DE102004023712B4 - Bipolar plate and method for producing a bipolar plate of a fuel cell - Google Patents

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Abstract

Bipolarplatte (12, 14) für eine Brennstoffzelle umfassend zumindest eine Kohlenstoffmaterial enthaltende erste Schicht (16, 20, 22, 26) sowie eine mit dieser verbundene aus einem Metall bestehende oder dieses enthaltende Funktionsschicht oder -lage (18, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (12, 14) eine erste und eine zweite aus Kohlenstoffmaterial bestehende Schicht (16, 20, 22, 26) mit einem C-Anteil von C ≤ 95 % und die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnete aus einem Metall bestehende oder dieses enthaltende Funktionsschicht oder -lage (18, 24) umfasst, die einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand ρ mit ρ ≤ 0,02·10-6 Ωm und eine Dicke d mit 0,1 mm ≤ d ≤ 3 mm aufweist.Bipolar plate (12, 14) for a fuel cell, comprising at least one carbon layer-containing first layer (16, 20, 22, 26) and a functional layer or layer (18, 24) made of or containing a metal, characterized in that the bipolar plate (12, 14) comprises a first and a second layer of carbon material (16, 20, 22, 26) with a C content of C ≤ 95% and that made of a metal between the first and the second layer or functional layer or ply (18, 24) containing it, which has a low resistivity ρ of ρ ≦ 0.02 x 10 -6 Ωm and a thickness d of 0.1 mm ≦ d ≦ 3 mm.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bipolarplatte sowie Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.The The invention relates to a bipolar plate and method for Production of a bipolar plate for a fuel cell according to the preambles of the claims 1 and 5.

In Brennstoffzellen kann chemische Energie mit hohem Wirkungsgrad direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden. Das Grundprinzip wird durch eine räumliche Trennung von Reaktionspartnern wie Wasserstoff oder Methanol einerseits und Sauerstoff bzw. Luft andererseits durch einen ionenleitfähigen Elektrolyten wie Polymerelektrolytmembran verwirklicht, die auf beiden Seiten von porösen Elektroden – der Anode und der Kathode – in Kontakt steht. Auf diese Weise kann eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff nicht explosionsartig als Knallgasreaktion ablaufen, sondern so kontrolliert durchgeführt werden, dass ein Elektrodenaustausch zwischen den Reaktionspartnern über einen äußeren Stromkreis erfolgt und somit die elektrische Energie liefert.In Fuel cells can direct chemical energy with high efficiency be converted into electricity. The basic principle will be through a spatial Separation of reactants such as hydrogen or methanol on the one hand and oxygen or air on the other hand by an ion-conductive electrolyte realized as a polymer electrolyte membrane, on both sides of porous Electrodes - the Anode and the cathode - in Contact stands. In this way, a chemical reaction between Hydrogen and oxygen are not explosive as a detonating gas reaction run off, but so controlled that an electrode replacement between the reactants via an external circuit takes place and thus supplies the electrical energy.

Die Elektroden bestehen häufig aus einer mit einem Katalysator versehenen Rußschicht, die auf die Membran aufgebracht ist, wobei als Katalysatoren vorzugsweise Platin aber auch andere geeignete Edelmetalle wie Palladium verwendet werden.The Electrodes are common from a catalyst provided with a soot layer on the membrane is applied, but as catalysts preferably platinum but Other suitable noble metals such as palladium can also be used.

Eine entsprechende Brennstoffzelle wird auch als PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) bezeichnet.A corresponding fuel cell is also called PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell).

