DE102008034545B4 - Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture - Google Patents

Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture Download PDF

Info

Publication number
DE102008034545B4
DE102008034545B4 DE102008034545.8A DE102008034545A DE102008034545B4 DE 102008034545 B4 DE102008034545 B4 DE 102008034545B4 DE 102008034545 A DE102008034545 A DE 102008034545A DE 102008034545 B4 DE102008034545 B4 DE 102008034545B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dimensional
fuel cell
channels
gas flow
flow field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102008034545.8A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008034545A1 (en
Inventor
Tao Xie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Priority to DE102008034545.8A priority Critical patent/DE102008034545B4/en
Publication of DE102008034545A1 publication Critical patent/DE102008034545A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008034545B4 publication Critical patent/DE102008034545B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0236—Glass; Ceramics; Cermets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Brennstoffzellenbipolarplatte (10) mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das in zumindest einer Seite derselben definiert ist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld durch mehrere Stege (14) und Kanäle (12) definiert ist, und einer dreidimensionalen, porösen, hydrophilen Struktur (18d), die zumindest einen der Kanäle im Wesentlichen füllt.A fuel cell bipolar plate (10) having a reactant gas flow field defined in at least one side thereof, wherein the reactant gas flow field is defined by a plurality of lands (14) and channels (12) and a three-dimensional porous hydrophilic structure (18d) comprising at least one of Essentially fills channels.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Das Gebiet, das die Offenbarung allgemein betrifft, umfasst Brennstoffzellenkomponenten mit dreidimensionalen hydrophilen porösen Strukturen zur Verwendung mit festen Brennstoffzellenplatten.The field generally pertaining to the disclosure includes fuel cell components having three-dimensional hydrophilic porous structures for use with solid fuel cell plates.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Es ist bekannt, dass Brennstoffzellen Kollektorplatten, wie Bipolar- oder Unipolarplatten aufweisen, die dazu dienen, Elektronen zu sammeln, die durch den Verbrauch von Brennstoff durch die Brennstoffzelle erzeugt werden, und um Brennstoffzellenreaktandengase durch Reaktandengasströmungsfelder zu liefern. Diese Reaktandengasströmungsfelder sind durch einen oder mehrere Kanäle definiert, die in einem festen Substrat, das typischerweise aus einem Metall- oder Kompositmaterial besteht, maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet, geprägt bzw. gestanzt, geätzt, geformt oder anderweitig vorgesehen worden sind. Die Kollektorplatten können benachbart eines Diffusionsmediummaterials vorgesehen sein, das typischerweise ein poröses Material ist, wie Kohlepapier. Alternativ dazu kann bei einigen Anordnungen die Kollektorplatte einen direkten Kontakt mit einer katalytischen Elektrode bilden. Optional dazu kann eine mikroporöse Schicht unter der Gasdiffusionsmediumschicht liegen und eine katalytische Elektrode kann unter der mikroporösen Schicht oder der Gasdiffusionsmediumschicht liegen. Unterhalb der ersten katalytischen Elektrode ist eine Polyelektrolytmembran vorgesehen, und es ist eine zweite katalytische Elektrode vorgesehen, die unter einer zweiten Seite der Polyelektrolytmembran liegt. Es kann eine zweite mikroporöse Schicht vorgesehen sein, die unter der zweiten katalytischen Elektrode liegt, und eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht liegt unter der zweiten mikroporösen Schicht oder der zweiten katalytischen Elektrode. Es ist eine zweite Kollektorplatte vorgesehen, die unter der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht liegt. Die zweite Kollektorplatte weist auch ein durch mehrere Kanäle und Stege definiertes Reaktandengasströmungsfeld auf. Die Stege bilden einen physikalischen Kontakt mit der Gasdiffusionsmediumschicht.It is known that fuel cells have collector plates, such as bipolar or unipolar plates, which serve to accumulate electrons generated by the consumption of fuel by the fuel cell and to supply fuel cell reactant gases by reactant gas flow fields. These reactant gas flow fields are defined by one or more channels machined, stamped, etched, molded, or otherwise provided in a solid substrate, typically made of a metal or composite material. The collector plates may be provided adjacent to a diffusion media material, which is typically a porous material, such as carbon paper. Alternatively, in some arrangements, the collector plate may make direct contact with a catalytic electrode. Optionally, a microporous layer may be under the gas diffusion media layer and a catalytic electrode may be under the microporous layer or the gas diffusion media layer. Below the first catalytic electrode is provided a polyelectrolyte membrane, and a second catalytic electrode is provided which lies under a second side of the polyelectrolyte membrane. There may be provided a second microporous layer underlying the second catalytic electrode and a second gas diffusion media layer underlying the second microporous layer or the second catalytic electrode. There is provided a second collector plate underlying the second gas diffusion media layer. The second collector plate also has a reactant gas flow field defined by a plurality of channels and lands. The lands form physical contact with the gas diffusion media layer.

