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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein Bipolarplatten für Brennstoffzellen und insbesondere eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte eine hydrophile Beschichtung aufweist, die sich vollständig durch das Tunnelgebiet der Strömungskanäle zwischen dem aktiven Gebiet des Brennstoffzellenströmungsfeldes und den Einlass- und Auslassverteilern erstreckt.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC umfasst allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran abgeschieden. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
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Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Für den oben erwähnten Kraftfahrzeug-Brennstoffzellenstapel kann der Stapel zweihundert oder mehr Brennstoffzellen umfassen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodenreaktandengas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die durch den Stapel über einen Kompressor getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffreaktandengas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
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Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Serie von Bipolarplatten, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind. Die Bipolarplatten umfassen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel. An der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. An der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten weisen auch Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt.
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Die Bipolarplatten bestehen typischerweise aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl, Titan, Aluminium, polymeren Kohlenstoffkompositen, etc., so dass sie die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität von einer Zelle zu der nächsten Zelle und aus dem Stapel heraus leiten. Metall-Bipolarplatten erzeugen typischerweise ein natürliches Oxid an ihrer Außenfläche, das diese beständig gegenüber Korrosion macht. Jedoch ist die Oxidschicht nicht leitend und erhöht somit den Innenwiderstand der Brennstoffzelle, wodurch ihre elektrische Leistungsfähigkeit verringert wird. Auch macht die Oxidschicht die Platte hydrophober. Es ist in der Technik bekannt, eine dünne Schicht aus einem leitenden Material, wie Gold, auf den Bipolarplatten abzuscheiden, um den Kontaktwiderstand zwischen der Platte und den Diffusionsmedien in den Brennstoffzellen zu reduzieren.
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Wie es in der Technik gut bekannt ist, müssen die Membrane in einer Brennstoffzelle eine gewisse relative Feuchte besitzen, so dass der Ionenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Im Betrieb der Brennstoffzelle kann Feuchtigkeit von den MEAs und externer Befeuchtung in die Anoden- und Kathodenströmungskanäle eintreten. Bei niedrigen Zellenleistungsanforderungen, typischerweise unter 0,2 A/cm2, kann sich das Wasser in den Strömungskanälen ansammeln, da der Durchfluss des Reaktandengases zu gering ist, um das Wasser aus den Kanälen zu treiben. Wenn sich das Wasser ansammelt, bildet es Tröpfchen, die sich aufgrund der relativ hydrophoben Beschaffenheit des Plattenmaterials zunehmend ausdehnen. Die Tröpfchen bilden sich in den Strömungskanälen im Wesentlichen rechtwinklig zu der Strömung des Reaktandengases. Wenn die Größe der Tröpfchen zunimmt, wird der Strömungskanal geschlossen und das Reaktandengas an andere Strömungskanäle umgelenkt, da die Kanäle zwischen gemeinsamen Einlass- und Auslassverteilern parallel verlaufen. Da das Reaktandengas nicht durch einen mit Wasser blockierten Kanal strömen kann, kann das Reaktandengas das Wasser nicht aus dem Kanal treiben. Diejenigen Bereiche der Membran, die kein Reaktandengas aufgrund einer Blockierung des Kanals aufnehmen, erzeugen keine Elektrizität, was in einer nicht homogenen Stromverteilung und einer Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades der Brennstoffzelle resultiert. Wenn mehr und mehr Strömungskanäle durch Wasser blockiert werden, nimmt die von der Brennstoffzelle erzeugte Elektrizität ab, wobei ein Zellenspannungspotenzial von weniger als 200 mV als ein Zellenausfall betrachtet wird. Da die Brennstoffzellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, kann, wenn eine der Brennstoffzellen funktionsunfähig wird, der gesamte Brennstoffzellenstapel funktionsunfähig werden.
