
stehen.
Die erfindungsgemäßen Bipolarplatten vereinen eine vorteilhafte Kombination von
niedrigem Gewicht, guter elektrischer Leitfähigkeit, Gasdichtigkeit, bzw. Abdichtbarkeit
und Gestaltung von Gaskanälen.
Claims (9)
1. Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen aus einer innenliegenden Metallschicht und
zwei beidseitig auf der Metallschicht aufliegenden und diese umschließenden nicht
leitfähigen Kunststoffschichten, die die Oberflächen der Bipolarplatten bilden, wobei
die Metallschicht mit beiden Oberflächen eine oder mehrere elektrisch leitende
Verbindungen aufweist und die Kunststoffschichten oberflächliche Kanäle zum
Gastransport aufweisen.
2. Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen aus nicht leitfähigem Kunststoff, die an
beiden Oberflächen Kanäle zum Gastransport aufweist und die mit Ausnahme des
Kantenbereichs metallbeschichtet ist, wobei die beidseitigen Metallbeschichtungen
durch den Kunststoff hindurch durch eine oder mehrere Metallkontaktierungen
elektrisch leitend verbunden sind.
3. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschichten
an beiden Oberflächen mit Ausnahme des Kantenbereichs Metallbeschichtungen
aufweisen, die mit den elektrisch leitenden Verbindungen elektrisch leitend verbunden
sind.
4. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Randbereich mindestens einer der Oberflächen eine Elastomerdichtung aufgebracht ist
ist oder eine Nahtgeometrie für das nachträgliche Schweißen, Kleben oder
Spritzschweißen aus dem Kunststoff angeformt ist.
5. Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten gemäß Anspruch 1 durch Verformen
einer Metallschicht zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindungen und
nachfolgendes Umspritzen der Metallschicht mit dem Kunststoff.
6. Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten gemäß Anspruch 2 durch Spritzgießen
des Kunststoffs in die gewünschte Form und nachfolgendes Beschichten der
Oberflächen mit dem Metall unter Ausbildung der Metallkontaktierungen.
7. Brennstoffzellen-Stack aus mehreren Brennstoffzellen, die Bipolarplatten gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 4 enthalten.
8. Verfahren zur Herstellung von Brennstoffzellen-Stacks gemäß Anspruch 7 durch
wiederholtes Aufeinanderschichten von Bipolarplatten, Gasverteilerschicht,
Katalysatorschicht, Polymermembran, Katalysatorschicht und Gasverteilerschicht,
sowie jeweils endständigen Stromkollektoren und Endplatten, Verbinden und
Abdichten der Schichten zum Brennstoffzellen-Stack.
9. Verwendung von Brennstoffzellen-Stacks gemäß Anspruch 8 zur Stromversorgung in
mobilen und stationären Einrichtungen.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2002520340A JP2004507052A (ja) | 2000-08-14 | 2001-08-14 | Pem燃料電池用二極板 |
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KR (1) | KR20030024858A (de) |
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AU (1) | AU2001287683A1 (de) |
CA (1) | CA2419209A1 (de) |
DE (1) | DE10039674A1 (de) |
WO (1) | WO2002015311A2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10113001A1 (de) * | 2001-03-17 | 2002-10-10 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennstoffzelle mit optimierter Reaktandenverteilung |
DE102004028142B4 (de) * | 2004-06-10 | 2009-01-08 | Sartorius Stedim Biotech Gmbh | Bipolarseparator |
DE102008028358A1 (de) * | 2008-06-10 | 2009-12-17 | Igs Development Gmbh | Separatorplatte und Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4892776B2 (ja) * | 2000-10-20 | 2012-03-07 | ソニー株式会社 | 燃料電池 |
US6677071B2 (en) * | 2001-02-15 | 2004-01-13 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Bipolar plate for a fuel cell |
AUPS076502A0 (en) * | 2002-02-26 | 2002-03-21 | Ceramic Fuel Cells Limited | A fuel cell gas separator plate |
US20030118888A1 (en) * | 2001-12-05 | 2003-06-26 | Gencell Corporation | Polymer coated metallic bipolar separator plate and method of assembly |
DE60309017T2 (de) * | 2002-05-09 | 2007-05-16 | Honda Giken Kogyo K.K. | Brennstoffzellenanordnung und zugehöriger separator |
DE10243592A1 (de) | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Basf Future Business Gmbh | Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen |
US20050048346A1 (en) * | 2003-08-28 | 2005-03-03 | Fannon Megan A. | Modular connections in a DMFC array |
CN100388537C (zh) * | 2003-09-05 | 2008-05-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 燃料电池复合材料双极板及其制作方法 |
US7344798B2 (en) * | 2003-11-07 | 2008-03-18 | General Motors Corporation | Low contact resistance bonding method for bipolar plates in a pem fuel cell |
JP4553101B2 (ja) * | 2003-11-25 | 2010-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セパレータ及びその製造方法、並びに該セパレータを用いた燃料電池及び車両 |
US7309540B2 (en) * | 2004-05-21 | 2007-12-18 | Sarnoff Corporation | Electrical power source designs and components |
CN2791889Y (zh) * | 2004-10-19 | 2006-06-28 | 胜光科技股份有限公司 | 用于燃料电池的流道板结构改良 |
US20060234109A1 (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-19 | Datta Reena L | Composite flow field plates and process of molding the same |