Um ein Wassermanagement in Brennstoffzellen zu ermöglichen, ist es erwünscht, auf Bipolarplattenoberflächen eine Hydrophilie einzuführen. Eine Behandlung einer Bipolarplattenoberfläche, um eine Oberflächenhydrophilie einzuführen, kann mit einem anfänglichen Wasserkontaktwinkel von nicht mehr als 15° (Superhydrophilie) erreicht werden; mit einer Haltbarkeit, so dass der Wasserkontaktwinkel stabil genug ist, damit er während der Lebensdauer der Brennstoffzellen 15° nicht überschreitet; und die hydrophile Behandlung beeinträchtigt den Kontaktwiderstand der Platten nicht über ein akzeptables Niveau hinaus.In order to enable water management in fuel cells, it is desirable to introduce hydrophilicity on bipolar plate surfaces. Treatment of a bipolar plate surface to introduce surface hydrophilicity can be achieved with an initial water contact angle of not more than 15 ° (superhydrophilicity); with a durability such that the water contact angle is stable enough so that it does not exceed 15 ° during the lifetime of the fuel cells; and the hydrophilic treatment does not affect the contact resistance of the plates beyond an acceptable level.

Bisher sind Siliziumdioxidbeschichtungen verwendet worden, um in Abschnitte von Bipolarplatten hydrophile Eigenschaften einzuführen. Jedoch bestehen bei derartigen und anderen organisch basierten hydrophilen Beschichtungen folgende Nachteile: schlechte Anhaftung (unter entweder feuchten oder trockenen Bedingungen) auf Substraten, wie rostfreiem Stahl; eine Kontamination aufgrund der hohen Oberflächenenergie der superhydrophilen Oberfläche, die durch weniger hydrophile Schmutzstoffe leicht kontaminiert wird; eine Lösung, bei der sich das Siliziumdioxid in der Brennstoffzellenumgebung über Reaktion mit Membranabbau durch Produkte, wie HF, lösen kann; ein thermischer Abbau, bei dem Beschichtungen, wie organische Beschichtungen, indem sie wiederholt Temperaturen von 90° und darüber und wiederholt trockenen und feuchten Zyklen ausgesetzt werden, altern, was zu einer Umorientierung der hydrophilen Gruppen an der oberen Fläche derartiger Beschichtungen führt, wodurch deren Hydrophilie reduziert wird; elektrochemischer Abbau, bei dem bestimmte hydrophile Gruppen in der Substitutionsumgebung einer Brennstoffzelle elektrochemisch aktiv sein und sich abbauen können.So far, silica coatings have been used to introduce hydrophilic properties into sections of bipolar plates. However, such and other organic based hydrophilic coatings have the following disadvantages: poor adhesion (under either wet or dry conditions) to substrates such as stainless steel; contamination due to the high surface energy of the superhydrophilic surface, which is easily contaminated by less hydrophilic contaminants; a solution in which the silica in the fuel cell environment can dissolve through reaction with membrane degradation by products such as HF; thermal degradation, in which coatings, such as organic coatings, are repeatedly exposed to temperatures of 90 ° and above and repeated dry and wet cycles, resulting in a reorientation of the hydrophilic groups on the top surface of such coatings, thereby increasing their hydrophilicity is reduced; electrochemical degradation in which certain hydrophilic groups in the substitution environment of a fuel cell can be electrochemically active and degrade.