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Es ist gewöhnlich möglich, das angesammelte Wasser in den Strömungskanälen dadurch zu spülen, dass das Reaktandengas periodisch durch die Strömungskanäle mit einem höheren Durchfluss getrieben wird. Jedoch erhöht dies auf der Kathodenseite die parasitäre Leistung, die an den Luftkompressor angelegt wird, wodurch der Gesamtsystemwirkungsgrad reduziert wird. Überdies existieren viele Gründe, den Wasserstoffbrennstoff nicht als ein Spülgas zu verwenden, einschließlich einer reduzierten Wirtschaftlichkeit, einem reduzierten Systemwirkungsgrad und einer erhöhten Systemkomplexität zur Behandlung erhöhter Konzentrationen von Wasserstoff in dem Abgasstrom.
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Eine Reduzierung von angesammeltem Wasser in den Kanälen kann auch durch Reduzierung einer Einlassbefeuchtung erreicht werden. Jedoch ist es erwünscht, eine gewisse relative Feuchte in den Anoden- und Kathodenreaktandengasen vorzusehen, so dass die Membran in den Brennstoffzellen hydratisiert bleibt. Ein trockenes Einlassgas besitzt eine Trocknungswirkung auf die Membran, die den Ionenwiderstand der Zelle erhöhen und die Langzeithaltbarkeit der Membran begrenzen kann.
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In der Technik ist es vorgeschlagen worden, Bipolarplatten für eine Brennstoffzelle hydrophil zu machen, um einen Kanalwassertransport zu verbessern, siehe hierzu beispielsweise die Druckschriften
DE 11 2006 000 613 T5 ,
JP 2004/103271 A ,
DE 10 2007 034 239 A1 oder
DE 11 2005 001 954 T5 . Eine hydrophile Platte bewirkt, dass Wasser in den Kanälen einen dünnen Film bildet, bei dem die Tendenz geringer ist, die Strömungsverteilung entlang der Gruppierung von Kanälen, die mit den gemeinsamen Einlass- und Auslasssammelleitungen verbunden sind, zu ändern. Wenn das Plattenmaterial ausreichend benetzbar ist, tritt der Wassertransport durch die Diffusionsmedien in Kontakt mit den Kanalwänden und wird dann durch Kapillarkraft in die unteren Ecken des Kanals entlang seiner Länge transportiert. Die physikalischen Anforderungen, um eine spontane Benetzung in den Ecken eines Strömungskanals zu unterstützen, sind in der Concus-Finn-Bedingung beschrieben:
wobei β der statische Kontaktwinkel ist und α der Kanal-eckenwinkel ist. Für einen rechtwinkligen Kanal gilt α/2= 45°, was angibt, dass eine spontane Benetzung erfolgt, wenn der statische Kontaktwinkel kleiner als 45° ist. Für die grob rechtwinkligen Kanäle, die in gegenwärtigen Brennstoffzellenstapelkonstruktionen mit Composit-Bipolarplatten verwendet werden, setzt dies eine ungefähre obere Grenze für den Kontaktwinkel, der erforderlich ist, um die nützlichen Wirkungen hydrophiler Plattenoberflächen auf den Kanalwassertransport und eine Niedriglaststabilität zu verwirklichen.
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Der Nutzen von hydrophilen Beschichtungen an Bipolarplatten beim Betrieb eines PEM-Brennstoffzellenstapels sind durch Tests unter Verwendung verschiedener Beschichtungen, wie Chromsäureätzung und Siliziumdioxid (SiO2) demonstriert worden. Diese Tests haben deutliche Verbesserungen bei der Spannungsstabilität bei Niedrigleistung im Vergleich zu Stapeln gezeigt, die mit unbehandelten Bipolarplatten betrieben wurden. Diese Tests umfassen ein Bewerten einer Niedrigleistungsstabilität durch Änderung der Stapellast von entweder einem feuchten oder einem trockenen Zustand bei 0,6 A/cm2 zu einem feuchten oder trockenen Zustand bei entweder 0,1 oder 0,05 A/cm2. Wenn nach der Änderung zu Niedriglast für 120 Minuten keine Zellenspannungsabfälle unter 300 mV auftreten, wird davon ausgegangen, dass dieser Übergang erfolgreich abgelaufen ist. Jedoch haben diese Tests gezeigt, dass extrem hydrophile Oberflächen innerhalb der Strömungskanäle der Bipolarplatte dennoch einige Stabilitätsprobleme bei Stromdichten von 0,05 A/cm2 und darunter unter feuchten Bedingungen besitzen.
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Bei bestimmten Brennstoffzellenstapelkonstruktionen erfolgt ein Übergang der Reaktandengasströmungskanäle für sowohl die Anodenseite als auch die Kathodenseite der Brennstoffzelle typischerweise zwischen dem Einlassverteiler und dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle und dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle und dem Auslassverteiler durch einen Zellendichtungsbereich. An diesem Dichtungsbereich besitzen die Strömungskanäle eine Versetzung, an der sie unter der Dichtung verlaufen und die in der Industrie als Tunnelgebiete der Strömungskanäle bezeichnet wird. Die bekannten Beschichtungsprozesse zur Bereitstellung einer hydrophilen Schicht an den Bipolarplatten sind typischerweise Prozesse zur Beschichtung in Sichtlinie bzw. Sichtabscheidungsprozesse, wie PVD, wobei die Strömungskanäle in den Tunnelgebieten typischerweise nicht mit dem hydrophilen Material beschichtet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsfeldplatte oder Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle offenbart, die eine hydrophile Beschichtung aufweist, die an Strömungsfeldkanälen geformt ist, die durch ein Tunnelgebiet zwischen einem aktiven Bereich der Zelle und den Einlass- und Auslassverteilern verlaufen. Die Strömungsfeldplatten sind eine Baugruppe einer kathodenseitigen Unipolarplatte und einer anodenseitigen Unipolarplatte. Die hydrophile Beschichtung wird beiderseits an den Unipolarplatten vor dem Zusammenbau der Unipolarplatten in die Strömungsfeldplatte abgeschieden, so dass Sichtabscheidungsprozesse dazu verwendet werden können, die Strömungsfeldkanäle in dem Tunnelgebiet zu beschichten. Die Unipolarplatten können beliebige geeignete Brennstoffzellen-Unipolarplatten sein, wie geprägte bzw. gestanzte Unipolarplatten oder Komposit- bzw. Verbund-Unipolarplatten.
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Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle, die Komposit-Bipolarplatten aufweist, die ein Strömungskanal-Tunnelgebiet an einem Dichtungsbereich zwischen einem Kathodeneinlassverteiler und einem aktiven Gebiet der Zelle zeigen, wobei Unipolarplatten eine hydrophile Schicht an jeder Seite der Platte aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle, die Komposit-Bipolarplatten aufweist, die ein Strömungskanaltunnelgebiet an einem Dichtungsbereich zwischen einem Anodeneinlassverteiler und einem aktiven Gebiet der Zelle zeigen, wobei Unipolarplatten eine hydrophile Schicht an jeder Seite der Platte aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle, die geprägte Bipolarplatten aufweist, die ein Strömungskanal-Tunnelgebiet an einem Dichtungsbereich zwischen einem Kathodeneinlassverteiler und einem aktiven Gebiet der Zelle zeigen, wobei Unipolarplatten eine hydrophile Schicht an jeder Seite der Platte aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle, die geprägte Bipolarplatten aufweist, die ein Strömungskanaltunnelgebiet an einem Dichtungsbereich zwischen einem Anodeneinlassverteiler und einem aktiven Gebiet der Zelle zeigen, wobei Unipolarplatten eine hydrophile Schicht an jeder Seite der Platte aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie oben diskutiert ist, umfasst ein Brennstoffzellenstapel typischerweise eine Dichtung, die um den aktiven Bereich des Stapels und zwischen den Stapelverteilern und dem aktiven Bereich für jede Brennstoffzelle verläuft, um eine Gasleckage von dem Stapel zu verhindern. Um die Kathodenströmung, die Anodenströmung wie auch die Kühlfluidströmung von dem jeweiligen Einlassverteiler in die Strömungskanäle des aktiven Bereichs der Brennstoffzelle und von den Strömungskanälen des aktiven Bereichs zu dem jeweiligen Auslassverteiler zu erhalten, ist es notwendig, dass die Strömungskanäle durch den Dichtungsbereich verlaufen, ohne die Dichtungsintegrität zu beeinträchtigen. Typischerweise sind Löcher durch die Bipolarplatte um die Dichtungen herum vorgesehen, was eine Biegung in den Strömungskanälen erfordert, so dass sie mit den Strömungskanälen in dem aktiven Bereich in Ausrichtung sind. Diese Biegung in den Kathoden- und Anodenströmungskanälen stellt einen Bereich bereit, in dem sich Wasser ansammeln und gehalten werden kann, das tendenziell den Strömungskanal verschließt und die Strömung von Reaktandengas reduziert.
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In der Technik ist es bekannt, Beschichtungen an den Bipolarplatten abzuscheiden, die die Platten leitend, korrosionsbeständig, hydrophil und/oder stabil in der Brennstoffzellenumgebung machen. Bei einer Ausführungsform ist die hydrophile Beschichtung ein Metalloxid. Geeignete Metalloxide für die hydrophilen Beschichtungen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Siliziumdioxid (SiO2), Hafniumdioxid (HfO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zinnoxid (SnO2), Tantalpentoxid (Ta2O5), Niobpentoxid (Nb2O5), Molybdändioxid (MoO2), Iridiumdioxid (IrO2), Rutheniumdioxid (RUO2) und Mischungen daraus.
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Die Metalloxide können dotiert werden, um diese elektrisch leitend zu machen. Geeignete Dotiermittel können aus Materialien gewählt sein, die geeignete Punktdefekte erzeugen können, wie N, C, Li, Ba, Pb, Mo, Ag, Au, Ru, Re, Nd, Y, Mn, V, Cr, Sb, Ni, W, Zr, Hf, etc. und Mischungen daraus. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist das dotierte Metalloxid Niob-(Nb)- und Tantal-(Ta)-dotiertes Titanoxid (TiO2) und Fluor-(F)-dotiertes Zinnoxid (SnO2). Die Menge an Dotiermittel in den Beschichtungen kann im Bereich von 0 - 10 % der Zusammensetzung der Beschichtungen liegen.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die hydrophilen Beschichtungen Carbide, die leitend, korrosionsbeständig, hydrophil und stabil in der Brennstoffzellenumgebung sind. Geeignete Carbide umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Chromcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid, Niobcarbid und Zirkoniumcarbid.
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Bei einer anderen Ausführungsform können hydrophile Beschichtungen durch eine Chromsäureätzung geformt werden, die die Oberfläche der Platten aufraut, um deren Hydrophilie zu erhöhen.
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Das hydrophile Metalloxidmaterial kann auf den Bipolarplatten durch eine beliebige geeignete Technik abgeschieden werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Prozesse mit physikalischer Dampfphasenabscheidung bzw. Physical Vapor Deposition (PVD), Prozesse mit chemischer Dampfphasenabscheidung bzw. Chemical Vapor Deposition (CVD), thermische Sprühprozesse wie auch Sol-Gel. Geeignete Beispiele von Prozessen mit physikalischer Dampfphasenabscheidung umfassen Elektronenstrahlverdampfung, Magnetronsputtern sowie Prozesse mit gepulstem Plasma. Geeignete Prozesse mit chemischer Dampfphasenabscheidung umfassen plasmaunterstützte CVD wie auch Atomschichtabscheidungsprozesse.
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1 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle 10 zwischen einem Anodeneinlassverteiler (nicht gezeigt) und einem aktiven Bereich der Zelle (nicht gezeigt), die durch eine Dichtung 12 getrennt sind. Die Brennstoffzelle 10 weist eine anodenseitige Komposit-Unipolarplatte 14 wie auch eine kathodenseitige Komposit-Unipolarplatte 16 auf. Die Unipolarplatten 14 und 16 stellen eine Hälfte der Bipolarplatte für benachbarte Zellen dar, wobei die Unipolarplatte für die benachbarte Brennstoffzelle nicht gezeigt ist. Die Unipolarplatten für benachbarte Brennstoffzellen können zur Formung der vollständigen Bipolarplatte durch einen beliebigen geeigneten Prozess, wie Laserschweißen, aneinander befestigt werden. Die Brennstoffzelle 10 weist auch eine anodenseitige Diffusionsmediumschicht 18, eine kathodenseitige Diffusionsmediumschicht 20 und eine Membran 22 dazwischen auf. Die anodenseitige Unipolarplatte 14 umfasst Anodenströmungskanäle 24, und die kathodenseitige Unipolarplatte 16 umfasst eine Hälfte von Kühlfluidströmungskanälen 26, wobei die andere Hälfte der Kühlfluidströmungskanäle von der anderen Unipolarplatte bereitgestellt wird. Die Unipolarplatte 16 weist auch Kathodenströmungskanäle 28 auf. Wie es offensichtlich ist, verlaufen die Kathodenströmungskanäle 28 durch ein Tunnelgebiet 30, das ein Loch 32 aufweist, so dass sich der Strömungskanal 28 unter dem durch die Dichtung 12 definierten Dichtungsbereich erstrecken kann.
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Wie oben beschrieben ist, werden verschiedene elektrisch leitende und hydrophile Materialien an den Bipolarplatten abgeschieden, um eine bessere Reaktandengasströmung durch die Strömungskanäle 24 und 28 bereitzustellen. Jedoch waren die Prozesse, die dazu verwendet wurden, die hydrophilen Materialien abzuscheiden, typischerweise Sichtabscheidungsprozesse, die ausgeführt wurden, nachdem die Unipolarplatten auf irgendeine Art und Weise miteinander verschweißt oder aneinander angehaftet wurden, um die vollständige Bipolarplatte zu formen. Daher verhinderten diese Prozesse typischerweise, dass sich das hydrophile Material in das Loch 32 und das Tunnelgebiet 30 der Kathodenströmungskanäle 28 erstreckte. Das Tunnelgebiet 30 ist ein Ort, an dem sich tendenziell Wasser ansammelt und die Wirkung der Wasseransammlung ohne das hydrophile Material in diesem Gebiet erhöht ist.
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Gemäß der Erfindung werden die hydrophilen Materialien an Unipolarplatten abgeschieden, bevor die Unipolarplatten zusammengebaut werden, so dass das Material in allen Bereichen der Strömungskanäle, einschließlich dem Tunnelgebiet 30 abgeschieden wird. Die hydrophilen Schichten sind als eine Schicht 34 an der anodenseitigen Unipolarplatte 14 und eine Schicht 36 an der kathodenseitigen Unipolarplatte 16 dargestellt. Die hydrophilen Schichten werden auf allen Oberflächen der Unipolarplatten 14 und 16 abgeschieden, so dass, wenn die Unipolarplatten in die Bipolarplatten zusammengebaut werden, die Schichten 34 und 36 an dem Kühlfluidströmungskanalgebiet miteinander in Kontakt treten.
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2 ist eine Schnittansicht eines anderen Abschnitts der Brennstoffzelle 10 zwischen einem Anodeneinlassverteiler (nicht gezeigt) und dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle 10. Eine Dichtung 40 stellt die Abdichtung zwischen dem Anodeneinlassverteiler und dem aktiven Gebiet bereit. Wie es offensichtlich ist, laufen die Anodenströmungskanäle 24 in versetzter Anordnung auch um die Dichtung 40, durch ein Loch 44 und in das Tunnelgebiet 42. Wie es auch offensichtlich ist, ist die hydrophile Schicht 34 durch das Tunnelgebiet 42 vorgesehen. Wie es dem Fachmann angemerkt sei, sind das Tunnelgebiet zwischen dem Anodenauslassverteiler (nicht gezeigt) und dem aktiven Gebiet und dem Kathodenauslassverteiler und dem aktiven Gebiet ebenfalls mit dem hydrophilen Material beschichtet.
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3 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Brennstoffzelle 50 zwischen einem Kathodeneinlassverteiler (nicht gezeigt) und einem aktiven Bereich (nicht gezeigt) der Brennstoffzelle 50, die durch eine Abdichtung 68 getrennt sind. Die Brennstoffzelle 50 umfasst eine anodenseitige geprägte Metall-Unipolarplatte 52 und eine kathodenseitige geprägte Metall-Unipolarplatte 54. Die Unipolarplatten 52 und 54 stellen eine Hälfte der Bipolarplatten für benachbarte Brennstoffzellen dar. Eine anodenseitige Unipolarplatte 70 für eine benachbarte Brennstoffzelle 72 wird mit der Unipolarplatte 54 kombiniert, um die vollständige Bipolarplatte zwischen den Brennstoffzellen 50 und 72 bereitzustellen. Die Brennstoffzelle 50 umfasst eine anodenseitige Diffusionsmediumschicht 56, eine kathodenseitige Diffusionsmediumschicht 58 und eine Membran 60 dazwischen. Die anodenseitige Unipolarplatte 52 umfasst Anodenströmungskanäle 62 und Kühlfluidströmungskanäle 64. Die kathodenseitige Unipolarplatte 54 umfasst Kathodenströmungskanäle 66. Wie es offensichtlich ist, verlaufen die Kathodenströmungskanäle 66 durch ein Loch 84 und ein Tunnelgebiet 78 in der Unipolarplatte 54, durch das die Kathodenluftströmung strömt.
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Gemäß der Erfindung wird das hydrophile Material an den Unipolarplatten abgeschieden, bevor die Unipolarplatten miteinander zusammengebaut werden, so dass das Material in allen Bereichen der Strömungskanäle, einschließlich dem Tunnelgebiet 78 abgeschieden wird. Diese Schichten sind als eine Schicht 74 an der anodenseitigen Unipolarplatte 52 und als eine Schicht 76 an der kathodenseitigen Unipolarplatte 54 dargestellt. Die Schichten 74 und 76 werden an allen Oberflächen der Unipolarplatten 52 und 54 abgeschieden, so dass, wenn die Unipolarplatten in die Bipolarplatten zusammengebaut werden, die hydrophilen Schichten miteinander an dem Kühlfluidströmungskanalgebiet in Kontakt treten.
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4 ist eine Schnittansicht eines anderen Abschnitts der Brennstoffzelle 50 zwischen einem Anodeneinlassverteiler (nicht gezeigt) und dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle 50. Eine Dichtung 80 sieht die Abdichtung zwischen dem Anodeneinlassverteiler und dem aktiven Gebiet vor. Wie es offensichtlich ist, laufen die Anodenströmungskanäle 62 auch in versetzter Anordnung um die Dichtung 80 und durch ein Tunnelgebiet 82. Wie es auch offensichtlich ist, ist die hydrophile Schicht 74 durch das Tunnelgebiet 82 vorgesehen. Wie es dem Fachmann angemerkt sei, werden das Tunnelgebiet zwischen dem Anodenauslassverteiler (nicht gezeigt) und dem aktiven Gebiet und dem Kathodenauslassverteiler (nicht gezeigt) und dem aktiven Gebiet ebenfalls mit dem hydrophilen Material beschichtet.
