DE102008028358A1 - Separator plate i.e. bipolar plate, for fuel cell, has metallic core comprising plastic coating with electrically conductive plastic material and guiding structures i.e. pipes, for guiding coolant - Google Patents

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Abstract

The separator plate (10) has a metallic core (12) comprising a plastic coating (16) with an electrically conductive plastic material. The plastic material is a mixture of thermoplastics, thermosetting polymers and carbon. The metallic core comprises guiding structures i.e. pipes (14.1, 14.2), for guiding coolant. The pipes comprise inlet openings (34.1, 34.2) and outlet openings (36.1, 36.2), where the inlet openings and the outlet openings discharge into a circular edge (22) of the separator plate. Independent claims are also included for the following: (1) a galvanic cell comprising electrolytes (2) a method for manufacturing a separator plate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für eine galvanische Zelle, wobei die Separatorplatte einen Metallkern aufweist. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte für ein galvanisches Element.The The invention relates to a separator plate for a galvanic Cell, wherein the separator plate comprises a metal core. According to one second aspect, the invention relates to a method of manufacturing a separator plate for a galvanic element.

Separatorplatten sind beispielsweise Unipolarplatten oder Bipolarplatten und trennen in galvanischen Zellen ein mit Elektrolyt gefülltes Behältnis von einer Umgebung der galvanischen Zelle ab.separator are, for example, unipolar plates or bipolar plates and separate in galvanic cells a container filled with electrolyte from an environment of the galvanic cell.

Aus der CA 2 538 961 ist eine Bipolarplatte bekannt, in deren Innerem ein gerilltes Blech angeordnet ist, so dass parallel Kanäle entstehen. Durch die Kanäle kann ein Kühlmedium geschickt werden, um die Separatorplatte zu kühlen.From the CA 2 538 961 a bipolar plate is known in the interior of a grooved plate is arranged so that parallel channels are formed. Through the channels, a cooling medium can be sent to cool the separator plate.

Aus der DE 10 2005 046 795 A1 ist eine kühlbare Bipolarplatte bekannt, bei der mehrere gewellte Bleche gegeneinander verdreht von einer Trennplatte getrennt angeordnet sind, wobei die gewellten Bleche Kühlkanäle bilden, die so ausgebildet sind, dass die durchströmenden Volumenströme ein vorgegebenes Verhältnis zueinander besitzen.From the DE 10 2005 046 795 A1 is a coolable bipolar plate is known in which a plurality of corrugated sheets are mutually rotated from each other separated by a partition plate, wherein the corrugated sheets form cooling channels, which are designed so that the flow rates have a predetermined ratio to each other.

Nachteilig an den bekannten Bipolarplatten ist, dass sie aufwändig in der Fertigung sind. Sie bauen zudem relativ dick, so dass kompakte Brennstoffzellen nur schlecht hergestellt werden können.adversely The known bipolar plates are expensive are in production. They also build relatively thick, so that compact Fuel cells can only be produced badly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung von Separatorplatten zu erleichtern.Of the Invention is based on the object, the production of Separatorplatten to facilitate.

Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Separatorplatte, bei der der Metallkern mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial ummantelt ist. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte mit den Schritten eines Einlegens eines Metallkerns in ein Werkzeug und eines Ummantelns des Metallkerns mit elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial, so dass eine Separatorplatte entsteht.The Invention solves the problem by a generic Separator plate, in which the metal core with an electrically conductive Plastic material is sheathed. According to one second aspect, the invention solves the problem by Method for producing a separator plate with the steps inserting a metal core into a tool and sheathing the metal core with electrically conductive plastic material, so that a separator plate is formed.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass dünn bauende Separatorplatten erhalten werden. Diese ermöglichen den Aufbau dünner galvanischer Zellen, insbesondere dünner Brennstoffzellen.Advantageous to the invention is that thin-build separator plates to be obtained. These allow the construction of thinner galvanic cells, in particular thin fuel cells.

Es ist ein weiterer Vorteil, dass Separatorplatten mittels der Erfindung einfach zu fertigen sind. Beispielsweise kann das Ummanteln durch Umspritzen oder Heißprägen erfolgen. Es handelt sich dabei um kostengünstig durchführbare Massenverfahren.It Another advantage is that separator plates by means of the invention easy to manufacture. For example, the sheathing by Overmolding or hot stamping. It deals this involves cost-effective mass procedures.