Ferner sind aus den Druckschriften US 5,641,586 A und EP 1 626 454 B1 Brennstoffzellen mit ebenen Separatorplatten ohne Strömungskanälen bekannt geworden, welche durch eine hydrophile Schaumschicht von der MEA beabstandet sind, sodass das Reaktandengas durch die Schaumschicht hindurchströmen kann. Bei der Brennstoffzelle der EP 1 626 454 B1 ist dabei die MEA gewellt, um für das Reaktandengas Strömungskanäle zu schaffen.Furthermore, from the publications US 5,641,586 A and EP 1 626 454 B1 Fuel cells with planar Separatorplatten without flow channels have become known, which are spaced by a hydrophilic foam layer of the MEA, so that the reactant gas can flow through the foam layer. In the fuel cell of EP 1 626 454 B1 In this case, the MEA is corrugated to create flow channels for the reactant gas.

ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGSUMMARY OF EXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Brennstoffzellenkollektorplatte mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das darin durch mehrere Kanäle und Stege definiert ist und einer dreidimensionalen porösen hydrophilen Struktur umfasst, die die Kanäle im Wesentlichen füllt.One embodiment of the invention includes a fuel cell collector plate having a reactant gas flow field defined therein by a plurality of channels and lands and comprising a three-dimensional porous hydrophilic structure that substantially fills the channels.

Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.Other exemplary embodiments of the invention will become apparent from the following detailed description.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:Exemplary embodiments of the invention will become more fully understood from the detailed description and the accompanying drawings, in which:

1 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und 1 shows a method according to an embodiment of the invention; and

2 einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. 2 a fuel cell according to an embodiment of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Einführen von Hydrophilie in Strömungskanäle von Bipolar- oder Unipolarplatten. Es werden dreidimensionale poröse hydrophile Strukturen in den Strömungskanälen von Kollektorplatten angeordnet oder darin geformt. Die dreidimensionalen Strukturen besitzen miteinander verbundene poröse Strukturen. Die Porosität der dreidimensionalen Strukturen kann durch ein Mittel zur Erzeugung von Porosität vorgesehen werden, das ein Porogen oder Treibmittel aufweisen kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist, das eine poröse offenzellige Struktur erzeugt. Das Porogen kann ein beliebiges Material sein, das später durch Ätzen, Lösen oder durch Erwärmen des Porogens entfernt werden kann, um zu bewirken, dass dieses aus der dreidimensionalen Struktur herausfließt. Geeignete Treibmittel können beliebige Treibmittel aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind und mit Polymeren, keramischen oder metallischen Materialien anwendbar sind.One embodiment of the invention includes a method of introducing hydrophilicity into flow channels of bipolar or unipolar plates. Three-dimensional porous hydrophilic structures are disposed in or formed in the flow channels of collector plates. The three-dimensional structures have interconnected porous structures. The porosity of the three-dimensional structures may be provided by a porosity-generating means which may include, but is not limited to, a porogen or propellant which produces a porous open-celled structure. The porogen may be any material that can later be removed by etching, dissolving, or heating the porogen to cause it to flow out of the three-dimensional structure. Suitable propellants may include any propellant known to those skilled in the art and applicable to polymers, ceramic or metallic materials.

