DE102004059691A1 - Hydrophobe Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle - Google Patents

Hydrophobe Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Es wird eine Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle vorgeschlagen, wobei die Separatorplatte beispielsweise eine Kanalstruktur als Flow Field besitzt. Die Kanäle weisen an ihren Oberflächen eine nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material auf. Dadurch ist eine Antihaft-Beschichtung für Wassertropfen gegeben. Die Antihaft-Beschichtung ist kostengünstig, schnell und einfach realisierbar und bewirkt einen verringerten Strömungswiderstand von Fluiden in den Kanälen und, bei metallischen Bipolarplatten, eine geringere Korrosionsgefahr. Ferner wird eine Verwendung derartiger Separatorplatten in PEM-Brennstoffzellen und PEM-Brennstoffzellenstapeln vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
  • Eine PEM-Brennstoffzelle (Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle – kurz PEMFC) ist üblicherweise wie folgt aufgebaut. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz: MEA), die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymerelektrolytmembran (kurz: PEM) aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine Separatorplatte üblicherweise Lochungen aufweist sowie eine Struktur aus Vertiefungen, beispielsweise eine Kanalstruktur oder eine Noppenstruktur, die jeweils zwei Lochungen miteinander verbindet. MEA und Separatorplatten bilden eine Einzelzelle. Werden mehrere derartiger Einzelzellen so übereinander gestapelt, dass die Lochungen übereinander angeordnet sind, so bilden die Lochungen Kanäle. Über diese Kanäle werden den PEMFC Betriebsstoffe (Reaktionsstoffe und ggf. Kühlmittel) zugeführt bzw. von den PEMFC abgeführt. Diese Betriebsstoffe treten jeweils durch eine erste Lochung (kurz: Eingangsport) in eine PEMFC ein und durch eine zweite Lochung (kurz: Ausgangsport) aus der PEMFC aus. Dabei verbindet eine Struktur aus Vertiefungen einen Eingangsport fluidisch mit einem Ausgangsport, sodass in den Vertiefungen ein Fluid (Betriebsstoff) von einem Eingangsport zu einem Ausgangsport führbar ist. Die Struktur aus Vertiefungen ist in einer PEMFC der MEA zugewandt. Eine Separatorplatte kann dabei auch aus zwei Einzelplatten bestehen, die zu einer Separatorplatteneinheit zusammengefügt ist, wobei zwischen den Einzelplatten ebenfalls Strukturen aus Vertiefungen vorhanden sind, die so übereinander angeordnet sind, dass zwischen den Einzelplatten eine fluidische Verbindung zwischen einem Eingansport und einem Ausgangsport besteht.
  • Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden (kurz: GDE) ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (z.B. 2 H2 + O2 → 2 H2O) (kurz: Brennstoffzellenreaktion) erzeugten elektrischen Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte bzw. Produkte, zur Katalysatorschicht hindurch diffundieren zu lassen und gleichmäßig auf die angrenzende Katalysatorschicht zu verteilen bzw. von der Katalysatorschicht zur Struktur aus Vertiefungen hindurch diffundieren zu lassen und an den Reaktionsstoffstrom, insbesondere Oxidationsmittelstrom, abzugeben.
  • Eine PEMFC kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind jedoch meist, wie bereits oben angedeutet, zu Brennstoffzellenstapeln (kurz: Stacks) gestapelt und elektrisch in Reihe geschaltet, um eine entsprechend höhere Leistungsabgabe zu erreichen. Die Einzelzellen eines Stacks sind dabei durch die bereits oben genannten Separatorplatten räumlich getrennt, wobei die Separatorplatten als bipolar Separatorplatten (kurz: Bipolarplatten) ausgebildet sein können, die die Einzelzellen elektrisch miteinander verbinden und die deswegen so ausgebildet sein müssen, dass sie den e lektrischen Strom aus einer Einzelzelle möglichst ohne Verluste an die angrenzende Einzelzelle weiterleiten. Ein Stack weist üblicherweise weitere Bauteile auf, z.B. Stromabnehmerplatten mit elektrischen Kontakten, Endplatten mit Anschlüssen für die Zu- und Abführung von Betriebsstoffen (Brennstoff, Oxidationsmittel, Kühlmittel), Mittel zum Abdichten, Verspannungsmittel und dergleichen.