Ein weiterer Vorteil ist es, dass Separatorplatten gemäß der Erfindung besonders stabil sind. Dadurch, dass der Metallkern mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial ummantelt ist, gehen beide eine innige Verbindung ein, die auch durch Vibrationen, Scher- und/oder Torsionskräfte sowie Flächenkräfte kaum getrennt werden kann. Das ist besonders dann von Vorteil, wenn die Separatorplatten in einer Brennstoffzelle verwendet werden. In diesem Fall ist die Brennstoffzelle unbrauchbar, wenn nur eine der Bipolarplatten versagt. Dadurch, dass die Separatorplatten gemäß der Erfindung besonders robust sind, ist die Ausfallwahrscheinlichkeit für eine derartige Brennstoffzelle deutlich geringer als bei herkömmlichen Brennstoffzellen.One Another advantage is that Separatorplatten according to the Invention are particularly stable. Due to the fact that the metal core with the electrically conductive plastic material sheathed both are intimately connected by vibrations, Shearing and / or torsional forces as well as surface forces can hardly be separated. This is especially beneficial if the separator plates are used in a fuel cell. In this case, the fuel cell is useless if only one the bipolar plates fail. Characterized in that the separator plates according to the Invention are particularly robust, the probability of failure for such a fuel cell significantly lower than in conventional fuel cells.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Metallkern jegliche metallische Komponente in einem Inneren der Separatorplatte verstanden. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Metallkern vollständig aus Metall besteht. Beispielsweise kann der Metallkern einen luftgefüllten Hohlraum aufweisen oder mit sonstigem Material gefüllt sein.in the The scope of the present description is under a metal core understood any metallic component in an interior of the separator. It is possible, but not necessary, that the metal core completely made of metal. For example, the Metal core have an air-filled cavity or be filled with other material.

Unter dem Merkmal, dass der Metallkern mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial ummantelt ist, wird insbesondere verstanden, dass der Metallkern, wenn die Separatorplatte in einem galvanischen Element angeordnet ist, vollständig durch das Kunststoffmaterial von einem Elektrolyten getrennt ist. Insbesondere ist der Metallkern dann mit dem Kunststoffmaterial ummantelt, wenn der Metallkern im Wesentlichen vollständig mit Kunststoffmaterial abgedeckt ist. Es ist aber möglich, dass der Metallkern aus dem Kunststoffmantel heraus verläuft. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Metallkern als Kühlrohr für eine Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.Under the feature that the metal core with an electrically conductive Plastic material is covered, is understood in particular, that the metal core, if the separator plate in a galvanic Element is arranged completely through the plastic material is separated from an electrolyte. In particular, the metal core then sheathed with the plastic material when the metal core in Essentially completely covered with plastic material is. But it is possible that the metal core from the plastic sheath runs out. This is especially the case when the metal core as a cooling tube for a cooling liquid is trained.

Separatorplatten sollen besonders gut elektrisch leitfähig sein, damit den großen in einer Brennstoffzelle fließenden Strömen ein möglichst geringer ohmscher Widerstand entgegensetzt wird. Von daher ist die Verwendung von elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial, dessen Leitfähigkeit in der Regel deutlich kleiner ist als die von Metall, auf den ersten Blick nicht zielführend. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der durch das Umspritzen mit elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial in Kauf zu nehmende erhöhte ohmsche Widerstand durch den Vorteil aufgewogen wird, dass die erfindungsgemäßen Separatorplatten besonders kostengünstig gefertigt werden können.separator should be particularly good electrically conductive, so that the large currents flowing in a fuel cell opposes the lowest possible ohmic resistance becomes. Therefore, the use of electrically conductive Plastic material whose conductivity is usually clear smaller than that of metal, at first glance not effective. However, it has been found that by the overmolding with electrically conductive plastic material in purchase taking increased ohmic resistance is outweighed by the advantage that the separator plates according to the invention are particularly can be manufactured inexpensively.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials oberhalb 10 S/cm, insbesondere oberhalb von 40 S/cm liegt.It has proven to be advantageous when the specific electric Conductivity of the plastic material above 10 S / cm, especially above 40 S / cm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Metallkern mit dem leitfähigen Kunststoffmaterial umspritzt oder umprägt. Das führt dazu, dass eine Mindest-Materialstärke des Kunststoffmaterials einen vorgegebenen Schwellenwert von beispielsweise 0,5 mm stets überschreitet.According to a preferred embodiment, the metal core is overmolded or embossed with the conductive plastic material. That leads to a Minimum material thickness of the plastic material always exceeds a predetermined threshold of, for example, 0.5 mm.

Bevorzugt ist das Kunststoffmaterial eine Mischung aus zumindest einem Thermoplasten und/oder einem Duroplasten und zumindest einer Kunststoffmodifikation.Prefers the plastic material is a mixture of at least one thermoplastic and / or a thermosetting plastic and at least one plastic modification.