Nun Bezug nehmend auf 1 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung, dass eine Brennstoffzellenkollektorplatte 10 mit einem Reaktandengasströmungsfeld vorgesehen wird, das darin durch mehrere Kanäle 12 und Stege 14 definiert ist. Die Kanäle 12 können in einem Substrat 16 geformt sein, das aus einem Kompositmaterial oder einem Metall, wie rostfreiem Stahl, Aluminium, Titan oder einer anderen Legierung, geformt sein kann. Die Kanäle 12 können in das Substrat 16 maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet, gestanzt bzw. geprägt, geätzt oder geformt sein. Die Kanäle 12 können mit einem Material, das in einen Feststoff geformt sein kann, und einem Porogen oder einem Treibmittel gefüllt sein. Bei dem Prozess zum Formen des Materials in einen Feststoff erzeugt das Treibmittel poröse Strukturen in dem geformten Feststoff. Alternativ dazu kann beim Formen des Feststoffs das Porogen später durch Lösen, Ätzen oder Erwärmen des Porogens entfernt werden, um zu bewirken, dass dieses eine Flüssigkeit bildet und die Flüssigkeit aus der dreidimensionalen Struktur herausfließt, die in dem Kollektorplattenkanal 12 zurückbleibt. Bei einer Ausführungsform sind die Kanäle 12 mit einem ersten Material 18 gefüllt, das ein Monomer, einen Vernetzer und ein Porogen aufweisen kann. Das Monomer wird in einem zweiten Schritt beispielsweise durch Erwähnen oder indem es UV-Licht ausgesetzt wird, gehärtet, um ein gehärtetes Material 18c mit einem Porogen bereitzustellen. Anschließend wird das Porogen entfernt, was in einer vernetzten dreidimensionalen porösen Struktur 18d in dem Kanal 12 resultiert. Das Monomer kann so gewählt sein, dass es beim Härten einen hydrophilen Charakter besitzt, so dass die dreidimensionale poröse Struktur hydrophil ist. Alternativ dazu kann ein zusätzlicher Schritt zum chemischen Modifizieren der dreidimensionalen Struktur in dem Kanal 12 verwendet werden, um in die dreidimensionale Struktur eine Hydrophilie einzuführen.Now referring to 1 includes an embodiment of the invention that a fuel cell collector plate 10 with a reactant gas flow field provided therein by a plurality of channels 12 and footbridges 14 is defined. The channels 12 can in a substrate 16 may be formed of a composite material or a metal such as stainless steel, aluminum, titanium or other alloy. The channels 12 can in the substrate 16 machined or machined, punched or stamped, etched or shaped. The channels 12 may be filled with a material that may be formed into a solid and a porogen or a propellant. In the process of forming the material into a solid, the blowing agent produces porous structures in the shaped solid. Alternatively, when the solid is formed, the porogen may later be removed by dissolving, etching, or heating the porogen to cause it to form a liquid and to drain the liquid out of the three-dimensional structure contained in the collector plate channel 12 remains. In one embodiment, the channels are 12 with a first material 18 filled, which may have a monomer, a crosslinker and a porogen. The monomer is cured in a second step by, for example, mentioning or exposure to UV light to form a cured material 18c to provide with a porogen. Subsequently, the porogen is removed, resulting in a cross-linked three-dimensional porous structure 18d in the channel 12 results. The monomer may be selected to have a hydrophilic character upon curing, so that the three-dimensional porous structure is hydrophilic. Alternatively, an additional step may be to chemically modify the three-dimensional structure in the channel 12 be used to introduce a hydrophilicity in the three-dimensional structure.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die dreidimensionale hydrophile poröse Struktur außerhalb unter Verwendung einer Form mit einer identischen Geometrie wie die Strömungskanäle 12 der Brennstoffzellenkollektorplatte 10 erzeugt werden. Zusätzlich kann die poröse Struktur aus einer Vielzahl anderer Materialien hergestellt sein, die Metalle und Keramiken aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Bevorzugt ist das für die dreidimensionale Struktur gewählte Material chemisch beständig gegenüber der Brennstoffzellenumgebung. Es ist ein Polymer bevorzugt, das gegenüber HF beständig ist. Ferner werden, da das Material in dem Kanal 12 dreidimensional ist, Probleme in Verbindung mit der Anhaftung zweidimensionaler Beschichtungen an Bipolarplattenoberflächen überwunden.In another embodiment of the invention, the three-dimensional hydrophilic porous structure may be exterior using a mold having an identical geometry as the flow channels 12 the fuel cell collector plate 10 be generated. In addition, the porous structure may be made of a variety of other materials, which may include but are not limited to metals and ceramics. Preferably, the material chosen for the three-dimensional structure is chemically resistant to the fuel cell environment. A polymer which is resistant to HF is preferred. Further, since the material in the channel 12 is three-dimensional, overcome problems associated with the adhesion of two-dimensional coatings to bipolar plate surfaces.