CN100517832C (zh) * | 2005-04-22 | 2009-07-22 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 双极板,其制造方法及具有该双极板的燃料电池 |
DE102005024418A1 (de) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Basf Ag | Bipolarplatte für Brennstoffzellen |
DE102005031081A1 (de) * | 2005-06-27 | 2006-12-28 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Bipolarplatte, Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und Brennstoffzellenblock-Anordnung |
WO2007021676A2 (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell component with coating including nanoparticles |
TWI311829B (en) * | 2006-06-16 | 2009-07-01 | Nan Ya Printed Circuit Board Corporatio | Flow board of fuel cells |
TWI311830B (en) * | 2006-06-28 | 2009-07-01 | Nan Ya Printed Circuit Board Corporatio | Fuel cell module utilizing wave-shaped flow board |
CN100423331C (zh) * | 2006-11-30 | 2008-10-01 | 上海交通大学 | 基于辊压成形的质子交换膜燃料电池金属双极板制造方法 |
US7862936B2 (en) * | 2007-01-12 | 2011-01-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Water removal channel for PEM fuel cell stack headers |
US8383280B2 (en) * | 2008-08-12 | 2013-02-26 | Amir Niroumand | Fuel cell separator plate with integrated heat exchanger |
JP5333727B2 (ja) * | 2008-11-06 | 2013-11-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用セパレータ |
US8309274B2 (en) * | 2009-05-15 | 2012-11-13 | GM Global Technology Operations LLC | Separator plates formed by photopolymer based processes |
GB2472450A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-09 | Afc Energy Plc | Cell Stack Plates |
US8597858B2 (en) | 2010-04-22 | 2013-12-03 | GM Global Technology Operations LLC | Electroformed bipolar plates for fuel cells |
KR101427481B1 (ko) * | 2012-11-02 | 2014-08-08 | 주식회사 효성 | 멀티셀 분리판 제조 방법 |
JP6657974B2 (ja) * | 2016-01-12 | 2020-03-04 | トヨタ紡織株式会社 | 金属樹脂一体成形品及びその製造方法 |
DE102018220464A1 (de) | 2018-11-28 | 2020-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Verteilerstruktur für Brennstoffzelle und Elektrolyseur |
CN110649279B (zh) * | 2019-11-05 | 2024-02-06 | 陶霖密 | 质子交换膜电极、燃料电池、电堆及其制造方法 |
CN110783597A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-11 | 陶霖密 | 质子交换膜燃料电池、电堆、制造方法和流场板复合系统 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7520197U (de) * | 1975-06-25 | 1976-09-30 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | Elektrischer akkumulator, insbesondere bleiakkumulator fuer fahrzeugbatterien |
JP3660754B2 (ja) * | 1996-06-25 | 2005-06-15 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | 固体高分子電解質型燃料電池 |
US5789093A (en) * | 1996-12-10 | 1998-08-04 | Texas Instruments Incorporated | Low profile fuel cell |
US5776624A (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-07 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for PEM fuel cells |
ES2203926T3 (es) * | 1997-01-22 | 2004-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Celula de combustible y utilizacion de aleaciones a base de hierro para la construccion de celulas de combustible. |
US6096450A (en) * | 1998-02-11 | 2000-08-01 | Plug Power Inc. | Fuel cell assembly fluid flow plate having conductive fibers and rigidizing material therein |
US6071635A (en) * | 1998-04-03 | 2000-06-06 | Plug Power, L.L.C. | Easily-formable fuel cell assembly fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material |
US6103413A (en) * | 1998-05-21 | 2000-08-15 | The Dow Chemical Company | Bipolar plates for electrochemical cells |
FR2781606B1 (fr) * | 1998-07-21 | 2000-10-13 | Sorapec | Nouveau collecteur bipolaire pour pile a combustible |
EP1009051A2 (de) * | 1998-12-08 | 2000-06-14 | General Motors Corporation | Flüssigkeitsgekühlte Bipolarplatte aus geleimten Platten für PEM-Brennstoffzellen |
-
2000
- 2000-08-14 DE DE10039674A patent/DE10039674A1/de not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-08-14 CN CN01815427A patent/CN1454397A/zh active Pending
- 2001-08-14 US US10/344,518 patent/US20030180598A1/en not_active Abandoned
- 2001-08-14 KR KR10-2003-7002086A patent/KR20030024858A/ko active IP Right Grant
- 2001-08-14 WO PCT/EP2001/009385 patent/WO2002015311A2/de not_active Application Discontinuation
- 2001-08-14 CA CA002419209A patent/CA2419209A1/en not_active Abandoned
- 2001-08-14 JP JP2002520340A patent/JP2004507052A/ja not_active Withdrawn
- 2001-08-14 AU AU2001287683A patent/AU2001287683A1/en not_active Abandoned
- 2001-08-14 EP EP01967269A patent/EP1312129A2/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10113001A1 (de) * | 2001-03-17 | 2002-10-10 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennstoffzelle mit optimierter Reaktandenverteilung |
DE102004028142B4 (de) * | 2004-06-10 | 2009-01-08 | Sartorius Stedim Biotech Gmbh | Bipolarseparator |
DE102008028358A1 (de) * | 2008-06-10 | 2009-12-17 | Igs Development Gmbh | Separatorplatte und Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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KR20030024858A (ko) | 2003-03-26 |
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