Beispielsweise ist die Kohlenstoffmodifikation Ruß, Graphit, Graphen Kohlenstoffröhrchen oder eine Mischung aus zwei oder drei dieser Komponenten. Es hat sich gezeigt, dass es so eine besonders hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit erreicht werden kann. Derartiges Kunststoffmaterial ist zudem besonders kostengünstig herstellbar.For example is the carbon modification carbon black, graphite, graphene carbon tubes or a mixture of two or three of these components. It has it turned out that there is such a particularly high specific electrical Conductivity can be achieved. Such plastic material is also particularly inexpensive to produce.

Bevorzugt ist in das Kunststoffmaterial auf zumindest einer Oberfläche, die in Einbaulage der Separatorplatte einem Elektrolyten zugewandt ist, eine Gasleitstruktur eingebracht. Wenn die Separatorplatte beispielsweise als Bipolar- oder Unipolarplatte in einer Brennstoffzelle verwendet wird, findet an der Oberfläche der Separatorplatte eine chemische Reaktion statt. Dazu muss entweder Wasserstoff oder Sauerstoff beständig zugeführt und mit dem Elektrolyten in Kontakt gebracht werden. Die Gasleitstruktur ist ausgebildet, um das Einbringen dieser Gase in den Elektrolyten zu erleichtern. Vorteilhaft ist, dass die Gasleitstruktur besonders einfach in die Oberfläche eingebracht werden kann. Beispielsweise wird die Separatorplatte nämlich durch Heißprägen hergestellt. In diesem Fall kann ein Werkzeug verwendet werden, dessen Innenfläche eine Kontur aufweist, die einem Negativ der Gasleitstruktur entspricht. Es ist alternativ zwar auch möglich, die Gasleitstruktur beispielsweise durch Spanen oder Umformen in die Oberfläche einzubringen, dies verursacht aber in der Regel einen höheren Fertigungsaufwand.Prefers is in the plastic material on at least one surface, in the installation position of the separator plate facing an electrolyte is introduced, a Gasleitstruktur. If the separator plate for example, as a bipolar or unipolar plate in a fuel cell is used, takes place on the surface of the separator plate a chemical reaction takes place. This must be either hydrogen or Oxygen supplied constantly and with the electrolyte be brought into contact. The gas guiding structure is formed to facilitate the introduction of these gases into the electrolyte. It is advantageous that the Gasleitstruktur particularly easy in the Surface can be introduced. For example namely the separator plate by hot stamping produced. In this case, a tool can be used whose inner surface has a contour which is a negative the gas guide structure corresponds. Alternatively, it is also possible the Gasleitstruktur for example by machining or forming in bring in the surface, but this causes in the Usually a higher production cost.

Die Separatorplatte kann besonders einfach gekühlt werden, wenn der Metallkern mindestens eine Leitstruktur, insbesondere ein Rohr, zum Leiten eines Kühlmediums umfasst. In diesem Fall erfüllt der Metallkern eine doppelte Aufgabe. Einerseits führt er dazu, dass der elektrische Widerstand für einen Stromfluss von einer Seite der Separatorplatte zur anderen klein gehalten wird, andererseits kann in der Separatorplatte entstehende Wärme einfach abgeleitet werden, was die Lebensdauer und Effizienz einer Brennstoffzelle erhöht, in der die Separatorplatte verbaut ist.The Separator plate can be cooled very easily, if the metal core at least one conductive structure, in particular a Tube, for conducting a cooling medium comprises. In this case The metal core fulfills a double task. On the one hand It causes the electrical resistance for a flow of current from one side of the separator plate to the other is kept small, on the other hand, resulting in the Separatorplatte Heat can be easily dissipated, reducing the life and Increases the efficiency of a fuel cell, in which the separator plate is installed.

Besonders bevorzugt besitzt das Rohr eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung, wobei die Einströmöffnung oder die Ausströmöffnung in einem umlaufenden Rand der Separatorplatte münden. Auf diese Weise kann das Kühlmedium besonders einfach zugeführt werden.Especially Preferably, the tube has an inflow opening and an outflow opening, wherein the inflow opening or the outflow opening in a circumferential Open the edge of the separator plate. That way that can Cooling medium are particularly easy to be supplied.

In einem erfindungsgemäßen galvanischen Element, insbesondere einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, ist der Metallkern bevorzugt mit einer Stromabführvorrichtung zum Abführen von elektrischem Strom, der vom galvanischen Element erzeugt wurde, elektrisch verbunden.In a galvanic element according to the invention, in particular a fuel cell according to the invention, For example, the metal core is preferred with a current drain device for dissipating electrical current, that of galvanic Element was generated, electrically connected.

Bevorzugt ist der Metallkern in Form der Leitstruktur zum Leiten des Kühlmediums mit einem entsprechenden Aggregat zur Zuführung von Kühlmittel verbunden.Prefers is the metal core in the form of the conductive structure for conducting the cooling medium with a corresponding unit for supplying coolant connected.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst bevorzugt die Schritte eines Einlegens eines ersten Kunststoff-Vorkörpers in ein Teilwerkzeug bzw. Unterwerkzeug eines Werkzeugs, eines Einlegens eines Metallkerns in das Werkzeug, so dass der Metallkern und der erste Kunststoff-Vorkörper flächig aneinander liegen, eines Einlegens eines zweiten Kunststoff-Vorkörpers in das Werkzeug, so dass der zweite Kunststoff-Vorkörper und der Metallkern flächig aneinander anliegen und eines Verpressens des ersten Kunststoff-Vorkörpers, des Metallkerns und des zweiten Kunststoff-Vorkörpers unter Wärmeeinwirkung, so dass diese eine einige Verbindung eingehen. Das Unterwerkzeug kann dabei unterhalb eines zweiten Teilwerkzeugs bzw. Oberwerkzeugs angeordnet sein, das ist aber nicht notwendig. Beispielsweise ist das erste Teilwerkzeug räumlich neben dem zweiten Teilwerkzeug angeordnet, so dass beide sich beispielsweise auf gleicher oder ähnlicher Höhe befinden können.One Method according to the invention preferably comprises the steps of inserting a first plastic pre-body in a sub-tool or lower tool of a tool, an insert a metal core in the tool, so that the metal core and the first plastic preform flat to each other lie, an insertion of a second plastic pre-body in the tool, leaving the second plastic preform and the metal core lie flat against each other and one Pressing the first plastic pre-body, the metal core and the second plastic preform under heat, so that these make some connections. The lower tool can be arranged below a second sub-tool or upper tool, but that is not necessary. For example, this is the first subtool arranged spatially next to the second part tool, so that both are, for example, the same or similar Height can be located.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen exemplarisch näher erläutert. Dabei zeigtin the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings by way of example explained in more detail. It shows

1 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Separatorplatte, 1 a schematic three-dimensional view of a separator plate according to the invention,

2a, 2b alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Separatorplatte, 2a . 2 B alternative embodiments of a separator plate according to the invention,

3a, 3b weitere alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Separatorplatte, 3a . 3b further alternative embodiments of a separator plate according to the invention,

4 eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Separatorplatte. Die 4 a further alternative embodiment of a separator according to the invention. The

5 bis 10 zeigen Querschnitte von Metallkernen für eine erfindungsgemäße Separatorplatte. 5 to 10 show cross sections of metal cores for a separator plate according to the invention.

1 zeigt eine Separatorplatte 10 in Form einer Bipolarplatte mit einem Metallkern 12, der im vorliegenden Fall durch ein erstes Rohr 14.1 und ein zweites Rohr 14.2 gebildet ist. Der Metallkern 12 ist mit einem Kunststoffmantel 16 aus Kunststoffmaterial ummantelt. 1 shows a separator plate 10 in the form of a bipolar plate with a metal core 12 , in the present case through a first pipe 14.1 and a second tube 14.2 is formed. The metal core 12 is with a plastic jacket 16 made of plastic material jacketed.

Das Kunststoffmaterial besteht beispielsweise aus 14 Gew.-% Polypropylen und 86 Gew.-% aus einer Graphit-/Ruß-Mischung. Es ist auch möglich, mehr Polypropylen vorzusehen, beispielsweise 22,5%, wobei der Rest durch die Graphit-/Ruß-Mischung gebildet ist.The Plastic material consists for example of 14 wt .-% polypropylene and 86% by weight of a graphite / carbon black mixture. It is also possible to provide more polypropylene, for example 22.5%, the remainder being formed by the graphite / carbon black mixture is.

Auf einer ersten Oberfläche 18 der Separatorplatte 10 ist eine nicht eingezeichnete Gasleitstruktur eingebracht. Diese Gasleitstruktur umfasst eine Vielzahl kleiner, miteinander verbundener Kanäle, in denen Gas von einer ebenfalls nicht eingezeichneten Gaszuführung auf ein Inneres der ersten Oberfläche 18 zu geleitet wird. Dadurch wird das Gas, beispielsweise Wasserstoff oder Sauerstoff, in innigen Kontakt mit ei nem Elektrolyten gebracht, der in Einbaulage in Kontakt mit der ersten Oberfläche 18 steht.On a first surface 18 the separator plate 10 a not shown Gasleitstruktur is introduced. This Gasleitstruktur comprises a plurality of small, interconnected channels, in which gas from a likewise not shown gas supply to an interior of the first surface 18 to be directed. As a result, the gas, for example hydrogen or oxygen, is brought into intimate contact with an electrolyte which, in the installed position, is in contact with the first surface 18 stands.

Auf gleiche Weise ist eine Gasleitstruktur in eine zweite Oberfläche 20 eingebracht, die parallel zu der ersten Oberfläche 18 verläuft. Die erste Oberfläche 18 und die zweite Oberfläche 20 haben einen Abstand D voneinander, der eine Dicke der Separatorplatte 18 darstellt und beispielsweise mehr als 0,5 mm beträgt. Insbesondere ist die Dicke D kleiner als 2,5 cm.In the same way, a gas guiding structure is in a second surface 20 introduced parallel to the first surface 18 runs. The first surface 18 and the second surface 20 have a distance D from each other, which is a thickness of the separator plate 18 represents and is for example more than 0.5 mm. In particular, the thickness D is smaller than 2.5 cm.

Der Metallkern 12 ist so im Kunststoffmantel 16 angeordnet, dass er einen minimalen Abstand dmin von der ersten Oberfläche 18 hat, der einem minimalen Abstand zur zweiten Oberfläche 20 entspricht und beispielsweise kleiner ist als 5 mm. Das Kunststoffmaterial kann zwar eine spezifisch elektrische Leitfähigkeit von mehr als 50 S/cm haben, dennoch ist es vorteilhaft, einen möglichst kleinen minimalen Abstand dmin vorzusehen, da die Separatorplatte dann besonders dünn und leicht ist. Um eine hinreichend Stabilität der Separatorplatte zu erreichen, wird der minimale Abstand dmin in der Regel größer als 0,5 mm gewählt.The metal core 12 is so in the plastic jacket 16 arranged that he has a minimum distance d min from the first surface 18 which has a minimum distance to the second surface 20 corresponds and, for example, less than 5 mm. Although the plastic material may have a specific electrical conductivity of more than 50 S / cm, it is nevertheless advantageous to provide the smallest possible minimum distance d min since the separator plate is then particularly thin and light. In order to achieve a sufficient stability of the separator plate, the minimum distance d min is usually chosen to be greater than 0.5 mm.

Die Rohre 14.1, 14.2 treten durch einen umlaufenden Rand 22 aus der Separatorplatte 10 aus und sind in Einbaulage der Separatorplatte 10 mit einem Anschluss an eine Kühleinrichtung verbunden, durch die Kühlmedium durch sie hindurch zirkuliert wird.The pipes 14.1 . 14.2 occur through a peripheral edge 22 from the separator plate 10 off and are in installation position of Separatorplatte 10 connected to a connection to a cooling device through which cooling medium is circulated therethrough.

2a zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Separatorplatte 10, bei der der Metallkern 12 durch eine Vielzahl an Rohren 14.1, 14.2, ... gebildet ist. Im Folgenden bezeichnet ein Bezugszeichen ohne Zählsuffix das Objekt als solches. Die Rohre 14 treten durch den Rand 22 in einem ersten Randabschnitt 24.1 in den rechteckigen Kunststoffmantel 16 ein und verlassen diesen durch den Rand 22 in einem dem ersten Randabschnitt 24.1 gegenüberliegenden Randabschnitt 24.3. 2a shows a second embodiment of a separator according to the invention 10 in which the metal core 12 through a variety of pipes 14.1 . 14.2 , ... is formed. In the following, a reference number without counting suffix designates the object as such. The pipes 14 kick through the edge 22 in a first edge section 24.1 in the rectangular plastic jacket 16 and leave this by the edge 22 in a first edge section 24.1 opposite edge section 24.3 ,

Die Rohre 14 sind mit ihren jeweiligen Einströmöffnungen mit einer Zuleitung 26 verbunden, durch die durch Pfeile angedeutet ein Kühlmedium 28, beispielsweise Wasser, in die Rohre 14 geleitet wird. Mit ihren Ausströmöffnungen sind die Rohre 14 mit einer Ableitung 30 verbunden, über die das Kühlmedium 28 abgezogen wird. Die Zuleitung 26 und die Ableitung 30 können gemäß einer alternativen Ausführungsform ebenfalls vom Kunststoffmantel 16 umgeben sein. Zur Montage in einer Brennstoffzelle umfasst die Separatorplatte 10 Gaszuleitungen 32.1, 32.2, 32.3, 32.4 zum Zuführen der Reaktanden in Form von Wasserstoff und Sauerstoff.The pipes 14 are with their respective inflow openings with a supply line 26 connected by the arrows indicated by a cooling medium 28 , For example, water in the pipes 14 is directed. With their outflow openings are the pipes 14 with a derivative 30 connected, via which the cooling medium 28 is deducted. The supply line 26 and the derivative 30 may also according to an alternative embodiment of the plastic sheath 16 be surrounded. For mounting in a fuel cell, the separator plate comprises 10 gas supply lines 32.1 . 32.2 . 32.3 . 32.4 for supplying the reactants in the form of hydrogen and oxygen.

2b zeigt eine alternative Separatorplatte, bei der die Zuleitung 26 und die Ableitung 30 im Kunststoffmantel 16 verlaufen. Das Kühlmedium 28 tritt durch zwei Eintrittsöffnungen 34.1, 34.2 durch die gegenüberliegenden Randabschnitte 24.2, 24.4 durch den Rand 22 ein und durch Austrittsöffnungen 36.1, 36.2 ebenfalls durch den Rand 22 aus dem Kunststoffmantel 16 wieder aus. 2 B shows an alternative separator plate, in which the supply line 26 and the derivative 30 in a plastic jacket 16 run. The cooling medium 28 enters through two inlet openings 34.1 . 34.2 through the opposite edge sections 24.2 . 24.4 through the edge 22 one and through outlet openings 36.1 . 36.2 also by the edge 22 from the plastic jacket 16 out again.

3a zeigt eine alternative Ausführungsform einer Separatorplatte 10, bei der die Rohre 14.1, 14.2 in Zwillingsanordnung mäandrierend durch den Kunststoffmantel 16 geführt sind. 3a shows an alternative embodiment of a separator plate 10 in which the pipes 14.1 . 14.2 in a twin arrangement meandering through the plastic jacket 16 are guided.

3b zeigt eine Separatorplatte 10, bei der ein Rohr 14 in Form einer Spirale durch den Kunststoffmantel 16 geführt ist. 3b shows a separator plate 10 in which a pipe 14 in the form of a spiral through the plastic jacket 16 is guided.

4 zeigt eine Separatorplatte 10, bei der eine Vielzahl von Rohren 14.1, 14.2, ... schlangenförmig im Kunststoffmantel 16 angeordnet sind. 4 shows a separator plate 10 in which a variety of pipes 14.1 . 14.2 , ... snake-shaped in a plastic jacket 16 are arranged.

5 zeigt einen möglichen Querschnitt eines Rohrs 14, das Teil des Metallkerns 12 ist (vgl. 1). Das Rohr 14 besitzt einen Φ-förmigen Querschnitt mit einer Kopffläche 38 und dazu parallel verlaufenden Fußfläche 40, die über einen Steg 42 miteinander verbunden sind. Im Steg 42 ist ein Kanal 44 mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Das Rohr 14 ist wie in den vorangegangenen Figuren gezeigt, im Kunststoffmantel 16 angeordnet. 5 shows a possible cross section of a pipe 14 , the part of the metal core 12 is (cf. 1 ). The pipe 14 has a Φ-shaped cross-section with a top surface 38 and parallel to this foot area 40 over a footbridge 42 connected to each other. In the dock 42 is a channel 44 formed with, for example, circular cross-section. The pipe 14 is as shown in the previous figures, in the plastic jacket 16 arranged.

6 zeigt eine alternative Form für ein Rohr 14 in Form eines Kreuzes, in dessen Zentrum der Kanal 44 angeordnet ist. 6 shows an alternative form for a pipe 14 in the form of a cross, in the center of which is the canal 44 is arranged.

7 zeigt einen weiteren Querschnitt, der besonders für eine Unipolarplatte geeignet ist. Der Kanal 44, der zylindermantelförmig ist, grenzt an einer Seite an eine quaderförmige Platte, die die Fußfläche 40 ausbildet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Kanal 44 mit einer keilförmigen Struktur verbunden, an der die Kopffläche 38 ausgebildet ist. 7 shows a further cross section, which is particularly suitable for a unipolar plate. The channel 44 , which is cylinder jacket-shaped, borders on one side to a cuboidal plate, which forms the foot surface 40 formed. On the opposite side is the canal 44 connected with a wedge-shaped structure, on which the head surface 38 is trained.

8 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Rohr 14, das einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweist. 8th shows a further embodiment of a tube 14 which has a cross section in the form of a regular hexagon.

9 stellt ein alternatives Rohr 14 dar, dessen Querschnitt ein gleichseitiges Sechseck ist. 9 represents an alternative tube 14 whose cross-section is an equilateral hexagon.

10 zeigt ein weiteres Rohr 14, dessen Querschnitt aus zwei an ihren Spitzen miteinander verbundenen gleichseitigen Dreiecken gebildet ist. 10 shows another tube 14 whose cross-section is formed by two equilateral triangles connected at their tips.

Die erfindungsgemäße Separatorplatte wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass ein in 1 angedeuteter erster Kunststoff-Vorkörper 46 in eine Heißprägeform eingelegt wird. Auf den ersten Kunststoff-Vorkörper 46 wird der Metallkern 12 aufgelegt. Dabei können im Kunststoff-Vorkörper 46 bereits Ausnehmungen, beispielsweise Rinnen, vorgesehen sein, in die Rohre 14 eingelegt werden.The separator plate according to the invention is produced, for example, by an in 1 indicated first plastic preform 46 is placed in a hot stamping mold. On the first plastic preform 46 becomes the metal core 12 hung up. It can in the plastic preform 46 already recesses, such as gutters, be provided in the pipes 14 be inserted.

Nachfolgend werden der Kunststoff-Vorkörper 46 und die Rohre 14 mit einem zweiten Kunststoff-Vorkörper 48 abgedeckt. Ein aus einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug bestehendes Heißprägewerkzeug wird dann so auf die beiden Kunststoff-Vorkörper 46, 48 zugestellt, dass diese teilweise auch schmelzen und sich miteinander und mit dem Metallkern 12 verbinden.The following is the plastic preform 46 and the pipes 14 with a second plastic preform 48 covered. An existing from an upper tool and a lower tool hot stamping tool is then so on the two plastic preform 46 . 48 delivered that these also partially melt and with each other and with the metal core 12 connect.

Es ist dabei eine besondere Schwierigkeiten sicherzustellen, dass der Metallkern 12 beim Verbinden mit den Kunststoff-Vorkörpern 46, 48 einen vorgegebenen Schwellenwert für den minimalen Abstand dmin nicht unterschreitet. Die hierfür notwendige Prozesstechnologie steht erst seit kurzer Zeit zur Verfügung.There is a particular difficulty in ensuring that the metal core 12 when connecting with the plastic pre-bodies 46 . 48 does not fall below a predetermined threshold value for the minimum distance d min . The necessary process technology has only recently become available.

Zum Vermeiden von Lufteinschlüssen kann die Form vor dem Verbinden mittels Druck und Wärme evakuiert werden.To the Avoiding trapped air can affect the shape before joining be evacuated by means of pressure and heat.

Die Kunststoff-Vorkörper 46, 48 bestehen beispielsweise aus dem folgenden Material: 14 Gew.-% Polypropylen und 86 Gew.-% aus einer Graphit-/Ruß-Mischung. Es ist auch möglich, mehr Polypropylen vorzusehen, beispielsweise 22,5%, wobei der Rest durch die Graphit-/Ruß-Mischung gebildet ist.The plastic preform 46 . 48 consist for example of the following material: 14 wt .-% polypropylene and 86 wt .-% of a graphite / carbon black mixture. It is also possible to provide more polypropylene, for example 22.5%, the remainder being formed by the graphite / carbon black mixture.

1010
Separatorplatteseparator
1212
Metallkernmetal core
1414
Rohrpipe
1616
KunststoffmantelPlastic sheath
1818
erste Oberflächefirst surface
2020
zweite Oberflächesecond surface
2222
Randedge
2424
Randabschnittedge section
2626
Zuleitungsupply
2828
Kühlmediumcooling medium
3030
Ableitungderivation
3232
Gaszuleitunggas supply
3434
Eintrittsöffnungeninlet openings
3636
Austrittsöffnungoutlet opening
3838
Kopfflächehead face
4040
Fußflächefoot surface
4242
Stegweb
4444
Kanalchannel
4646
erster Kunststoff-Vorkörperfirst Plastic preform
4848
zweiter Kunststoff-Vorkörpersecond Plastic preform
DD
Dickethickness
dmjn d mjn
minimaler Abstandminimal distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - CA 2538961 [0003] CA 2538961 [0003]
  • - DE 102005046795 A1 [0004] DE 102005046795 A1 [0004]

Claims (14)

Separatorplatte für ein galvanisches Element mit einem Metallkern (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (12) mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial ummantelt ist.Separator plate for a galvanic element with a metal core ( 12 ), characterized in that the metal core ( 12 ) is coated with an electrically conductive plastic material. Separatorplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (12) mit dem leitfähigen Kunststoffmaterial umspritzt oder umprägt ist.Separator plate according to claim 1, characterized in that the metal core ( 12 ) is overmolded or embossed with the conductive plastic material. Separatorplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial eine Mischung aus zumindest einem Thermoplasten und/oder einem Duroplasten und zumindest einer Kohlenstoffmodifikation ist.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic material is a mixture of at least one thermoplastic and / or a thermoset and at least one carbon modification. Separatorplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kunststoffmaterial auf zumindest einer Oberfläche (18, 20), die in Einbaulage der Separatorplatte (10) einem Elektrolyten zugewandt ist, eine Gasleitstruktur eingebracht ist.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that in the plastic material on at least one surface ( 18 . 20 ), which in the installation position of the separator plate ( 10 ) facing an electrolyte, a Gasleitstruktur is introduced. Separatorplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (12) mindestens eine Leitstruktur, insbesondere ein Rohr (14), zum Leiten eines Kühlmediums (28) umfasst.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that the metal core ( 12 ) at least one guide structure, in particular a tube ( 14 ), for conducting a cooling medium ( 28 ). Separatorplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das mindestens eine Rohr (14) eine Einströmöffnung (34) und eine Ausströmöffnung (36) besitzt, – wobei die Einströmöffnung (34) und/oder Ausströmöffnung (36) in einem umlaufenden Rand (22) der Separatorplatte (10) münden.Separator plate according to claim 5, characterized in that - the at least one tube ( 14 ) an inflow opening ( 34 ) and an outflow opening ( 36 ), the inlet opening ( 34 ) and / or outflow opening ( 36 ) in a peripheral edge ( 22 ) of the separator plate ( 10 ). Separatorplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bipolarplatte ist.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that it is a bipolar plate. Galvanische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle, mit – einem Elektrolyten, – einer Separatorplatte nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und – einer Kühlvorrichtung zum Beschicken der Leitstruktur (14) mit einem Kühlmedium.Galvanic cell, in particular fuel cell, with - an electrolyte, - a separator plate according to one of claims 5 or 6 and - a cooling device for charging the conductive structure ( 14 ) with a cooling medium. Galvanische Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (12) mit einer Stromabführvorrichtung zum Abführen von elektrischem Strom, der von der galvanischen Zelle erzeugt wurde, elektrisch verbunden ist.Galvanic cell according to claim 8, characterized in that the metal core ( 12 ) is electrically connected to a current drain device for dissipating electric power generated by the galvanic cell. Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte, mit den Schritten: – Einlegen eines Metallkerns (12) in ein Werkzeug und – Ummanteln des Metallkerns (12) mit elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial, so dass eine Separatorplatte entsteht.Method for producing a separator plate, comprising the steps of: - inserting a metal core ( 12 ) into a tool and - sheathing the metal core ( 12 ) with electrically conductive plastic material, so that a separator plate is formed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ummanteln ein Umspritzen umfasst.Method according to claim 10, characterized in that that wrapping comprises overmolding. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ummanteln ein Heißprägen ist.Method according to claim 10 or 11, characterized that wrapping is a hot stamping. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißprägen die folgenden Schritte umfasst: – Einlegen eines ersten Kunststoff-Vorkörpers (46) in ein Unterwerkzeug des Werkzeugs, – Einlegen des Metallkerns (12) in das Werkzeug, so dass der Metallkern (12) und der erste Kunststoff-Vorkörper (46) flächig aneinander anliegen, – Einlegen eines zweiten Kunststoff-Vorkörpers (48) in das Werkzeug, so dass der zweite Kunststoff-Vorkörper (48) und der Metallkern (12) flächig aneinander anliegen, und – Verpressen des ersten Kunststoff-Vorkörpers (46), des Metallkerns (12) und des zweiten Kunststoff-Vorkörpers (48) unter Wärmeeinwirkung, so dass sie eine innige Verbindung eingehen.A method according to claim 12, characterized in that the hot stamping comprises the following steps: - inserting a first plastic preform ( 46 ) in a lower tool of the tool, - inserting the metal core ( 12 ) in the tool so that the metal core ( 12 ) and the first plastic preform ( 46 ) lie flat against each other, - insert a second plastic preform ( 48 ) in the tool, so that the second plastic preform ( 48 ) and the metal core ( 12 ) lie flat against one another, and - pressing the first plastic preform ( 46 ), the metal core ( 12 ) and the second plastic preform ( 48 ) under heat, so that they form an intimate connection. Verfahren nach Anspruch 11 oder 13, gekennzeichnet durch den Schritt: – vor dem Verpressen Evakuieren des Werkzeugs.A method according to claim 11 or 13, characterized through the step: - Evacuate before pressing of the tool.
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