Die dreidimensionale poröse Struktur ist keine Gasdiffusionsmediumschicht. Die Gasdiffusionsmediumschicht umfasst typischerweise Kohlefasern in der Form von Kohlepapier oder -filz.The three-dimensional porous structure is not a gas diffusion medium layer. The gas diffusion media layer typically comprises carbon fibers in the form of carbon paper or felt.

Nun Bezug nehmend auf 2 weist eine andere Ausführungsform der Erfindung ein Produkt 10c auf, wie eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel, mit einer ersten Bipolarplatte 16c, die ein Reaktandengasströmungsfeld aufweist, das darin durch mehrere Stege 14c und Kanäle 12c definiert ist, und mit einer vernetzten dreidimensionalen porösen Struktur 18d in dem Kanal 12c. Eine erste Gasdiffusionsmediumschicht 20c kann unter der ersten Bipolarplatte 16c liegen. Die erste Gasdiffusionsmediumschicht 20c kann eine Vielzahl von Kohlefasern in der Form von Kohlepapier oder Kohlenstofffilz aufweisen. Es kann eine mikroporöse Schicht 22c vorgesehen sein, die unter der ersten Gasdiffusionsmediumschicht 20c liegt. Die mikroporöse Schicht 22c ist bevorzugt auf die erste Gasdiffusionsmediumschicht 20c beschichtet und kann eine Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln in einem Polytetrafluorethylenbinder aufweisen. Eine Kathodenelektrode 24c kann unter der ersten mikroporösen Schicht 22c liegen. Die Kathodenelektrode 24c kann einen Katalysator aufweisen, wie Platin, der auf einer Vielzahl von Kohlenstoffpartikeln getragen ist und ein Ionomer aufweist, wie NAFION. Eine Polyelektrolytmembran 26 kann unter der Kathode 24c liegen. Die Polyelektrolytmembran 26 kann aus einem Ionomer, wie NAFION, geformt sein und kann gegebenenfalls durch eine Tafel aus expandiertem Polytetrafluorethylen gestützt sein. Eine Anodenschicht 24a kann unter der Polyelektrolytmembran 26 liegen und kann ähnlich der Kathodenschicht 24c aufgebaut sein. Eine zweite mikroporöse Schicht 22a kann unter der Anodenschicht 24a liegen. Eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht 20a kann unter der zweiten mikroporösen Schicht 22a liegen. Eine zweite Bipolarplattenschicht 16a besitzt ein Reaktandengasströmungsfeld, das darin durch mehrere Stege 14a und Kanäle 12a definiert ist, mit einer vernetzten dreidimensionalen porösen Struktur 18d in den Kanälen 12a.Now referring to 2 For example, another embodiment of the invention provides a product 10c on, such as a fuel cell or a fuel cell stack, with a first bipolar plate 16c comprising a reactant gas flow field defined therein by a plurality of lands 14c and channels 12c is defined, and with a networked three-dimensional porous structure 18d in the channel 12c , A first gas diffusion media layer 20c can be under the first bipolar plate 16c lie. The first gas diffusion media layer 20c may comprise a plurality of carbon fibers in the form of carbon paper or carbon felt. It can be a microporous layer 22c be provided under the first gas diffusion medium layer 20c lies. The microporous layer 22c is preferred to the first gas diffusion media layer 20c coated and may have a plurality of carbon particles in a polytetrafluoroethylene binder. A cathode electrode 24c can be under the first microporous layer 22c lie. The cathode electrode 24c may comprise a catalyst such as platinum supported on a plurality of carbon particles and having an ionomer such as NAFION. A polyelectrolyte membrane 26 can under the cathode 24c lie. The polyelectrolyte membrane 26 may be formed from an ionomer, such as NAFION, and may optionally be supported by a sheet of expanded polytetrafluoroethylene. An anode layer 24a can be under the polyelectrolyte membrane 26 lie and can be similar to the cathode layer 24c be constructed. A second microporous layer 22a can be under the anode layer 24a lie. A second gas diffusion media layer 20a can under the second microporous layer 22a lie. A second bipolar plate layer 16a has a reactant gas flow field defined therein by a plurality of lands 14a and channels 12a is defined, with a networked three-dimensional porous structure 18d in the channels 12a ,

Claims (18)

