DE102004056846A1 - Metallic bipolar plate located between adjacent membrane electrodes of vehicular fuel cell, has conductive, inert coating at contact regions, with anti-corrosion coating in other regions - Google Patents

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Abstract

Surfaces of the media guidance channels (4) are coated (6) for corrosion protection. The entire surface of the bipolar plate (1) facing the electrode (3) is coated. Some regions of the coating comprise an anti-corrosion layer (6); other regions (5) of the coating (7) are formed by an inert, good electrical conductor, which is used for making contact. The latter is a precious metal coating, preferably gold or platinum. The anti-corrosion coating is ceramic, plastic, polymer, nitride and/or carbonitride. It is thermally insulating and scratch resistant.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Bipolarplatte zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The The invention relates to a metallic bipolar plate for placement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack, according to the closer defined in the preamble of claim 1 Art.

Ein Brennstoffzellenstapel, kurz Stack, besteht aus mehreren, elektrisch in Serie geschalteten, planparallel übereinander gestapelt angeordneten Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle weist eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten auf, beispielsweise in Form einer Polymer-Elektrolyt-Membran, kurz PEM, die zusammen eine Membran-Elektroden-Anordnung, kurz MEA, bilden. Zwischen den im Stack benachbarten MEAs ist jeweils eine Bipolar-Separatorplatteneinheit, kurz Bipolarplatte, angeordnet. Die Bipolarplatte erfüllt dabei mehrere Aufgaben, wie etwa das Beabstanden der benachbarten MEAs gegen die Kraft, mit der der Stack zusammengehalten wird, das Verteilen der Betriebsmedien Brennstoff und Oxidationsmittel über die angrenzenden MEAs und das Abführen der Reaktionsstoffe in hierfür vorgesehenen, jeweils zu den MEAs hin offenen Medienführungskanälen, die Abfuhr der Reaktionswärme über ein in separaten Kühlmittelkanälen geführtes Kühlmittel, sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode und der Kathode der benachbarten MEAs. Die Medienführungskanäle werden dabei von durch Erhebungen voneinander getrennten Vertiefungen auf den jeweils den MEAs zugewandten Oberflächen der Bipolarplatte gebildet.One Fuel cell stack, short stack, consists of several, electrically connected in series, plane-parallel stacked fuel cells arranged. Each fuel cell has an anode, a cathode, and one in between arranged electrolyte, for example in the form of a polymer electrolyte membrane, PEM for short, which together form a membrane electrode assembly, MEA for short, form. There is one between the stacked MEAs Bipolar separator plate unit, short bipolar plate arranged. The bipolar plate meets doing several tasks, such as the spacing of the neighboring MEAs against the force holding the stack together, the Distributing the operating media fuel and oxidant over the adjacent MEAs and the discharge the reactants in this provided, in each case to the MEAs open media guide channels, the removal the heat of reaction over a Coolant in separate coolant channels, and the production of an electrical connection between the Anode and the cathode of the adjacent MEAs. The media channels will be thereby on by elevations separate recesses each of the MEAs facing surfaces of the bipolar plate formed.

Insbesondere bei mobilen Anwendungen, wie beispielsweise im Automobilbereich oder bei der Ausstattung von elektrischen Kommunikations- oder Unterhaltungsgeräten, von Laptops oder dergleichen, ist es erforderlich, die Leistungsdichte von Stacks sowie deren mechanische Belastbarkeit zu erhöhen. Dies kann unter anderem durch eine Verringerung der Dicke der nicht direkt zur Stromerzeugung beitragenden Bipolarplatten erreicht werden. Daher finden zunehmend metallische Bipolarplatten Verwendung. Die Bipolarplatte ist dabei vorzugsweise aus dem metallischen Werkstoff, z.B. einen hochlegierten Edelstahl, hohl geprägt. Die Erhebungen und die Vertiefungen werden beispielsweise diskontinuierlich durch Formrecken, Tiefziehen oder dergleichen, oder kontinuierlich, beispielsweise durch Walzen oder Ziehen hergestellt. Derartige metallische Bipolarplatten weisen gegenüber solchen aus Kohlenstoff entscheidende Vorteile bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit, des Gesichts, des Bauraums, der mechanischen Stabilität, der gleichmäßigeren und schnelleren Wärmeverteilung etc. auf.Especially in mobile applications, such as in the automotive sector or in the equipping of electrical communication or entertainment devices, of Laptops or the like, it is required, the power density of stacks and to increase their mechanical strength. This can not directly, inter alia, by reducing the thickness of the can be achieved to power generating bipolar plates. Therefore find increasingly metallic bipolar plates use. The bipolar plate is preferably made of the metallic material, e.g. one high-alloyed stainless steel, hollow shaped. The surveys and the Depressions become discontinuous, for example, by shaping, Deep drawing or the like, or continuously, for example produced by rolling or drawing. Such metallic bipolar plates opposite such advantages of carbon concerning the electrical conductivity, the face, the installation space, the mechanical stability, the more even and faster heat distribution etc. on.

Nachteilig bei derartigen metallischen Bipolarplatten ist es jedoch, dass diese auch beim Einsatz von hochlegierten Edelstählen keinen ausreichenden Widerstand gegen Korrosion durch die der Brennstoffzelle zugeführten Medien und das entstehende Produktwasser (Reinstwasser) aufweisen.adversely in such metallic bipolar plates, however, it is that these even when using high-alloy stainless steels insufficient resistance against corrosion by the fuel cell supplied media and have the resulting product water (ultrapure water).

Um diese Problematik zu umgehen ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, metallische Bipolarplatten mit einer Beschichtung aus einem gut leitenden inerten bzw. korrosionsbeständigen Material, z.B. einem Edelmetall wie Gold oder Platin, zu versehen. Dies hat jedoch den Nachteil sehr hoher Kosten.Around To circumvent this problem it is from the general state of the art Technique known, metallic bipolar plates with a coating made of a highly conductive inert or corrosion-resistant material, e.g. a precious metal such as gold or platinum. this has but the disadvantage of very high costs.

Aus der DE 195 32 791 A1 ist es bekannt, Kathodenstromkollektoren für Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen nur an den Stellen an denen sie Kontakt zur Elektrode aufweisen, mit einem inerten elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise einem Edelmetall, zu beschichten.From the DE 195 32 791 A1 It is known to coat cathode current collectors for molten carbonate fuel cells with an inert, electrically highly conductive material, such as a noble metal, only at the points where they are in contact with the electrode.

Ein vergleichbar wirkender Aufbau ist auch aus der DE 198 05 674 Cl bekannt. Hierbei wird das Material der Bipolarplatte im Bereich der Kontakte zur Elektrode mit einem Edelmetall, wie Gold oder Platin, angereichert.A similar looking construction is also from the DE 198 05 674 Cl known. In this case, the material of the bipolar plate in the region of the contacts to the electrode is enriched with a noble metal, such as gold or platinum.

Beiden Aufbauten ist es zwar gemeinsam, dass die elektrische Leitfähigkeit im Bereich der Kontakte zur Elektrode verbessert und die Kosten durch die örtlich begrenzte Beschichtung und/oder Anreicherung mit dem Edelmetall reduziert werden. Bei beiden Aufbauten bleibt jedoch die Problematik der Korrosion im Bereich der Medienführungskanäle weiterhin bestehen.Both Although it is common that the electrical conductivity improved in the area of contacts to the electrode and the cost through the local limited coating and / or enrichment with the precious metal be reduced. In both constructions, however, the problem remains corrosion in the area of the media guide channels continues to exist.

Es ist die Aufgabe der oben genannten Erfindung, eine Bipolarplatte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, welche besonders kostengünstig herzustellen ist und einen zuverlässigen Betrieb eines Brennstoffzellenstapels.It the object of the above invention is a bipolar plate according to the generic term to provide from claim 1, which produce particularly inexpensive is and reliable operation a fuel cell stack.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this Task by the mentioned in the characterizing part of claim 1 Characteristics solved.

Damit wird eine sehr gut gegen Korrosion geschützte metallische Bipolarplatte erreicht, welche aufgrund ihres reduzierten Anteils an dem typischerweise sehr teuren inerten elektrisch gut leitenden Material, typischerweise ein Edelmetall wie Gold oder Platin, kostengünstig herzustellen ist. Insbesondere beim Einsatz in Stacks für Fahrzeuganwendung, welche mit sehr großen Stückzahlen einhergehen werden, kann durch die Reduzierung des Edelmetallgehaltes eine entscheidende Einsparung erzielt werden. Aufgrund der mit einem typischerweise kostengünstigen Material beschichteten Medienführungskanäle, welche den größten Teil der Oberfläche einer Bipolarplatte ausmachen, können diese kostengünstigen Bipolarplatten dennoch sehr korrosionsbeständig ausgeführt werden. Sie erlauben damit einen langen und zuverlässigen Betrieb der mit ihnen versehenen Stacks.Thus, a very well protected against corrosion metallic bipolar plate is achieved, which is due to their reduced proportion of the typically very expensive inert electrically highly conductive material, typically a noble metal such as gold or platinum, inexpensive to produce. In particular, when used in stacks for vehicle application, which will be associated with very large quantities, a significant saving can be achieved by reducing the precious metal content. Because of having a typically cost inexpensive material coated media guide channels, which make up the largest part of the surface of a bipolar plate, these cost-effective bipolar plates can still be performed very resistant to corrosion. They thus allow a long and reliable operation of stacks provided with them.

Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Material der korrosionsschützenden Beschichtung gemäß Anspruch 6 ausgebildet.According to one especially favorable Embodiment of the invention is the material of the anti-corrosive Coating according to claim 6 trained.

Durch die thermisch isolierenden Eigenschaften wird erreicht, dass die Gasströme des Brennstoffs und des Oxidationsmittels nicht so stark gekühlt werden, da die Kühlung typischerweise durch die Bipolarplatte hindurch erfolgt. Somit wird die Auskondensation von in den Gasen befindlichem Wasser weitgehend verhindert. Überwiegend tritt dampfförmiges Wasser dabei in dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel aufgrund der Befeuchtung dieser Gase auf, welche notwendig ist, um ein Austrocknen der PEM zu verhindern. Insbesondere im Oxidationsmittel fällt außerdem Reaktions- bzw. Produktwasser der in der Brennstoffzelle ablaufenden Reaktion an. Durch dessen dampfförmigen Abtransport mit den Restgasen wird Wärme, welche ansonsten im Bereich der Bipolarplatte entsteht und durch die Kühlung abtransportiert werden muss, mit den warmen Abgasen direkt an die Umgebung abgeleitet. Somit wird durch die erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Bipolarplatte bei gleicher Leistung des Stacks weniger externe Kühlfläche zur Abfuhr der Wärme aus dem Kühlmedium benötigt oder bei gleicher externer Kühlfläche mehr Leistung des Stacks möglich.By the thermally insulating properties is achieved that the gas flows of the fuel and the oxidizer are not so strongly cooled, because the cooling typically through the bipolar plate. Thus, will the condensation of water in the gases largely prevented. Mostly occurs vaporous Water thereby in the fuel and the oxidant due the humidification of these gases, which is necessary to dry out to prevent the PEM. In particular, in the oxidizing agent, reaction or product water of the reaction taking place in the fuel cell at. By its vaporous Removal with the residual gases is heat, which otherwise in the range the bipolar plate is formed and transported away by the cooling must, with the warm exhaust gases derived directly to the environment. Thus, by the inventive design of the bipolar plate at same output of the stack less external cooling surface to dissipate the heat the cooling medium needed or more with the same external cooling surface Performance of the stack possible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and from the embodiment explained in more detail below with reference to the drawing.

Die einzige beigefügte Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Bipolarplatte mit anliegender Elektrode der MEA.The only attached FIG. 1 shows a schematic cross section through a part of FIG Bipolar plate with MEA abutting electrode.

In der einzigen Figur ist eine Bipolarplatte 1 bzw. ein Teil einer solchen zu erkennen. Der dargestellte Teil der Bipolarplatte 1 zeigt an diesem beispielhaften Aufbau nur die eine Hälfe, z.B. eine Kathodenplatte, einer ansonsten zweiteiligen Bipolarplatte 1. Auf der einen Seite der Bipolarplatte 1 strömt in einem Kühlkanal 2 dessen andere Seite von einer nicht dargestellten Anodenplatte begrenzt werden würde, ein Kühlmedium. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bipolarplatte 1 liegt diese an einer Elektrode 3, typischerweise einer Gasdiffusionselektrode, welche einen Teil einer MEA bildet, an. Zwischen der Bipolarplatte 1 und der Elektrode 3 bilden sich dabei Medienführungskanäle bzw. Gaskanäle 4 aus. Diese werden durch Bereiche 5 voneinander getrennt, in welchen die Elektrode 3 die Bipolarplatte 1 berührt. Durch die Berührung in den Bereichen 5 kommt es außerdem zu der elektrischen Kontaktierung zwischen der metallischen elektrisch leitenden Bipolarplatte 1 und der Elektrode 3. Somit kann der in der Brennstoffzelle entstehende elektrische Strom über die Elektrode 3 und die Bipolarplatte 1 abgeleitet werden. Auf der der Elektrode 3 zugewandten Seite der Bipolarplatte 1 sind ferner zwei verschiedene, stark überhöht dargestellte Beschichtungen 6, 7 zu erkennen, auf welche im Folgenden näher eingegangen werden wird.In the single figure is a bipolar plate 1 or to recognize a part of such. The illustrated part of the bipolar plate 1 shows in this exemplary construction, only one half, for example, a cathode plate, an otherwise bipartite bipolar plate 1 , On one side of the bipolar plate 1 flows in a cooling channel 2 the other side would be limited by an anode plate, not shown, a cooling medium. On the opposite side of the bipolar plate 1 this is due to an electrode 3 , typically a gas diffusion electrode forming part of an MEA. Between the bipolar plate 1 and the electrode 3 thereby form media guide channels or gas channels 4 out. These are through areas 5 separated from each other, in which the electrode 3 the bipolar plate 1 touched. By the touch in the areas 5 In addition, there is the electrical contact between the metallic electrically conductive bipolar plate 1 and the electrode 3 , Thus, the electric current generated in the fuel cell via the electrode 3 and the bipolar plate 1 be derived. On the electrode 3 facing side of the bipolar plate 1 are also two different, greatly exaggerated coatings 6 . 7 to recognize, which will be discussed in more detail below.

Die Beschichtung 6 im Bereich der Gaskanäle 4 ist dabei als korrosionsschützende Beschichtung 6 aus korrosionsbeständigem Material ausgebildet. Damit kann das metallische Material der Bipolarplatte 1, z.B. ein Stahl, im Bereich der Medienführungskanäle 4 kostengünstig und sicher vor Korrosion geschützt werden. Zusätzlich befinden sich in den Bereichen 5, in welchen die Bipolarplatte 1 mit der Elektrode 3 in elektrischem Kontakt steht, örtlich begrenzte Beschichtungen 7 mit einem elektrisch gut leitenden inerten Material. Damit kann sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit der Bereiche 5 verbessert werden. Da elektrisch gut leitende Materialien typischerweise auch thermisch sehr gut leiten, wird hierdurch ferner die Wärmeabfuhr aus dem Bereich der MEA in den Bereich der Bipolarplatte 1 und damit in das Kühlmedium ideal unterstützt. Als geeignete Materialien für die Beschichtung 7 können beispielsweise Edelmetalle, wie z.B. Gold, Platin, Silber, etc., vorgesehen werden. Ideal ist dabei das vergleichsweise teuere Gold, da es eine sehr gute thermische und elektrische Leitfähigkeit mit einer sehr hohen Beständigkeit gegenüber Korrosion aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass die örtlich begrenzte Beschichtung 7 der Bereiche 5 mit dem Gold ausreicht, kann der Anteil an teurem Gold in der gesamten Bipolarplatte 1 dennoch sehr gering gehalten werden. Die korrosionsschützende Beschichtung 6 kann dabei als elektrisch nicht leitende Beschichtung 6 aus einem polymeren Material etc. sehr viel einfacher und vor allem kostengünstiger ausgebildet werden.The coating 6 in the field of gas channels 4 is there as a corrosion-protective coating 6 Made of corrosion resistant material. Thus, the metallic material of the bipolar plate 1 , eg a steel, in the area of media guide channels 4 cost-effectively and safely protected against corrosion. Additionally located in the areas 5 in which the bipolar plate 1 with the electrode 3 in electrical contact, localized coatings 7 with an electrically highly conductive inert material. Thus, both the electrical conductivity and the corrosion resistance of the areas 5 be improved. Since electrically highly conductive materials also conduct thermal conduction very well, heat dissipation from the area of the MEA into the area of the bipolar plate is thereby further reduced 1 and thus ideally supported in the cooling medium. As suitable materials for the coating 7 For example, precious metals such as gold, platinum, silver, etc. may be provided. Ideal is the comparatively expensive gold, since it has a very good thermal and electrical conductivity with a very high resistance to corrosion. Due to the fact that the localized coating 7 the areas 5 With the gold being sufficient, the percentage of expensive gold in the entire bipolar plate can be 1 still be kept very low. The anti-corrosive coating 6 can be used as electrically non-conductive coating 6 made of a polymeric material, etc. are much easier and, above all, less expensive.

In idealer Weise schließen die beiden Beschichtungen 6, 7 so aneinander an, dass eine auf der der Elektrode 3 zugewandten Seite vollständig beschichtete Bipolarplatte 1 entsteht.Ideally, the two coatings close 6 . 7 so close to each other that one on top of the electrode 3 facing side completely coated bipolar plate 1 arises.

Somit kann kostengünstig eine gegen Korrosion vollständig geschützt Bipolarplatte 1 hergestellt werden. Außerdem kann bei der Herstellung somit auch auf die mechanisch schwierig zu verarbeitenden und in ihren Festigkeitseigenschaften eingeschränkten Edelstähle verzichtet werden.Thus, a completely protected against corrosion bipolar plate can cost 1 getting produced. In addition, it is thus possible to dispense with the stainless steels which are difficult to process mechanically and whose strength properties are limited during production.

In besonders günstiger Weise ist die Beschichtung 6 ferner kratzfest ausgebildet, um bei der Montage etc. eine ausreichende mechanische Stabilität zu bieten, so dass Beschädigungen und die teilweise sehr kleinen Kanäle 4 verstopfender Abrieb vermieden werden kann.In a particularly favorable manner, the coating 6 Furthermore, scratch-resistant designed to provide sufficient mechanical stability during assembly, etc., so that damage and the sometimes very small channels 4 Clogging abrasion can be avoided.

Zusätzlich zu ihren korrosionsfesten Eigenschaften weist die hier dargestellte Beschichtung 6 auch noch thermisch isolierende Eigenschaften auf. Die thermisch isolierenden Eigenschaften der korrosionsfesten Beschichtung 6 haben den Vorteil, dass die Kühlung sich auf die Bereiche 5 konzentriert in denen die thermisch isolierende Beschichtung 6 nicht vorhanden ist und in denen die Bipolarplatte 1 über die Beschichtung 7 sehr guten Kontakt zu der Elektrode 3 hat. Die Kühlung der MEA wird somit verbessert, während gleichzeitig die Gase sowie das darin befindliche Wasser weniger stark gekühlt werden. Insbesondere wird so die Auskondensation von flüssigem Wasser in den Gaskanälen vermieden. Das Wasser gelangt als Dampf mit den Abgasen aus dem Stack. Hierdurch kann auf den Eintrag einer erheblichen Energiemenge in Form der Kondensationswärme (spezifische Kondensationswärme von Wasserdampf: 2260kJ/kg) in das Kühlmedium verzichtet werden.In addition to its corrosion-resistant properties, the coating shown here has 6 also thermally insulating properties. The thermally insulating properties of the corrosion-resistant coating 6 have the advantage of cooling on the areas 5 concentrated in which the thermally insulating coating 6 does not exist and in which the bipolar plate 1 over the coating 7 very good contact with the electrode 3 Has. The cooling of the MEA is thus improved, while at the same time the gases and the water therein are less cooled. In particular, the condensation of liquid water in the gas channels is thus avoided. The water passes as steam with the exhaust gases from the stack. This can be dispensed with the entry of a significant amount of energy in the form of heat of condensation (specific heat of condensation of water vapor: 2260kJ / kg) in the cooling medium.

Neben dem oben erwähnten Vorteil der Verringerung der erforderlichen Kühlleistung in dem Stack, kann durch das gasförmig verbleibende Produktwasser eine Flutung der Medienführungskanäle 4 vermieden werden, da das Wasser ganz oder zumindest überwiegend gasförmig aus dem Stack abtransportiert wird. Dies kann sich auch in einer deutlichen Vereinfachung der komplexen Strukturen der Medienführungskanäle 4, den so genannten „Flow Fields" auswirken, da diesen nicht mehr für den Abtransport von flüssigem Wasser ausgelegt werden müssen. Das gasförmig verbleibende Wasser kann sehr viel schneller abgeführt werden. Es kann außerdem einfacher für eine Gas/Gas-Befeuchtung, wie sie beispielsweise durch die DE 102 32 757 A1 oder durch die DE 103 09 794 A1 – für den Fall eines reformierten Brennstoffs – beschrieben ist, verwendet werden. Auch die Abgabe an die Umgebungsluft ist in gasförmigem Zustand leichter, da diese das dampfförmige Wasser besser resorbieren kann. Durch das dampfförmige Wasser und die thermische Isolation der Medienführungskanäle 4, wird des weiteren eine ungewollte Kondensation in den Randbereichen des Stacks vermieden, so dass die Gase trotz hoher Temperatur durchweg gut befeuchtet sind.In addition to the above-mentioned advantage of reducing the required cooling capacity in the stack, flooding of the media guide channels can be effected by the gaseous product water remaining 4 be avoided because the water is completely or at least predominantly transported in gaseous form from the stack. This can also translate into a significant simplification of the complex structures of the media routing channels 4 Because of the fact that they no longer have to be designed for the removal of liquid water, the gaseous residual water can be dissipated much faster and it can also be easier for gas / gas humidification, as for example through the DE 102 32 757 A1 or by the DE 103 09 794 A1 - in the case of a reformed fuel - is described used. The delivery to the ambient air is easier in the gaseous state, as it can absorb the vaporous water better. Due to the vaporous water and the thermal insulation of the media guide channels 4 , Furthermore, an unwanted condensation in the edge regions of the stack is avoided, so that the gases are well moistened despite high temperature throughout.

Letztendlich wird durch die thermisch isolierenden Eigenschaften der korrosionsfesten Beschichtung 6 auch das Kaltstartverhalten des Stacks günstig beeinflusst, da sich auch beim Start aus tiefen Temperaturen in den thermisch gegenüber dem noch sehr kalten Metall der Bipolarplatte 1 isolierten Medienführungskanälen 4 kein oder nur sehr wenig Produktwasser niederschlagen wird. Die Gefahr des Vereisens der Niederschläge und die Gefahr der Verstopfung der Medienführungskanäle 4 durch Eis und Flüssigwasser wird damit verringert.Ultimately, the thermally insulating properties of the corrosion-resistant coating 6 also the cold start behavior of the stack favorably influenced, since even at the start of low temperatures in the thermally opposite the still very cold metal of the bipolar plate 1 isolated media guide channels 4 No or very little product water will precipitate. The risk of icing rainfall and the danger of blockage of media channels 4 by ice and liquid water is thus reduced.

Die Beschichtung 6 kann dabei Kunststoffe und/oder keramische Materialien sowie Mischungen davon aufweisen. Sie kann bei ihrer Herstellung, z.B. durch Sprühauftrag eines sich lackartig vernetzenden Gemischs, über die gesamte Fläche der Bipolarplatte 1 aufgetragen werden. Danach können dann die über die Kanäle 4 hervorstehenden Bereiche 5, z. B. durch Schleifen, wieder von der Beschichtung 6 befreit werden. Da in diesen Bereich dann die elektrisch leitende Bipolarplatte 1 selbst wieder zutage tritt, kann die Beschichtung 7, z.B. mit einem Edelmetall, dann, durch die auch chemisch sehr beständige Beschichtung 6 örtlich begrenzt, galvanisch erfolgen.The coating 6 may include plastics and / or ceramic materials and mixtures thereof. In its manufacture, for example by spray application of a mixture which crosslinks like a varnish, it can be applied over the entire surface of the bipolar plate 1 be applied. After that, then over the channels 4 protruding areas 5 , z. B. by grinding, again from the coating 6 be freed. Because in this area then the electrically conductive bipolar plate 1 itself reappears, the coating can 7 , for example with a precious metal, then, by the also chemically very resistant coating 6 locally limited, galvanic.

Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführung der Beschichtung 6 beschrieben, ohne die Erfindung darauf einzuschränken.The following is an exemplary embodiment of the coating 6 described without limiting the invention thereto.

Als Beschichtung 6 sollen dabei anorganische/organische Hybridpolymere verwendet werden, welche neben einer guten Korrosionsfestigkeit gegenüber den in den Medienführungskanälen 4 vorliegenden Stoffen/Bedingungen auch noch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung von 0,2 bis 1,2 W/(mK) aufweisen. Die z.B. aus einem stahlbasierten Material hergestellte Bipolarplatte 1 wird dagegen eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 50 W/(mK) aufweisen. Die Beschichtung 6 weist gegenüber der Bipolarplatte 1 also neben ihrer Korrosionsbeständigkeit auch stark thermisch isolierende Eigenschaften auf. Ferner erlauben derartige Hybridpolymere mit organischen und anorganischen Anteilen eine hohe mechanische Stabilität (Kratzfestigkeit) sowie eine sehr gute chemische Beständigkeit (Korrosionsfestigkeit). Dies ist bereits bei dünnen Schichtdicken zu erreichen, welche aus derartigen Materialien hergestellt werden können.As a coating 6 In this case, inorganic / organic hybrid polymers should be used, which in addition to a good corrosion resistance against those in the media guide channels 4 present materials / conditions also have a very low thermal conductivity in the order of 0.2 to 1.2 W / (mK). The example of a steel-based material produced bipolar plate 1 on the other hand will have a thermal conductivity of up to 50 W / (mK). The coating 6 points opposite to the bipolar plate 1 So in addition to their corrosion resistance also highly thermally insulating properties. Furthermore, such hybrid polymers with organic and inorganic fractions allow a high mechanical stability (scratch resistance) and a very good chemical resistance (corrosion resistance). This can be achieved even with thin layer thicknesses which can be produced from such materials.

Ausgehend von einer Suspension, welche in einem Sol-Gel-Prozess (Alkoxidverfahren) hergestellt wird, kann mittels z.B. Tauch- oder Sprühbeschichtung die Beschichtung 6 aufgebracht werden. Die aufgebrachte Beschichtung 6 wird anschließend bei 200 bis 350°C, bevorzugt bei 250 bis 300°C thermisch fixiert. Dabei bildet sich dann eine Schicht von 4 bis 8 μm Dickre aus, welche gleichmäßig und rissfrei die beschichtete Oberfläche der Bipolarplatte 1 bedeckt.Starting from a suspension which is produced in a sol-gel process (alkoxide process), by means of eg dip or spray coating, the coating 6 be applied. The applied coating 6 is then thermally fixed at 200 to 350 ° C, preferably at 250 to 300 ° C. In this case, then forms a layer of 4 to 8 microns Dickre, which evenly and without cracking the coated surface of the bipolar plate 1 covered.

Neben einer derartigen Beschichtung 6 sich selbstverständlich auch andere dem Fachmann geläufige Beschichtungen denkbar, z.B. aus Elektroisolationslacken, allgemeinen lackartigen Gemischen ggf. unter Zusatz von keramischen Materialien oder Partikel, dünnen Polymerschichten (z.B. aus PTFE), Nitride und/oder Carbonitride, wie sie z.B. aus der WO 01/78175 A1 bekannt sind oder Funktionsbeschichtungen, wie sie beispielsweise durch die EP 1 258 542 A2 beschrieben werden.In addition to such a coating 6 Of course, other familiar to the expert coatings conceivable, for example, from electrical insulation coatings, general lacquer-like mixtures optionally with the addition of ceramic materials or Particles, thin polymer layers (eg made of PTFE), nitrides and / or carbonitrides, as they are known for example from WO 01/78175 A1 or functional coatings, as for example by the EP 1 258 542 A2 to be discribed.

Claims (8)

Metallische Bipolarplatte zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel, mit wenigstens einem auf der einer der Membran-Elektroden-Anordnungen zugewandten Seite der Bipolarplatte ausgebildeten Medienführungskanal sowie Bereichen zur elektrischen Kontaktierung zwischen der Bipolarplatte und der Elektrode, wobei die Bereiche zur elektrischen Kontaktierung mit einem inerten elektrisch gut leitenden Material beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Medienführungskanäle (4) mit einer Beschichtung (6) versehen sind, welche korrosionsschützende Eigenschaften aufweist.Metallic bipolar plate for arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack, comprising at least one on the one of the membrane-electrode assemblies facing side of the bipolar plate formed media guide channel and areas for electrical contact between the bipolar plate and the electrode, wherein the areas electrical contacting are coated with an inert electrically highly conductive material, characterized in that the surfaces of the media guide channels ( 4 ) with a coating ( 6 ), which has anti-corrosive properties. Metallische Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte der Elektrode (3) zugewandte Oberfläche der Bipolarplatte (1) beschichtet ist, wobei Teilbereiche der Beschichtung mit der korrosionsschützenden Beschichtung (6) und Teilbereiche (5) der Beschichtung (7) mit dem inerten elektrisch gut leitenden Material ausgeführt sind.Metallic bipolar plate according to claim 1, characterized in that the entire of the electrode ( 3 ) facing surface of the bipolar plate ( 1 ), wherein portions of the coating with the anti-corrosive coating ( 6 ) and subareas ( 5 ) of the coating ( 7 ) are performed with the inert electrically highly conductive material. Metallische Bipolarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) mit dem inerten elektrisch gut leitenden Material, als Edelmetallbeschichtung, vorzugsweise aus Gold oder Platin, ausgebildet ist.Metallic bipolar plate according to claim 1 or 2, characterized in that the coating ( 7 ) is formed with the inert electrically highly conductive material, as a noble metal coating, preferably of gold or platinum. Metallische Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Beschichtung (6) ein keramisches Material aufweist.Metallic bipolar plate according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the anti-corrosive coating ( 6 ) comprises a ceramic material. Metallische Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Beschichtung (6) einen Kunststoff, insbesondere ein Polymer, aufweist.Metallic bipolar plate according to one of claims 1 to 4, characterized in that the anti-corrosive coating ( 6 ) comprises a plastic, in particular a polymer. Metallische Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Beschichtung (6) Nitride und/oder Carbonitride aufweist.Metallic bipolar plate according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the anti-corrosive coating ( 6 ) Nitrides and / or carbonitrides. Metallische Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Beschichtung (6) thermisch isolierende Eigenschaften aufweist.Metallic bipolar plate according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the anti-corrosive coating ( 6 ) has thermally insulating properties. Metallische Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Beschichtung (6) kratzfest ausgebildet ist.Metallic bipolar plate according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the anti-corrosive coating ( 6 ) is designed scratch-resistant.
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