Die Zufuhr der Reaktionspartner zu den Elektroden erfolgt über Bipolarplatten, die aus einem wärmeaushärtbaren Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil mit insbesondere 70 Gew.% bis 95 Gew.% bestehen können. In den den Elektroden zugewandten Flächen der Bipolarplatten sind Kanäle eingelassen, entlang derer die Reaktionspartner strömen. Wird als Reaktionsgas Wasserstoff der Anode der Brennstoffzelle zugeführt, so werden an der Katalysatorschicht der Anode Kationen gebildet und gleichzeitig Elektronen an die elektronenleitende Anode abgegeben. Als Oxidationsmittel wird Sauerstoff oder Luft der Kathodenseite der Zelle zugeführt. Durch Aufnahme der durch die ionenleitfähige Membran diffundierten Wasserstoff-Ionen (Protonen) und der durch den Außenstromkreis von der Anode zur Kathode fließenden Elektronen wird das Reaktionsgas sauerstoffreduziert. Diese Reaktion läuft in der Katalysatorschicht der Kathode ab, die mit der Membran kontaktiert ist. Als Reaktionsprodukt entsteht Wasser. Die Reaktionsenthalpie wird in Form von elektrischer Energie und Wärme frei, die über die Bipolarplatten abgeführt werden.The Supply of the reactants to the electrodes via bipolar plates, made of a thermosetting material Plastic with carbon filler with a filler content with in particular 70 wt.% To 95 wt.% May exist. In the electrodes facing surfaces of the bipolar plates are channels let in, along which flow the reactants. Becomes supplied as the reaction gas hydrogen of the anode of the fuel cell, so Cations are formed on the catalyst layer of the anode and simultaneously given electrons to the electron-conducting anode. The oxidizing agent is oxygen or air of the cathode side fed to the cell. By taking up the diffused through the ion-conductive membrane Hydrogen ions (protons) and by the external circuit flowing from the anode to the cathode Electrons, the reaction gas is oxygen-reduced. This reaction is in progress Catalyst layer of the cathode from which contacts with the membrane is. The reaction product is water. The reaction enthalpy is released in the form of electrical energy and heat that over the Bipolar plates dissipated become.

In der Praxis werden eine Vielzahl von Brennstoffzellen zu einem Stapel (Stack) verbunden, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Dabei können die Zellen innerhalb eines Stacks elektrisch in Serie, hinsichtlich der zuzuführenden Medien parallel geschaltet sein. Zwischen den einzelnen Zellen sind Bipolarplatten angeordnet, die den elektrischen Kontakt zwischen den Zellen herstellen. Dabei haben die Bipolarplatten mehrere Aufgaben zu erfüllen, d. h. gleichmäßige Zuführung der Reaktanden zu den Elektroden, Abführung von Wärme und Strom, mechanische Stabilität und Stapelbarkeit.In In practice, a variety of fuel cells become a stack (Stack) connected to the desired Achieve performance. It can the cells within a stack are electrically in series, in terms of to be supplied Media connected in parallel. Between the individual cells are bipolar plates arranged, which establish the electrical contact between the cells. The bipolar plates have to fulfill several tasks, d. H. uniform supply of Reactants to the electrodes, removal of heat and electricity, mechanical stability and stackability.

Aus der DE 102 16 306 A1 ist eine Kontakt- oder Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle bekannt, die aus zwei Teilplatten besteht, zwischen denen eine durch Nuten gebildete Kühlmittelverteilstruktur verläuft. Die Teilplatten sind über Dichtungen gegeneinander abgedichtet. Die Teilplatten selbst sind durch Spritzgießen hergestellt.From the DE 102 16 306 A1 For example, a contact or bipolar plate for an electrochemical cell is known which consists of two sub-plates, between which runs a coolant distribution structure formed by grooves. The partial plates are sealed against each other via seals. The partial plates themselves are manufactured by injection molding.

Eine Bipolarplatte verringerter Dicke bei guter Festigkeit und geringerem elektrischen Widerstand zur Verfügung zu stellen, wird nach der DE 102 19 384 A1 vorgeschlagen. Die Platte ist mit einer Faserverstärkungsstruktur; einer Kunststoffmatrix und einem Zusatz in der Kunststoffmatrix zur Schaffung elektrischer Leitfähigkeit versehen. Bei dem Zusatz kann es sich um gemahlene Kohlefasern handeln.To provide a bipolar plate of reduced thickness with good strength and lower electrical resistance is disclosed in US Pat DE 102 19 384 A1 proposed. The plate is with a fiber reinforcement structure; a plastic matrix and an additive in the plastic matrix to provide electrical conductivity. The additive can be ground carbon fibers.

Aus der DE 195 42 721 A1 ist es bekannt, Kunststofffüllstoffmischungen durch Extrudieren zu Platten zu formen, die für elektrische und elektrochemische Zwecke bestimmt sein können. Durch das Extrudieren bedingt müssen die dem Extruder zugeführten Mischungen bestimmte Temperaturen einhalten, um eine Masseförderung sicherzustellen.From the DE 195 42 721 A1 It is known to extrude plastic filler mixtures into sheets which may be intended for electrical and electrochemical purposes. Due to the extrusion, the mixtures fed to the extruder must comply with certain temperatures in order to ensure mass delivery.

In der DE 26 35 636 C2 wird eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen beschrieben. Dabei werden Bahnen von Elektrodenmaterial und Bahnen von Faserfliesmaterial verbunden, wobei zur Erzielung einer gewünschten Geometrie der Platten aus diesen Öffnungen ausgestanzt werden, um bei einer fertigen Brennstoffzelle gewünschte Kammer, Kanäle und Durchgänge zur Verfügung zu stellen.In the DE 26 35 636 C2 For example, a fuel cell and a method of manufacturing the same are described. In this case, webs of electrode material and webs of fibrous web material are joined, wherein to achieve a desired geometry of the plates are punched out of these openings to provide desired chamber, channels and passages in a finished fuel cell.

Aus der WO 96/33520 ist ein graphitisierter Verbundwerkstoff bekannt, der zur Herstellung von Platten von Brennstoffzellen benutzt wird.Out WO 96/33520 discloses a graphitized composite material which is used for the production of plates of fuel cells.

Die DE 198 29 142 A1 bezieht sich auf einen gasdichten Verbund aus Bipolarplatte und Membran-Elektroden-Einheit von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen.The DE 198 29 142 A1 refers to a gas-tight composite of bipolar plate and membrane-electrode assembly of polymer electrolyte membrane fuel cells.

Auch sind Bipolarplatten mit Kühlkanälen bekannt, die aus zwei plattenförmigen aufeinander liegenden Abschnitten bestehen, wobei die aufeinander liegenden Flächen zueinander fluchtende rinnenförmige Vertiefungen aufweisen, die die Kühlkanäle bilden. Die plattenförmigen Abschnitte selbst werden durch Kleber verbunden, wodurch Einbußen in Bezug auf die Leitfähigkeit der Bipolarplatte im Bereich der Verbindungsstellen in Kauf genommen werden müssen.Also bipolar plates with cooling channels are known, which consist of two plate-shaped superposed sections, wherein the successive lying surfaces having mutually aligned groove-shaped depressions, which form the cooling channels. The plate-shaped sections themselves are connected by adhesive, which must be taken into account losses in terms of the conductivity of the bipolar plate in the region of the joints.

Ein Elektrodenmaterial für Brennstoffzellen nach der DE 35 12 326 A1 weist eine integrierte pressgeformte 5-Schicht-Struktur auf. Dabei werden die Ausgangsmaterialien für das Elektrodenmaterial in eine Pressform nacheinander eingegeben, um sodann zusammen mittels Druckformen, Nachhärten und Kalzinieren eine fertige Struktur zu erhalten. Dabei können gegebenenfalls entsprechende als Einheit hergestellte Strukturen erneut in eine Druckform eingegeben werden, um diese durch Zwischenlegen eines Graphitbogens miteinander zu verbinden.An electrode material for fuel cells after the DE 35 12 326 A1 has an integrated press-molded 5-layer structure. At this time, the raw materials for the electrode material are fed into a mold in succession, and then together to obtain a finished structure by means of pressure molding, post-curing and calcination. In this case, if appropriate, corresponding structures produced as a unit can be reentered in a printing form in order to connect them together by interposing a graphite sheet.

Aus der WO 03/050902 A2 ist eine Bipolarplatte bekannt, die aus Schichten unterschiedlicher Ausgangsmischungen besteht, die nacheinander in eine Form eingebracht und unter Druck wärmegehärtet werden.Out WO 03/050902 A2 discloses a bipolar plate consisting of layers different initial mixtures, which successively in a Form introduced and heat-cured under pressure.

Eine Bipolarplatte der eingangs genannten An ist der WO 03/009408 A1 zu entnehmen. Die Bipolarplatte weist eine Basisschicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf, auf der eine Schicht aus Nickel und Zinn plattiert ist. Die entsprechende Schicht wird sodann von einer Zwischenschicht abgedeckt, die eine Dicke zwischen 1 μm und 40 μm aufweist und aus einem Edelmetall besteht. Schließlich wird die Edelmetall-Zwischenschicht mit einer leitenden Polymerschicht einer Dicke zwischen 10 μm und 50 μm bedeckt.A Bipolar plate of the aforementioned An is WO 03/009408 A1 refer to. The bipolar plate has a base layer of aluminum or Aluminum alloy on which a layer of nickel and tin is plated. The corresponding layer is then of an intermediate layer covered, which has a thickness between 1 micron and 40 microns and a precious metal consists. After all becomes the noble metal interlayer covered with a conductive polymer layer of thickness between 10 microns and 50 microns.

Eine Bipolarplatte zur Verwendung in Brennstoffzellen umfasst nach der DE 100 41 209 A1 eine Schicht aus thermoplastischem Elastomer, das ein thermoplastisches Vulkanisat und elektrisch leitende feste Füllstoffe enthält, deren Anteil 5 bis 75 Gew.-% beträgt, um einen spezifischen Widerstand ≤ 108 Ω/cm zu erreichen.A bipolar plate for use in fuel cells comprises the DE 100 41 209 A1 a thermoplastic elastomer layer containing a thermoplastic vulcanizate and electroconductive solid fillers, the proportion of which is 5 to 75% by weight to achieve a specific resistance of ≦ 10 8 Ω / cm.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Bipolarplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen so weiterzubilden, dass bei hoher mechanischer Stabilität eine gute Wärmeableitung bei gleichzeitigem geringem elektrischem Widerstand gegeben ist.Of the The present invention is based on the object, a bipolar plate and to further develop a method of manufacturing such that with high mechanical stability good heat dissipation given at the same low electrical resistance.

Lösungen der Aufgabe ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Weiterbildungen sind den Ansprüchen 2 bis 4 und 6 bis 7 zu entnehmen.Solutions of Task emerge from the features of claims 1 and 5. Further developments the claims To take 2 to 4 and 6 to 7.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Lehre wird eine Bipolarplatte mit einem Schichtaufbau zur Verfügung gestellt, innerhalb der zwischen den aus Kohlenstoffmaterial bestehenden äußeren Schichten eine gesonderte Funktionsschicht angeordnet ist, die einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Gleichzeitig ermöglicht die Zwischenschicht eine gute Wärmeableitung. Zusätzlich kann die mechanische Stabilität erhöht werden, so dass die Bipolarplatte insgesamt dünner als üblich ausfallen kann. Dabei kann als die Zwischenschicht eine Folie, ein Blech wie Lochblech oder ein Netz oder Gitter verwendet werden, das auf die erste Schicht vor oder nach dem Pressen gelegt wird. Als Material kann Kupfer oder Silber und/oder Kombination dieser und diese enthaltend verwendet werden.On Reason the teaching of the invention is a bipolar plate with a layer structure provided, within the outer layers made of carbon material separate functional layer is arranged, which has a low specific having electrical resistance. At the same time the Interlayer good heat dissipation. additionally can the mechanical stability elevated be so that the bipolar plate can be thinner overall than usual. there can as the intermediate layer a foil, a sheet metal like perforated plate or a net or grid used on the first layer is placed before or after pressing. As a material, copper or silver and / or combination of these and containing them become.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The Invention will be taken below with reference to one of the drawing preferred embodiment explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 in auseinandergezogener Darstellung eine Brennstoffzelle, 1 in an exploded view of a fuel cell,

2 eine Prinzipdarstellung eines Werkzeugs zur Herstellung von Bipolarplatten und 2 a schematic diagram of a tool for the production of bipolar plates and

3 eine Prinzipdarstellung einer Form zur Herstellung einer Bipolarplatte bzw. Platte zur Herstellung von Bipolarplatten. 3 a schematic diagram of a mold for producing a bipolar plate or plate for the production of bipolar plates.

In 1 ist rein prinzipiell und in auseinandergezogener Darstellung ein Ausschnitt einer Brennstoffzelle dargestellt, wobei eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 10 zwischen zwei Bipolarplatten 12, 14 angeordnet ist.In 1 is shown purely in principle and in exploded view a section of a fuel cell, wherein a membrane-electrode assembly (MEA) 10 between two bipolar plates 12 . 14 is arranged.

Die Bipolarplatten 12, 14 umfassen jeweils drei Schichten 16, 18, 20 bzw. 22, 24, 26, wobei die jeweils äußeren Schichten 16, 20 und 22, 26 vorzugsweise eine gleiche Materialzusammensetzung aufweisen und aus einem wärmaushärtbaren und/oder thermoplastischen Kunststoff mit Kohlenstoffmaterialfüllstoffen bestehen. Insbesondere han delt es sich bei den Kohlenstofffüllmaterialien um Kohlenstoff bzw. Graphit, der jeweils Hauptbestandteil der Schichten 16, 20, 22, 26 ist. Der C-Anteil beläuft sich auf bis 95 %. Zwischen den Schichten 16, 20 und 22, 26 verläuft eine Funktions- oder Zwischenschicht 18, 24 aus einem wärmeleitfähigen Material mit geringem spezifischen elektrischen Widerstand hoher Leitfähigkeit wie z.B. aus Kupfer oder Silber oder Kombinationen dieser. Andere geeignete Materialien kommen gleichfalls in Frage. Die Dicken der Schichten 16, 20 und 22, 26 sollten gleich sein, wobei bevorzugterweise eine Dicke von 0,5 mm bis 4 mm zu nennen ist. Demgegenüber weist die Zwischenschicht 18, 24 eine Dicke d mit 0,1 mm ≤ d ≤ 3 mm auf.The bipolar plates 12 . 14 each comprise three layers 16 . 18 . 20 respectively. 22 . 24 . 26 , wherein the respective outer layers 16 . 20 and 22 . 26 preferably have the same material composition and consist of a thermosetting and / or thermoplastic material with Kohlenstoffmaterialfüllstoffen. In particular, the carbon filling materials are carbon or graphite, each of which is the main constituent of the layers 16 . 20 . 22 . 26 is. The C-share amounts to 95%. Between the layers 16 . 20 and 22 . 26 runs a functional or intermediate layer 18 . 24 of a thermally conductive material with low electrical resistivity of high conductivity such as copper or silver or combinations of these. Other suitable materials are also suitable. The thicknesses of the layers 16 . 20 and 22 . 26 should be the same, preferably having a thickness of 0.5 mm to 4 mm is to call. In contrast, the intermediate layer 18 . 24 a thickness d of 0.1 mm ≦ d ≦ 3 mm.

Die Zwischenschicht 18, 24 kann in nachstehender Weisen durch Pressen und Wärmeaushärtung beim Herstellen der jeweiligen Bipolarplatte 12, 14 ausgebildet werden. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Zwischenschicht 18, 24 in Form einer Folie, eines Bleches wie Lochbleches oder eines Netzes oder Gitters zwischen den äußeren Schichten 16, 20 bzw. 22, 26 anzuordnen.The intermediate layer 18 . 24 can in the following ways by pressing and heat curing in the manufacture of the respective bipolar plate 12 . 14 be formed. Alternatively, however, it is also possible, the intermediate layer 18 . 24 in the form of a foil, a sheet such as perforated sheets or a mesh or grid between the outer layers 16 . 20 respectively. 22 . 26 to arrange.

Unabhängig hiervon weisen die Bipolarplatten 12, 14 zumindest auf der der Membran-Elektroden-Anordnung 10 zugewandten Fläche 28, 30 vorzugsweise mäanderförmig verlaufende Kanäle 32 auf, die gegebenenfalls in Sektionen unterteilt sind, durch die Reaktanden – anodenseitig z. B. Wasserstoff oder Methan, Methanol, Reformat, kathodenseitig z.B. Luft oder Sauerstoff- strömen kann.Regardless of this, the bipolar plates 12 . 14 at least on the membrane electrode assembly 10 facing surface 28 . 30 preferably meandering channels 32 on, which are optionally divided into sections, by the reactants - on the anode side z. As hydrogen or methane, methanol, reformate, on the cathode side, for example, air or oxygen can flow.

Die Membran-Elektroden-Anordnung 10 umfasst eine für Kationen permeable Membran 34, entlang deren Flächen eine Rußschicht mit einem Edelmetallkatalysator wie Platin oder Palladium als Anode 36 bzw. Kathode 38 angeordnet ist.The membrane electrode assembly 10 includes a cation permeable membrane 34 , Along their surfaces, a soot layer with a noble metal catalyst such as platinum or palladium as the anode 36 or cathode 38 is arranged.

Anode 36 und Kathode 38 sind ihrerseits von jeweils einer Gasdiffusionsschicht abgedeckt, die bei zusammengesetzter Einheit bestehend aus den Bipolarplatten 12, 14 und der Membran-Elektroden-Anordnung 10, die Kanäle 32 der Bipolarplatte 12, 14 vollständig abdecken, gleichzeitig jedoch die Möglichkeit bieten, dass in den Kanälen 32 strömende Reaktanden sich in die gesamte Elektrodenfläche verteilen können, damit die gewünschte chemische Reaktion mit hohem Wirkungsgrad ablaufen kann.anode 36 and cathode 38 are in turn covered by a respective gas diffusion layer, the composite unit consisting of the bipolar plates 12 . 14 and the membrane electrode assembly 10 , the channels 32 the bipolar plate 12 . 14 completely cover, but at the same time offer the possibility that in the channels 32 flowing reactants can be distributed in the entire electrode surface, so that the desired chemical reaction can proceed with high efficiency.

Um die Bipolarplatten 12, 14 herzustellen, wird entsprechend der Darstellung gemäß 3 in eine Pressform oder ein Gesenk 40 eines Heißpresswerkzeuges 39 zunächst eine erste Schicht 42 aus dem die Schicht 16 oder 20 bzw. 22 oder 26 der Bipolarplatte 12, 14 bildenden Material in Pulverform eingebracht. Sodann wird auf die erste Schicht 42 das elektrisch leitende Material zur Ausbildung der Zwischenschicht 18 bzw. 24 eingebracht. Die entsprechende Schicht ist in 3 mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet. Erwähntermaßen kann es sich bei der Schicht 44 aber auch um eine Folie, Blech wie Lochblech oder ein Netz oder Gitter handeln, das aus dem die erforderliche Leitfähigkeit aufweisendem Material wie Kupfer und/oder Silber oder einem anderen geeigneten Material besteht.To the bipolar plates 12 . 14 is prepared according to the illustration according to 3 in a mold or a die 40 a hot press tool 39 first a first shift 42 from the the layer 16 or 20 respectively. 22 or 26 the bipolar plate 12 . 14 forming material introduced in powder form. Then it is on the first layer 42 the electrically conductive material for forming the intermediate layer 18 respectively. 24 brought in. The corresponding layer is in 3 with the reference number 44 characterized. Mentioned may be in the layer 44 but also to act a foil, sheet metal such as perforated plate or a network or grid, which consists of the required conductivity having material such as copper and / or silver or other suitable material.

Schließlich wird auf die Schicht 44 eine weitere zweite Schicht 46 aus Pulvermaterial aufgebracht, die die Schicht 20 bzw. 16 oder 26 bzw. 22 der Bipolarplatte 12, 14 bilden soll.Finally, on the layer 44 another second layer 46 made of powder material, which is the layer 20 respectively. 16 or 26 respectively. 22 the bipolar plate 12 . 14 should form.

Anschließend wird ein Pressstempel 48 in das Gesenk 40 eingefahren, um bei Druckeinwirkung eine Wärmeaushärtung der Schichten 42, 46 bzw. auch der Schicht 44, sofern es sich um ein Pulvermaterial – wie bei den Schichten 42, 46 – handelt, zu erzielen.Subsequently, a press stamp 48 into the die 40 retracted to a heat curing of the layers under pressure 42 . 46 or the layer 44 if it is a powder material - as in the layers 42 . 46 - acts to achieve.

Das aus dem Gesenk 40 und dem Stempel 48 bestehende Presswerkzeug ist erwähntermaßen vorzugsweise ein Heißpresswerkzeug.That from the die 40 and the stamp 48 Existing press tool is, as mentioned, preferably a hot press tool.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Schichten 42, 44, 46 nacheinander bei Druck- und/oder Wärmeeinwirkung auszuhärten, ohne dass die Erfindung verlassen wird.Of course, there is also the possibility of the individual layers 42 . 44 . 46 curing successively under pressure and / or heat, without departing from the invention.

Auch kann die unterste Schicht 42 zusammen mit der Schicht 44 ausgebildet werden oder die äußere Schicht 46 der der Zwischenschicht 44.Also, the lowest layer 42 together with the layer 44 be formed or the outer layer 46 that of the intermediate layer 44 ,

Zu erwähnen ist des Weiteren, dass das Gesenk 40 bzw. das Presswerkzeug 48 im erforderlichen Umfang strukturiert sein kann, um in den Schichten 42 bzw. 46 bereits erforderliche Kanäle – die den Kanälen 32 entsprechen – auszubilden, durch die die Reaktanden bei der fertigen Brennstoffzelle strömen sollen.It should also be mentioned that the die 40 or the pressing tool 48 to the extent necessary can be structured to in the layers 42 respectively. 46 already required channels - the channels 32 correspond - form, through which the reactants are to flow in the finished fuel cell.

Es besteht die Möglichkeit, das Presswerkzeug dimensionsmäßig so auszubilden, dass Platten produziert werden, deren Fläche einem Vielfachen einzelner Bipolarplatten entspricht. Somit können aus einer so hergestellten Platte eine gewünschte Anzahl von Bipolarplatten gewonnen werden, indem in ein Gesenk entsprechend der Erläuterungen gemäß 3 nacheinander Schichten aus Materialien eingebracht, die denen der herzustellenden Bipolarplatten 12, 14 entsprechen. Dabei kann in dem Gesenk 40 ein verstellbarer Stempel vorgesehen sein, der auf den freien äußeren Rand des Gesenkes derart ausrichtbar ist, dass in den freien Raum des Gesenks 40 die gewünschte Materialmenge einfüllbar ist. Überschüssiges Material kann sodann abgestreift werden. Nachdem in das Gesenk 40 schichtweise die gewünschten vorzugsweise pulvrigen Materialien eingebracht worden sind, erfolgt das Verpressen und Wärmebehandeln. Sodann wird die fertige Platte 50 aus dem Gesenk 40 entnommen, um die Platte 50 in Abschnitte 52, 54, 56 zu trennen, deren Dimensionierung der der Bipolarplatten 12, 14 oder im Wesentlichen entsprechen.It is possible to dimensionally form the pressing tool to produce plates whose surface corresponds to a multiple of individual bipolar plates. Thus, a desired number of bipolar plates can be obtained from a plate thus produced by placing in a die according to the explanations given in FIG 3 successively layers of materials introduced, those of the bipolar plates to be produced 12 . 14 correspond. It can in the die 40 an adjustable punch may be provided which is so aligned on the free outer edge of the die that in the free space of the die 40 the desired amount of material can be filled. Excess material can then be stripped off. After in the die 40 the desired powdery materials have been introduced layer by layer, the pressing and heat treatment takes place. Then the finished plate 50 from the die 40 taken to the plate 50 in sections 52 . 54 . 56 to separate their sizing of the bipolar plates 12 . 14 or substantially correspond.

Die Erfindung wird auch nicht verlassen, wenn die Funktions- oder Zwischenschicht, die als einlegbares Metallteil ausgebildet sein kann, eine komplexe Form aufweist, insbesondere um einen Stromabgriff zu ermöglichen bzw. diesen den bestehenden geometrischen Randbedingungen der Brennstoffzelle anzupassen. So kann z.B. ein aus der Bipolarplatte abragender Abschnitt der Funktionsschicht einen rechtwinklig abgebogenen außen vorstehenden Abschnitt aufweisen.The invention is also not left out if the functional or intermediate layer, which can be embodied as an insertable metal part, has a complex shape, in particular in order to enable a current pick-up or to adapt it to the existing geometric boundary conditions of the fuel cell. For example, a protruding from the bipolar plate portion of the functional layer have a bent at right angles outside protruding portion.

Claims (7)

Bipolarplatte (12, 14) für eine Brennstoffzelle umfassend zumindest eine Kohlenstoffmaterial enthaltende erste Schicht (16, 20, 22, 26) sowie eine mit dieser verbundene aus einem Metall bestehende oder dieses enthaltende Funktionsschicht oder -lage (18, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (12, 14) eine erste und eine zweite aus Kohlenstoffmaterial bestehende Schicht (16, 20, 22, 26) mit einem C-Anteil von C ≤ 95 % und die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnete aus einem Metall bestehende oder dieses enthaltende Funktionsschicht oder -lage (18, 24) umfasst, die einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand ρ mit ρ ≤ 0,02·10-6 Ωm und eine Dicke d mit 0,1 mm ≤ d ≤ 3 mm aufweist.Bipolar plate ( 12 . 14 ) for a fuel cell comprising at least one carbon material-containing first layer ( 16 . 20 . 22 . 26 ) as well as a functional layer or layer comprising or consisting of a metal ( 18 . 24 ), characterized in that the bipolar plate ( 12 . 14 ) a first and a second layer made of carbon material ( 16 . 20 . 22 . 26 ) having a C content of C ≦ 95%, and the functional layer or layer comprising or consisting of a metal disposed between the first and the second layer ( 18 . 24 ) having a low resistivity ρ of ρ ≦ 0.02 x 10 -6 Ωm and a thickness d of 0.1 mm ≦ d ≦ 3 mm. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (18, 24) aus Kupfer oder Silber besteht oder dieses enthält.Bipolar plate according to claim 1, characterized in that the functional layer ( 18 . 24 ) consists of or contains copper or silver. Bipolarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht oder -lage (18, 24) eine Metallfolie, ein Metallblech, ein Lochblech oder ein Netz oder Gitter ist.Bipolar plate according to claim 1 or 2, characterized in that the functional layer or layer ( 18 . 24 ) is a metal foil, a metal sheet, a perforated plate or a net or grid. Bipolarplatte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht oder -lage (18, 24) einen spezifischen Widerstand ρ mit p ≤ 0,016·10-6 Ωm aufweist.Bipolar plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the functional layer or layer ( 18 . 24 ) has a resistivity ρ with p ≦ 0.016 × 10 -6 Ωm. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für Brennstoffzellen nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Form eines Presswerkzeuges eine erste, Kohlenstoffmaterial enthaltende Schicht eingebracht wird, worauf auf die erste Schicht eine aus Metall bestehende oder ein Metall enthaltende Funktionsschicht aufgebracht wird und auf die wiederum eine zweite, Kohlenstoffmaterial enthaltende Schicht aufgebracht wird, wobei die einzelnen Schichten vor Einbringung einer weiteren Schicht gepresst und wärmebehandelt oder zwei in die Form eingebrachte Schichten gemeinsam gepresst und wärmebehandelt werden und nach der Wärmebehandlung die die Bipolarplatte bildenden Schichten aus der Form entfernt werden.Method for producing a bipolar plate for fuel cells according to at least claim 1, characterized in that in a Form of a pressing tool a first, containing carbon material Layer is placed, whereupon on the first layer one from Metal existing or a metal-containing functional layer is applied and in turn a second, carbon material-containing Layer is applied, with the individual layers before introduction Another layer pressed and heat treated or two in the Molded layers co-pressed and heat treated and after the heat treatment the layers forming the bipolar plate are removed from the mold become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktionsschicht eine Folie, ein Blech, insbesondere ein Lochblech, ein Netz oder ein Gitter verwendet wird, die vor oder nach dem Pressen oder der Wärmebehandlung der ersten Schicht auf diese gelegt wird.Method according to claim 5, characterized in that that as a functional layer, a film, a sheet, in particular a Perforated sheet metal, a net or a grid is used, which before or after pressing or heat treatment the first layer is placed on this. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Funktionsschicht Kupfer und/oder Silber verwendet wird.Method according to claim 5 or 6, characterized that as material for the functional layer copper and / or silver is used.
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