Brennstoffzellenbipolarplatte (10) mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das in zumindest einer Seite derselben definiert ist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld durch mehrere Stege (14) und Kanäle (12) definiert ist, und einer dreidimensionalen, porösen, hydrophilen Struktur (18d), die zumindest einen der Kanäle im Wesentlichen füllt.Fuel cell bipolar plate ( 10 ) having a reactant gas flow field defined in at least one side thereof, the reactant gas flow field being defined by a plurality of lands (US Pat. 14 ) and channels ( 12 ) and a three-dimensional, porous, hydrophilic structure ( 18d ) that substantially fills at least one of the channels. Brennstoffzellenkollektorplatte (10) mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das darin definiert ist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld durch mehrere Stege (14) und Kanäle (12) definiert ist, die in einer Seite der Kollektorplatte (10) geformt sind, einer dreidimensionalen porösen Struktur (18d), die einen Kanal (12) im Wesentlichen füllt, und einer hydrophilen Beschichtung an zumindest einem Abschnitt der dreidimensionalen Struktur (18d).Fuel cell collector plate ( 10 ) with a reactant gas flow field defined therein, wherein the reactant gas flow field is defined by a plurality of lands ( 14 ) and channels ( 12 ) defined in one side of the collector plate ( 10 ), a three-dimensional porous structure ( 18d ), which has a channel ( 12 ) and a hydrophilic coating on at least a portion of the three-dimensional structure ( 18d ). Brennstoffzellenkollektorplatte nach Anspruch 2, wobei die dreidimensionale Struktur (18d) ein Polymer umfasst.A fuel cell collector plate according to claim 2, wherein said three-dimensional structure ( 18d ) comprises a polymer. Brennstoffzellenkollektorplatte nach Anspruch 2, wobei die dreidimensionale Struktur (18d) ein keramisches Material umfasst.A fuel cell collector plate according to claim 2, wherein said three-dimensional structure ( 18d ) comprises a ceramic material. Brennstoffzellenkollektorplatte nach Anspruch 2, wobei die dreidimensionale Struktur (18d) ein Metall umfasst.A fuel cell collector plate according to claim 2, wherein said three-dimensional structure ( 18d ) comprises a metal. Verfahren, umfassend, dass: eine Brennstoffzellenbipolarplatte (10) vorgesehen wird, die eine erste Seite mit einem darin definierten Reaktandengasströmungsfeld aufweist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld zumindest teilweise durch mehrere Stege (14) und Kanäle (12) definiert ist; die Kanäle (12) mit einem ersten Material (18) gefüllt werden, wobei das erste Material (18) verfestigt werden kann, wobei das erste Material (18) ein Mittel zum Formen von Poren umfasst; und bewirkt wird, dass das erste Material (18) in eine dreidimensionale, poröse Struktur (18d) in dem festen Zustand geformt wird.A method, comprising: a fuel cell bipolar plate ( 10 ) having a first side with a reactant gas flow field defined therein, the reactant gas flow field being at least partially defined by a plurality of lands (US Pat. 14 ) and channels ( 12 ) is defined; the channels ( 12 ) with a first material ( 18 ), the first material ( 18 ), the first material ( 18 ) comprises a means for molding pores; and causes the first material ( 18 ) into a three-dimensional, porous structure ( 18d ) is molded in the solid state. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die dreidimensionale feste Struktur hydrophil ist.The method of claim 6, wherein the three-dimensional solid structure is hydrophilic. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass die dreidimensionale poröse Struktur (18d) behandelt wird, um eine Hydrophilie einzuführen.The method of claim 6, further comprising the three-dimensional porous structure ( 18d ) to introduce a hydrophilicity. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass eine hydrophile Beschichtung über zumindest einem Abschnitt der dreidimensionalen porösen Struktur (18d) geformt wird.The method of claim 6, further comprising a hydrophilic coating over at least a portion of the three-dimensional porous structure ( 18d ) is formed. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Material (18) ein Monomer und einen Vernetzer umfasst.The method of claim 6, wherein the first material ( 18 ) comprises a monomer and a crosslinker. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Material (18) ein Vorpolymer umfasst.The method of claim 6, wherein the first material ( 18 ) comprises a prepolymer. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Material (18) eine Keramik umfasst.The method of claim 6, wherein the first material ( 18 ) comprises a ceramic. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das erste Material (18) ein Metall umfasst.The method of claim 6, wherein the first material ( 18 ) comprises a metal. Verfahren, umfassend, dass: eine Brennstoffzellenbipolarplatte (10) vorgesehen wird, die ein Reaktandengasströmungsfeld aufweist, das in einer ersten Seite derselben geformt ist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld mehrere Stege (14) und Kanäle (12) umfasst; und eine poröse dreidimensionale Struktur (18d) in den Kanälen (12) angeordnet wird, die diese im Wesentlichen füllt.A method, comprising: a fuel cell bipolar plate ( 10 ) having a reactant gas flow field formed in a first side thereof, the reactant gas flow field having a plurality of lands (US Pat. 14 ) and channels ( 12 ); and a porous three-dimensional structure ( 18d ) in the channels ( 12 ), which substantially fills them. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die dreidimensionale poröse Struktur hydrophil ist.The method of claim 14, wherein the three-dimensional porous structure is hydrophilic. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend, dass die dreidimensionale poröse Struktur (18d) behandelt wird, um darin eine Hydrophilie einzuführen.The method of claim 14, further comprising that the three-dimensional porous structure ( 18d ) is treated to introduce a hydrophilicity therein. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend, dass zumindest ein Abschnitt der dreidimensionalen porösen Struktur (18d) mit einer hydrophilen Beschichtung beschichtet wird.The method of claim 14, further comprising at least a portion of the three-dimensional porous structure ( 18d ) is coated with a hydrophilic coating. Brennstoffzelle (10c), umfassend: eine erste Brennstoffzellenbipolarplatte (16c) mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das in zumindest einer ersten Seite derselben geformt ist, wobei das Reaktandengasströmungsfeld durch zumindest mehrere Stege (14c) und Kanäle (12c) definiert ist, und einer dreidimensionalen, porösen, hydrophilen Struktur (18d) in einem der Kanäle (12c), und wobei die dreidimensionale, poröse, hydrophile Struktur (18d) einen der Kanäle (12c) im Wesentlichen füllt; eine erste Gasdiffusionsmediumschicht (20c), die unter der ersten Bipolarplatte (16c) liegt, eine erste Katalysatorelektrode (24c), die unter der ersten Gasdiffusionsmediumschicht (20c) liegt, eine Polyelektrolytmembran (26), die unter der ersten katalytischen Elektrode (24c) liegt, eine zweite katalytische Elektrode (24a), die unter der Polyelektrolytmembran (26) liegt, eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht (20a), die unter der zweiten katalytischen Elektrode (24a) liegt, und eine zweite Bipolarplatte (16a), die unter der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht (20a) liegt.Fuel cell ( 10c ), comprising: a first fuel cell bipolar plate ( 16c ) having a reactant gas flow field formed in at least a first side thereof, the reactant gas flow field being defined by at least a plurality of lands (US Pat. 14c ) and channels ( 12c ) and a three-dimensional, porous, hydrophilic structure ( 18d ) in one of the channels ( 12c ), and wherein the three-dimensional, porous, hydrophilic structure ( 18d ) one of the channels ( 12c ) substantially fills; a first gas diffusion media layer ( 20c ), which under the first bipolar plate ( 16c ), a first Catalyst electrode ( 24c ), which under the first gas diffusion media layer ( 20c ), a polyelectrolyte membrane ( 26 ), which under the first catalytic electrode ( 24c ), a second catalytic electrode ( 24a ), which under the polyelectrolyte membrane ( 26 ), a second gas diffusion media layer ( 20a ), which under the second catalytic electrode ( 24a ), and a second bipolar plate ( 16a ), which under the second gas diffusion media layer ( 20a ) lies.
DE102008034545.8A 2008-07-24 2008-07-24 Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture Expired - Fee Related DE102008034545B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008034545.8A DE102008034545B4 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008034545.8A DE102008034545B4 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008034545A1 DE102008034545A1 (en) 2010-02-11
DE102008034545B4 true DE102008034545B4 (en) 2016-02-18