  • Als Reaktionsstoffe werden bei einer PEMFC ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe eingesetzt, z.B. H2 oder ein H2-haltiges Gas (z.B. Reformatgas) als Brennstoff und O2 oder ein O2-haltiges Gas (z.B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion teilnehmenden Stoffe verstanden, also auch Reaktionsprodukte wie z.B. Wasser (H2O).
  • Das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Wasser diffundiert üblicherweise von der Kathode weg, z.B. in Richtung der Struktur aus Vertiefungen, wo es dann durch den dortigen Oxidationsmittelstrom abtransportiert und aus der PEMFC-Einzelzelle entfernt wird. Dabei ist es für die Leistung einer PEMFC-Einzelzelle von entscheidender Bedeutung, dass dieser Abtransport des Reaktionsprodukts Wasser möglichst ohne Probleme erfolgt. Ist dies nicht gegeben, so kann unter ungünstigen Umständen Wasser in der Struktur aus Vertiefungen kondensieren, Tropfen oder sogar Wasserfilme bilden und den Reaktionsstoffstrom behindern oder, unter besonders ungünstigen Umständen, die fluidische Verbindung zwischen Eingangsport und Ausgangsport sogar unterbrechen. Leistungseinbrüche bis hin zum Totalausfall von Einzelzellen können die Folge davon sein. Um das zu verhindern werden die Reaktionsstoffströme (zumindest der Oxidationsmittelstrom) oft unter entsprechend hohen Druck gesetzt, der ausreichend ist, um sich evtl. bildende Wassertropfen oder -filme aus den Einzelzellen auszublasen. Der Nachteil davon ist jedoch, das dafür eine entsprechend hohe Menge an Energie eingesetzt werden muss (z.B. parasitäre Verluste durch einen Kompressor), die den Wirkungsgrad der PEMFC bzw, des PEM-Stacks entsprechend verschlechtert. Es ist daher wünschenswert, eine PEMFC bzw. einen PEM-Stack zur Verfügung zu haben, bei dem bei geringem Energieaufwand ein wirkungsvoller Austrag von Wasser erfolgt, ohne dass die PEM der PEMFC ausgetrocknet wird.
  • Dieses Problem ist im Stand der Technik bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 59 008 A1 geht beispielsweise eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle hervor, die aus einem C-haltigen Kunststoff besteht und die zumindest abschnittsweise hydrophob ausgebildet ist oder mit einer hydrophoben Schicht versehen ist, um eine Versperren der Kanäle der Bipolarplatten durch Flüssigkeitstropfen zu vermeiden. So können die Bipolarplatten in den Kanälen eine geschlossene Beschichtung mit einem hydrophoben Material, beispielsweise einem Pulver, das durch organische Si-Verbindungen hydrophobiert ist, aufweisen. Die hydrophobe Ausbildung bzw. Beschichtung dieser Bipolarplatte bewirkt einen Lotus-Effekt, der ein Anhaften von Wasser an der Oberfläche der Bipolarplatte verhindert, sodass Wasser gut abperlen und aus der Brennstoffzelle ausgetragen werden kann. Diese technische Lösung ist, wegen der Haftung zwischen den eingesetzten Materialien, auf Separatorplatten aus Kunststoff beschränkt und relativ aufwendig.
  • Aus dem amerikanischen Patent US 6,426,161 B1 geht beispielsweise eine metallische Bipolarplatte hervor, mit einer geschlossenen hydrophoben Beschichtung der Oberflächen der Kanäle mit einem Metall-PTFE-Verbundmaterial, um das Anhaften von Wassertropfen zu vermeiden. Die metallische Bipolarplatte weist einen Kern aus Mg oder Al auf, der mit einer Pd/Ni-Beschichtung überzogen ist. Das Metall des Metall-PTFE-Verbundmaterial kann Ru, Pd oder Au sein. Die vorgeschlagene Beschichtung ist relativ teuer und aufwendig zu realisieren.
  • Aus dem europäischen Patent EP 415 733 B1 geht eine metallische Bipolarplatte mit einem Flow Field hervor, die eine geschlossene hydrophobe Beschichtung der Kanäle des Flow Fields aufweist, um deren Verstopfen mit Wasser zu verhindern. Die metallische Bipolarplatte kann dabei aus einem metallischen Kernmaterial bestehen (z.B. Al), das mit einem korrosionsbeständigen Metall beschichtet ist (z.B. Au, Pt), auf das in den Kanälen ein hydrophober Kunststoff aufgebracht ist (z.B. PTFE, PVDF, Silicon). Die vorgeschlagene Beschichtung ist relativ teuer und aufwendig zu realisieren.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Separatorplatte mit einer antihaft-Beschichtung für Wassertropfen zur Verfügung zu stellen, wobei die antihaft-Beschichtung kostengünstig, schnell und einfach realisierbar sein soll.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine Verwendung für eine derartige Separatorplatte vorzuschlagen.
  • Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, dass eine antihaft-Beschichtung nicht geschlossen ausgebildet sein muss, um eine ausreichende antihaft-Wirkung für Wassertropfen zu entfalten.
  • Dementsprechend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle, wobei die Separatorplatte eine Struktur aus Vertiefungen für die fluidische Führung eines Reaktionsstoffs von einem Eingangsport zu einem Ausgangsport aufweist. Erfindungsgemäß weisen die Vertiefungen an ihren Oberflächen eine nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material auf.
  • Die Beschichtung aus einem hydrophoben Material ist dabei beispielsweise so ausgebildet, das in einer ansonsten geschlossenen Schicht mehrere Löcher vorhanden sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Separatorplatte kann infolge der nicht geschlossenen Beschichtung Beschichtungsmaterial eingespart werden. Daher weist die erfindungsgemäße Separatorplatte eine kostengünstige antihaft-Beschichtung für Wassertropfen auf, die beispielsweise durch ein Aufsprühverfahren schnell und einfach realisierbar ist.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die elektrische Leitfähigkeit durch die erfindungsgemäße Separatorplatte hindurch durch die nicht geschlossene Beschichtung kaum oder gar nicht eingeschränkt wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Separatorplatte ist die Beschichtung aus einem hydrophoben Material nicht zusammenhängend ausgebildet. Dabei wechseln sich an der Oberfläche Bereiche mit hydrophobem Material mit Bereichen ohne hydrophobem Material ab, ohne dass diese Bereiche aneinandergrenzen. Dadurch kann noch mehr Beschichtungsmaterial eingespart werden, sodass die Separatorplatte noch kostengünstiger ist.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Separatorplatte ist die Beschichtung aus einem hydrophoben Material punktförmig ausgebildet ist. Dadurch kann noch einmal mehr Beschichtungsmaterial eingespart werden, sodass die Separatorplatte noch einmal kostengünstiger ist.
  • Selbstverständlich ist mit dem Begriff „punktförmig" kein mathematischer Punkt gemeint, der eindimensional ist und dadurch keine Ausdehnung hat, sondern ein technischer, z.B. inselförmiger Punkt, der dreidimensional ist und von null verschiedene Ausdehnungen hat.
  • Gute Ergebnisse lassen sich dabei erzielen, wenn die Belegung der Oberfläche der Vertiefungen mit hydrophobem Material z.B. 0,004 bis 0,04 mg/cm2 beträgt, vorzugsweise 0,005 bis 0,025 mg/cm2 und insbesondere 0,006 bis 0,01 mg/cm2.
  • Bei den Vertiefungen der erfindungsgemäßen Separatorplatte handelt es sich vorzugsweise um einen oder mehrere Kanäle, der oder die den Eingangsport mit dem Ausgangsport fluidisch verbindet oder verbinden. Bei Kanälen wirkt es sich nämlich besonders schädlich aus, wenn sich darin fest haftende Wassertropfen oder -filme bilden, sodass eine antihaft-Beschichtung für Wassertropfen oder -filme in diesem Fall von besonderem Vorteil ist.
  • Als geeignetes hydrophobes Material kommt bevorzugt ein hydrophober Kunststoff in Frage, vorzugsweise ein hydrophobes Polymer. Derartige Materialien sind leicht zu beschaffen und können in besonders einfacher Weise verarbeitet werden.
  • Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn es sich bei dem hydrophoben Polymer um ein Fluorpolymer oder Fluorcopolymer handelt oder um eine Kombination daraus, vorzugsweise um eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe PTFE, PVDF, PVF, PCTFE, ECTFE, ETFE, FEP, TFEP, FA, PFA, PTFEAF, TFEHFPVDF und insbesondere um PTFE. Diese Materialien weisen eine besonders hohe Hydrophobie auf, sodass für die nicht geschlossene Beschichtung besonders wenig Material eingesetzt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Separatorplatte kann z.B. eine metallische Separatorplatte, vorzugsweise metallische Bipolarplatte, sein, die einen metallischen Kern aus z.B. einem Edelstahl aufweist, der vorzugsweise mit einer Oxidationsschutzschicht (z.B. aus Au oder einer Übergangsmetall-Oxid, -Carbid, -Nitrid oder dergleichen) überzogen ist. Die nicht geschlossene Beschichtung mit einem hydrophoben Material ist in diesem Fall auf der Oxidationsschutzschicht aufgebracht und bildet damit eine oberflächliche Beschichtung.
  • Bei derartigen metallischen Separatorplatten besteht der Nachteil, dass sie der Gefahr der Korrosion ausgesetzt sind, selbst wenn sie mit einer Oxidationsschutzschicht überzogen sind, weil derartige Oxidationsschutzschichten z.B. Defekte aufweisen und dadurch undicht sein können. Korrosion kann jedoch nur dann stattfinden, wenn ein Elektrolyt zugegen ist, in dem die elektrochemischen Vorgänge der Korrosion ablaufen können. Wassertropfen oder -filme bilden einen derartigen Elektrolyten. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn eine nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material in den Vertiefungen einer metallischen Separatorplatte vorhanden ist, da dadurch auf der Separatorplatte (in den Vertiefungen) anhaftende, einen Elektrolyten für Korrosionsvorgänge bildende Wassertropfen oder -filme in ihrer Zahl vermindert oder sogar ganz verhindert werden können. Korrosionsvorgängen wird dadurch das Medium entzogen, in dem sie ablaufen können. Korrosion wird dadurch verringert oder sogar ganz verhindert.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Separatorplatte wie sie vorstehend beschrieben ist in einer PEMFC oder einem PEM-Stack.
  • Dadurch haften sich bildende Wassertropfen oder -filme nur schlecht an der Oberfläche der Vertiefungen und setzen den Reaktionsstoffströmen nur einen geringen Widerstand entgegen. Dadurch verringert sich der Druckverlust innerhalb einer PEMFC bzw. innerhalb der Einzelzellen eines PEM-Stacks, sodass sich der Partialdruck der reaktiven Komponenten in den Reaktionsstoffen und damit die Leistung der PEMFC bzw. des PEM-Stacks erhöht. Durch den verringerten Strömungswiderstand ist es auch möglich, die Kompressorleistung zu verringern, die für die Erzeugung des für die Reaktionsstoffströme erforderlichen Drucks erforderlich ist, sodass sich der Wirkungsgrad der PEMFC bzw. des PEM-Stacks verbessert.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen PEMFC bzw. des erfindungsgemäßen PEM-Stacks ist, dass durch die verbesserte Austragbarkeit von Wassertropfen oder -filmen sich die Gleichverteilung der Reaktionsstoffe innerhalb eines PEM-Stacks und damit die Leistung des PEM-Stacks verbessert. Ferner wird durch die leichte Austragbarkeit auch das Abschalt-Prozedere einer PEMFC bzw. eines PEM-Stacks vereinfacht, da weniger Sorgfalt auf die abschließende Entwässerung der PEMFC bzw. des PEM-Stacks verwendet werden muss.
  • Dabei ist es bevorzugt, wenn die nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material nur auf der einer Kathode zugewandten Seite der Separatorplatte vorhanden ist, da Probleme mit sich bildenden Wassertropfen oder -filmen vorwiegend an der Kathode auftreten und weniger an der Anode, sodass die Anodenseite der Separatorplatte normalerweise trocken ist. Daher kann auf eine Beschichtung aus einem hydrophoben Material in den Vertiefungen auf der einer Anode zugewandten Seite der Separatorplatte im Wesentlichen verzichtet werden.
    •
  • Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen vergrößerten Ausschnitt der Oberfläche eines Kanals einer Separatorplatte a) ohne nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material; b) erfindungsgemäß mit nicht geschlossener Beschichtung aus einem hydrophoben Material;
  • 2 eine Tabelle, die das Benetzungsverhalten erfindungsgemäßer Separatorplatten im Vergleich zu einem nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel verdeutlicht;
  • 3 eine Darstellung, die die Benetzungswinkel bei a) einer herkömmlichen Separatorplatte und b) und c) einer erfindungsgemäßen Separatorplatte verdeutlicht.
  • Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wurde als Separatorplatte eine metallische Bipolarplatte eingesetzt, die einen metallischen Kern aus einem Edelstahl und eine darauf aufgebrachte Oxidationsschutzbeschichtung aus Au aufwies. Die Struktur aus Vertiefungen für die fluidische Führung eines Reaktionsstoffs von einem Eingangsport zu einem Ausgangsport war ein Flow Field aus Kanälen (Kanalstruktur).
  • 1a zeigt einen Ausschnitt aus einer elektronenmikroskopischen Aufnahme der unbeschichteten Oberfläche eines Kanals einer metallischen Bipolarplatte für eine PEMFC.
  • Auf diese Oberfläche wurde eine nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material wie folgt aufgebracht: Auf der Bipolarplatte wurde eine Schablone befestigt, die deren Kanalstruktur (bzw. das Flow Field) nachzeichnet, sodass lediglich die Kanäle der Bipolarplatte unbedeckt waren. Dann wurde eine wässrige PTFE-Dispersion (DuPont, Teflon Solution 30 B, 60 Gew.-% PTFE), die mit Methanol verdünnt worden war, aufgesprüht. Danach wurde bei 400°C für etwa 20 Minuten getempert. Eine antihaft-Beschichtung für Wassertropfen und -filme lässt sich auf diese Art sehr schnell und einfach realisieren.
  • 1b zeigt das Ergebnis dieser Behandlung: Die Oberfläche eines Kanals einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte mit nicht geschlossener Beschichtung. Man sieht, dass die nicht geschlossene Beschichtung punktförmig ausgebildet ist, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich zwei Beschichtungspunkte (1, 1') stellvertretend für alle Beschichtungspunkte mit Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
  • Auf die oben beschriebene Art wurden weitere, erfindungsgemäße metallische Bipolarplatten hergestellt, wobei durch Verdünnung der wässrigen PTFE-Dispersion mit Methanol unterschiedliche Belegungsdichten mit PTFE erreicht wurden. In 2 ist die Benetzbarkeit derartiger Bipolarplatten in Abhängigkeit von der Belegungsdichte mit PTFE im Vergleich zu einer nicht erfindungsgemäßen Bipolarplatte (ohne nicht geschlossene Beschichtung mit einem hydrophoben Material) dargestellt. Die freie Enthalpie bei der Adsorption von Wasser auf einer derartigen Oberfläche wird dabei als Maß für die Benetzbarkeit mit Wasser herangezogen. Man sieht, dass die nicht erfindungsgemäße Bipolarplatte (Belegungsdichte = 0,0000 mg/cm2) sehr gut benetzbar ist. Auf einer derartigen Oberfläche haften Wassertropfen oder -filme sehr gut und bilden einen Strömungswiderstand sowie ein sehr gutes Medium für Korrosionsvorgänge. Schon eine erste Belegungsdichte von nur 0,0050 mg/cm2 führt zu einer schlechten Benetzbarkeit, die die Gefahr anhaftender Wassertropfen und -filme stark senkt. Eine geschlossene Beschichtung aus hydrophobem Material ist offensichtlich nicht erforderlich, um eine wirkungsvolle antihaft-Beschichtung für Wassertropfen und -filme zu erzeugen. Durch den geringen Material-Einsatz lässt sich die antihaft-Beschichtung sehr kostengünstig realisieren. 2 zeigt ferner, dass die Benetzbarkeit mit weiter zunehmender Belegungsdichte (zweite Belegungsdichte = 0,0060 mg/cm2) zwar noch einmal ansteigt, dies jedoch nicht so stark wie bei der ersten Belegungsdichte (0,0050 mg/cm2). Bei weiterer Erhöhung der Belegungsdichte (dritte Belegungsdichte = 0,0080 mg/cm2; vierte Belegungsdichte = 0,0107 mg/cm2) verringert sich die Benetzbarkeit kaum merklich. Erst bei mehr als Verdopplung der Belegungsdichte (fünfte Belegungsdichte = 0,0245 mg/cm2), ist eine weitere Verringerung der Benetzbarkeit erkennbar. Dies zeigt, dass nur geringe Belegungsdichten erforderlich sind, um eine ausreichende Verringerung der Benetzbarkeit und damit des Strömungswiderstands und der Korrosionsgefahr zu bewirken.
  • Dies lässt sich auch anhand der Benetzungswinkel α gut erkennen. 3a zeigt den Benetzungswinkel einer metallischen Bipolarplatten ohne antihaft-Beschichtung (α = 33°). Im Vergleich dazu zeigen 3b und 3c die Benetzungswinkel (3b: α = 124°; 3c: α = 141°) bei zwei metallischen Bipolarplatten mit erfindungsgemäßer antihaft-Beschichtung (3b: 0,0050 mg/cm2; 3c: 0,0245 mg/cm2). Man erkennt, dass der Tropfen in 3a nahezu einen Film bildet, der nur schlecht von der Oberfläche abgeblasen werden kann. Der Tropfen in 3b weist dagegen nur eine geringe Kontaktfläche mit der Oberfläche auf und kann dadurch gut abgeblasen werden. Die Kontaktfläche und die Abblasbarkeit ändert sich dabei durch Verfünffachung der Belegungsdichte in 3c im Vergleich zu 3b nicht wesentlich. Dies zeigt, dass kostengünstigerweise eine verhältnismäßig geringe Belegungsdichte ausreicht, um ein schlechtes Anhaften von Wassertropfen und -filmen zu bewirken und damit den Strömungswiderstand und die Korrosionsgefahr zu verringern.

Claims (10)

  1. Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle, wobei die Separatorplatte eine Struktur aus Vertiefungen für die fluidische Führung eines Reaktionsstoffs von einem Eingangsport zu einem Ausgangsport aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen an ihren Oberflächen eine nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material aufweisen.
  2. Separatorplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nicht zusammenhängend ausgebildet ist.
  3. Separatorplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung punktförmig ausgebildet ist.
  4. Separatorplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung der Oberfläche der Vertiefungen mit hydrophobem Material 0,004 bis 0,04 mg/cm2 beträgt, bevorzugt 0,005 bis 0,025 mg/cm2, besonders bevorzugt 0,006 bis 0,01 mg/cm2.
  5. Separatorplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Vertiefungen um einen oder mehrere Kanäle handelt, der oder die den Eingangsport mit dem Ausgangsport fluidisch verbindet oder verbinden.
  6. Separatorplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem hydrophoben Material um einen hydrophoben Kunststoff handelt, bevorzugt um ein hydrophobes Polymer.
  7. Separatorplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem hydrophoben Polymer um ein Fluorpolymer oder Fluorcopolymer handelt oder um eine Kombination daraus, bevorzugt um eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe PTFE, PVDF, PVF, PCTFE, ECTFE, ETFE, FEP, TFEP, FA, PFA, PTFEAF, TFEHFPVDF, wobei PTFE besonders bevorzugt ist.
  8. Separatorplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatte einen metallischen Kern aufweist, der bevorzugt mit einer Oxidationsschutzschicht überzogen ist.
  9. Verwendung einer Separatorplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer PEMFC oder einem PEM-Stack.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht geschlossene Beschichtung aus einem hydrophoben Material auf der einer Kathode zugewandten Seite der Separatorplatte vorhanden ist.
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WO2003026036A2 (de) * 2001-09-18 2003-03-27 Manhattan Scientifics, Inc. Beschichtetes plattenförmiges metallobjekt als komponente eines brennstoffzellenstapels
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