Family

ID=41501031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008034545.8A Expired - Fee Related DE102008034545B4 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008034545B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016224927A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-14 Robert Bosch Gmbh Method for producing a flow plate for a fuel cell
DE102019209766A1 (en) 2019-07-03 2021-01-07 Audi Ag Fuel cell plate, bipolar plate and fuel cell device
TWI767579B (en) 2021-02-22 2022-06-11 財團法人工業技術研究院 Close-end fuel cell and anode bipolar plate thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641586A (en) * 1995-12-06 1997-06-24 The Regents Of The University Of California Office Of Technology Transfer Fuel cell with interdigitated porous flow-field
US20070072049A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Atsushi Sadamoto Fuel cell and fuel cell system
DE112005002778T5 (en) * 2004-11-12 2007-08-30 General Motors Corp., Detroit Hydrophilic surface modification of bipolar plates
EP1626454B1 (en) * 2000-10-23 2008-03-19 General Motors Corporation Fuel cell with convoluted Membrane Electrode Assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641586A (en) * 1995-12-06 1997-06-24 The Regents Of The University Of California Office Of Technology Transfer Fuel cell with interdigitated porous flow-field
EP1626454B1 (en) * 2000-10-23 2008-03-19 General Motors Corporation Fuel cell with convoluted Membrane Electrode Assembly
DE112005002778T5 (en) * 2004-11-12 2007-08-30 General Motors Corp., Detroit Hydrophilic surface modification of bipolar plates
US20070072049A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Atsushi Sadamoto Fuel cell and fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008034545A1 (en) 2010-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8383291B2 (en) Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates
DE102006043279B4 (en) Fluid distribution element, process for its preparation and fuel cell with fluid distribution element
DE102007003825B4 (en) Super hydrophilic, nanoporous, electrically conductive coatings for PEM fuel cells
DE112005002778B4 (en) METHOD FOR HYDROPHILIC SURFACE MODIFICATION OF BIPOLAR PLATES
DE102007051366B4 (en) Hydrophobic fuel cell component and process for its preparation
DE10393838B4 (en) Corrosion resistant PEM fuel cell, separator plate and method of making and treating same
DE112006001185B4 (en) Porous, electrically conductive fluid distribution plate for fuel cells, method for producing a fluid distribution plate, and a fuel cell
JP4994364B2 (en) Diffusion medium, fuel cell, and system using fuel cell as power source
DE102011009986B4 (en) The fuel cell system
DE102010020288B4 (en) DIFFUSION MEDIUM LAYER FOR A FUEL CELL
DE102006025123B4 (en) Coating of a separator plate of a fuel cell
DE102013207900A1 (en) Membrane electrode unit and fuel cell with such
DE112005001131T5 (en) Novel method to produce a high performance membrane electrode assembly (MEA) for a PEM fuel cell
DE112004002665T5 (en) Durable diffusion media coated with a membrane electrode assembly catalyst without lamination to the membrane
DE102010020291A1 (en) Separator plates formed by photopolymer-based processes
DE102008034545B4 (en) Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates and methods of manufacture
DE102011109909B4 (en) Surface treated carbon coatings for flow field plates
DE102011014137A1 (en) Coating a substrate with nanoparticles involves depositing a solution comprising an organometallic compound on a substrate, drying the solution, and partially oxidizing an organic component of the organometallic compound
DE102016221395A1 (en) Bipolar plate and porous transport layer for an electrolyzer
WO2019185350A1 (en) Gas distributor structure for a fuel cell
DE102011014154A1 (en) Selectively coated bipolar plates for water management and freeze start in pem fuel cells
DE112011101043T5 (en) Direct oxidation fuel cell
DE102009057398A1 (en) Process for coating a substrate with a metal oxide nanoparticles
WO2002027837A2 (en) Method for operating a fuel cell, polymer-electrolyte membrane fuel cell operated according to said method and method for producing the same
DE112006001838B4 (en) Electrically conductive fluid distribution plate and fuel cell configured therewith

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US

Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US

Effective date: 20110323

R018 Grant decision by examination section/examining division
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000

Ipc: H01M0008023000

R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee