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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Offenlegung betrifft Brennstoffzellenstapel und im Spezielleren
eine bipolare Plattenanordnung und Verfahren zur Herstellung von
bipolaren Platten für Brennstoffzellenstapel.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Brennstoffzelle wurde als saubere, effiziente und umweltbewusste
Leistungsquelle für verschiedene Anwendungen vorgeschlagen.
Im Speziellen können einzelne Brennstoffzellen in Serie
zusammen gestapelt sein, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden,
der in der Lage ist, eine Menge an Elektrizität zu erzeugen,
die ausreicht, um ein Elektrofahrzeug zu betreiben.
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Ein
Beispiel für die Brennstoffzelle ist eine Protonenaustauschmembran
(PEM)-Brennstoffzelle. Die PEM-Brennstoffzelle umfasst eine Membran/Elektroden-Anordnung
(MEA), die allgemein einen dünnen, festen Polymermembranelektrolyten
mit einer Anode und einer Kathode mit einem Katalysator auf gegenüberliegenden
Flächen des Membranelektrolyten aufweist. Die MEA ist allgemein
zwischen einem Paar von porösen, leitfähigen Materialien
angeordnet, die auch als Gasdiffusionsmedien bekannt sind und gasförmige
Reaktanden, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff/Luft an die Anoden-
und Kathodenschichten verteilen. Die MEA und die Gasdiffusionsmedien
sind kollektiv als „weiche Teile” („softgoods”)
bekannt.
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Der
Wasserstoffreaktand wird an der Anode eingebracht, wo er elektrochemisch
in Gegenwart des Katalysators reagiert, um Elektronen und Protonen
zu erzeugen. Die Elektronen werden von der Anode zu der Kathode über
einen dazwischen angeordneten elektrischen Stromkreis geleitet.
Gleichzeitig durchlaufen die Protonen den Elektrolyt zu der Kathode,
wo ein Oxidationsmittel wie z. B. Sauerstoff oder Luft elektrochemisch in
Gegenwart des Elektrolyten und des Katalysators reagiert, um Sauerstoffanionen
zu erzeugen. Die Sauerstoffanionen reagieren mit den Protonen, um
Wasser als ein Reaktionsprodukt zu bilden.
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Die
weichen Teile der PEM-Brennstoffzelle sind zwischen einem Paar elektrisch
leitfähiger, bipolarer Platten angeordnet, welche als Stromabnehmer
für die Anoden- und Kathodenschichten dienen. Die bipolaren Platten
umfassen eine Vielzahl von Stegen und Strömungskanälen,
um die gasförmigen Reaktanden zu den Anoden und Kathoden
der Brennstoffzelle zu verteilen. Die bipolaren Platten dienen als
ein elektrischer Leiter zwischen benachbarten Brennstoffzellen und
sind ferner mit einer Vielzahl von internen Kanälen versehen,
die geeignet sind, um Wärme mit der Brennstoffzelle auszutauschen,
wenn ein Kühlmittel dadurch strömt. Die typische
bipolare Platte ist eine zusammengefügte Anordnung, die
aus zwei separaten unipolaren Platten aufgebaut ist. Jede unipolare
Platte besitzt eine Außenfläche mit Strömungskanälen
für die gasförmigen Reaktanden und eine Innenfläche
mit den internen Kühlmittelströmungskanälen.
Um elektrischen Strom zwischen den Anoden und Kathoden benachbarter
Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel zu leiten, sind die
gepaarten unipolaren Platten, die jede bipolare Plattenanordnung
bilden, mechanisch oder elektrisch verbunden.
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Ein
typischer Aufbau einer bipolaren Plattenanordnung ist als eine „zusammengesetzte” Konfiguration bekannt.
In der zusammengesetzten Kon figuration sind die Kanäle
und Stege, die an den Innenflächen der jeweiligen unipolaren
Platten gebildet sind, ausgerichtet und zusammengepasst. Nicht einschränkende
Beispiele von zusammengesetzten Konfigurationen sind in dem
U.S.-Patent Nr. 6 974 648 und
in der US-Patentanmeldung Nr. 2006/0 127 706 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalte hierin durch Bezugnahme in ihren Gesamtheiten
aufgenommen sind. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer
bipolaren Plattenanordnung mit einer zusammengesetzten Konfiguration
umfasst das Zusammenklemmen eines Paares unipolarer Platten mit
zusammenpassenden, mit Kanälen versehenen Gebieten um einen
Umfang der unipolaren Platten herum. Druck wird auf die Umfänge
der unipolaren Platten aufgebracht, z. B. mit Totgewicht oder Klemmen.
Der Umfang wird geschweißt, um die bipolare Plattenanordnung
abzudichten.
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Es
ist bekannt, dass die bipolare Plattenanordnung gelegentlich eine
unerwünschte Abweichung der Dicke über einen Oberflächenbereich
der bipolaren Plattenanordnung aufweist. Eine Dickenabweichung über die
bipolare Plattenanordnung hinweg ist allgemein die Folge eines nicht
korrekten Zusammensetzens der Kanäle und Stege der unipolaren
Platten, wenn sie montiert werden, um die bipolare Plattenanordnung
zu bilden. Das nicht korrekte Zusammensetzen kann zum Teil in Unterschieden
der seitlichen Rückfederung der unipolaren Platten begründet
sein, wobei eine unipolare Platte einen größeren
Betrag seitlicher Rückfederung infolge von maßlichen
Unterschieden anschließend auf ihre Bildung, z. B. durch
einen Pressvorgang, aufweisen kann. Die Dickenabweichung kann sich
als eine „eingeschlossene Welle” von Material
innerhalb der zusammengesetzten Gebiete der bipolaren Plattenanordnung
manifestieren, insbesondere wenn irgendein überschüssiges
oder lockeres Material vorhanden ist, wenn die Umfange der unipolaren
Platten eingespannt werden. Die einge schlossene Welle von Material
kann zu einem Zwischenraum oder einer Trennung zwischen den unipolaren
Platten führen.
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Das
Punktschweißen der unipolaren Platten aneinander innerhalb
der aktiven Fläche ist ein bekannter Ansatz, um einen geringen
Widerstand für den Elektronenfluss durch die bipolare Plattenanordnung
vorzusehen. Allerdings kann die zuvor erwähnte Trennung
zwischen den unipolaren Platten Schwierigkeiten beim Punktschweißen
innerhalb der aktiven Fläche der bipolaren Plattenanordnung
darstellen. Der Versuch, an einer Position zu schweißen,
wo eine Trennung vorhanden ist, bewirkt eine Perforation in der
unipolaren Platte. Die Perforation bildet einen Austrittspfad für
Fluide in dem Brennstoffzellenstapel. Die Trennung zwischen den unipolaren
Platten ist daher unerwünscht.
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Tests
haben gezeigt, dass das endgültige Zusammensetzen der mit
Kanälen versehenen Gebiete im Wesentlichen unter den Baulasten
in Verbindung mit der Montage der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels
abgeschlossen ist. Unter diesen Kompressionskräften werden
die Kanäle und Stege schließlich aneinander „gesetzt”.
Allerdings führt die Verwendung einer Brennstoffzellenkompression,
um das Zusammensetzen der mit Kanälen versehenen Gebiete
abzuschließen, zu unerwünschten, örtlich
begrenzten Spannungen an den weichen Teilen. Es ist bekannt, dass
sowohl die Abweichung der bipolaren Plattendicke als auch die ungleichmäßige
Verteilung von Spannungen der weichen Teile die Brennstoffzellenleistung
beeinträchtigen. Insbesondere nicht zusammengesetzte Gebiete
können ein unerwünschtes Kompressionsniveau unter typischen
Stapelbelastungen verursachen. Das unerwünschte Kompressionsniveau,
kombiniert mit weiteren Faktoren wie z. B. der Temperatur und der
Feuchtigkeit, kann zu elektrischen Kurzschlüssen durch
die PEM der Brennstoffzelle führen.
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Es
besteht kontinuierlicher Bedarf an einem Verfahren und einer Montagehalterung,
um eine Abweichung der Dicke der bipolaren Plattenanordnung zu reduzieren.
Das Verfahren wirkt wünschenswerterweise einem nicht korrekten
Zusammensetzen der unipolaren Platten während der Montage
der bipolaren Platte entgegen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenlegung wurden überraschenderweise
ein Verfahren und eine Montagehalterung entdeckt, um eine Abweichung
der Dicke der bipolaren Plattenanordnung zu reduzieren und einem
nicht korrekten Zusammensetzen der unipolaren Plattenanordnung während
der Montage der bipolaren Platte entgegenzuwirken.
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In
einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung
einer bipolaren Plattenanordnung für einen Brennstoffzellenstapel
erstens die Schritte, dass eine erste unipolare Platte, die eine
erste aktive Fläche mit einer Vielzahl von Kanälen
aufweist, die auf einer ersten Innenfläche davon gebildet
sind, und eine zweite unipolare Platte vorgesehen wird, die eine
zweite aktive Fläche mit einer Vielzahl von Stegen aufweist,
die auf einer zweiten Innenfläche davon gebildet sind.
Die erste unipolare Platte und die zweite unipolare Platte werden
derart ausgerichtet, um die erste aktive Fläche neben der
zweiten aktiven Fläche anzuordnen. Dann wird ein erster
Druck auf die erste und die zweite aktive Fläche aufgebracht,
um die Vielzahl von Kanälen mit der Vielzahl von Stegen
vorab zusammenzusetzen. Ein erster Umfangsflansch der ersten unipolaren
Platte und ein zweiter Umfangsflansch der zweiten unipolaren Platte
werden anschließend zusammengefügt. Dadurch wird
die vorab zusammengesetzte bipolare Plattenanordnung bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist eine Klemmhalterung
zur Montage einer bipolaren Platte für einen Brennstoffzellenstapel
vorgesehen. Die Klemmhalterung umfasst eine Grundplatte. Die Grundplatte
ist geeignet, um eine erste unipolare Platte mit einer ersten aktiven
Fläche und einem ersten Umfangsflansch und eine zweite
unipolare Platte mit einer zweiten aktiven Fläche und einem
zweiten Umfangsflansch aufzunehmen. Die Klemmhalterung umfasst auch
eine obere Plattenanordnung. Die obere Plattenanordnung ist mit
der Grundplatte gekoppelt und geeignet, um schrittweise einen ersten
Druck auf die aktiven Flächen und einen zweiten Druck auf
die Umfangsflansche der ersten und der zweiten unipolaren Platte
aufzubringen.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Verwendung
der Klemmhalterung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte,
dass die Klemmhalterung vorgesehen wird und die erste und die zweite unipolare
Platte auf der Grundplatte angeordnet werden, um dadurch die erste
aktive Fläche neben der zweiten aktiven Fläche
auszurichten. Dann wird der erste Druck auf die erste und die zweite
aktive Fläche mit der oberen Plattenanordnung der Klemmhalterung
aufgebracht. Dadurch wird die Vielzahl von Kanälen mit
der Vielzahl von Stegen vorab zusammengesetzt. Dann wird ein zweiter
Druck auf den ersten und den zweiten Umfangsflansch mit der oberen
Plattenanordnung der Klemmhalterung aufgebracht. Der erste Umfangsflansch
der ersten unipolaren Platte wird mit dem zweiten Umfangsflansch
der zweiten unipolaren Platte zusammengefügt, um dadurch
die bipolare Plattenanordnung herzustellen.
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Zeichnungen
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Die
obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden
für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
insbesondere bei Betrachtung im Licht der hierin nachfolgend beschriebenen
Zeichnungen, ohne weiteres verständlich.
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1 veranschaulicht
eine schematische, perspektivische Explosionsdarstellung eines PEM-Brennstoffzellenstapels
nach dem Stand der Technik (wobei nur zwei Zellen gezeigt sind);
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2a ist
eine perspektivische Darstellung einer zusammengefügten
bipolaren Plattenanordnung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenlegung;
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2b ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 2a gezeigten
bipolaren Plattenanordnung;
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2c ist
eine fragmentarische Querschnittsansicht der bipolaren Plattenanordnung
entlang der Schnittlinie C-C in 2a;
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3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Montagevorrichtung
für bipolare Brennstoffzellenplatten gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung;
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4 ist
eine seitliche Querschnittsansicht der in 3 gezeigten
Montagevorrichtung;
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5 ist
eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten
Montagevorrichtung; und
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6 ist
eine Draufsicht einer bipolaren Plattenanordnung mit Positionen über
eine aktive Fläche davon hinweg, die zur Messung der bipolaren
Plattendicke gekennzeichnet sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende
Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.
Es sollte auch einzusehen sein, dass in den Zeichnungen entsprechende
Bezugsziffern durchweg gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale
bezeichnen. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die dargestellten
Schritte beispielhaft und sind daher nicht notwendig oder kritisch.
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Der
Einfachheit halber ist hierin nur ein Zweizellenstapel (d. h. eine
bipolare Platte) veranschaulicht und beschrieben, wobei einzusehen
ist, dass ein typischer Stapel viel mehr solcher Zellen und bipolaren
Platten aufweisen wird. 1 zeigt einen Zweizellen-PEM-Brennstoffzellenstapel 2 mit
einem Paar Membran/Elektroden-Anordnungen (MEAs) 4, 6,
die voneinander durch ein elektrisch leitfähiges Fluidverteilungselement 8 getrennt
sind, welches hierin nachfolgend als bipolare Plattenanordnung 8 bezeichnet
ist. Die MEAs 4, 6 und die bipolare Plattenanordnung 8 sind
zwischen Endplatten 10, 12 und Endkontaktelementen 14, 16 zusammen
gestapelt. Die Endkontaktelemente 14, 16 und die
bipolare Plattenanordnung 8 umfassen Arbeitsflächen 18, 20, 22 bzw. 24,
um Brennstoff und Oxidationsmittelgase (z. B. H2 und O2) an die
MEAs 4, 6 zu verteilen. Nicht leitfähige
Dichtungen 26, 28, 30, 32 stellen
Abdichtungen und eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen
Komponenten des Brennstoffzellenstapels 2 bereit.
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Die
MEAs 4, 6 sind neben gasdurchlässigen,
leitfähigen Materialien angeordnet, die als Gasdiffusionsmedien 34, 36, 38, 40 bekannt
sind. Die Gasdiffusionsmedien 34, 36, 38, 40 können
Kohlenstoff oder Graphit-Diffusionspapier umfassen. Die Gasdiffusionsmedien 34, 36, 38, 40 stehen
mit den MEAs 4, 6 in Kontakt. Die Endkontakteinheiten 14, 16 stehen
mit den Gasdiffusionsmedien 34 bzw. 40 in Kontakt.
Die bipolare Plattenanordnung 8 steht mit den Gasdiffusionsmedien 36 neben
der Anodenseite der MEA 4 in Kontakt, die derart ausgebildet
ist, um einen Wasserstoff tragenden Reaktanden aufzunehmen. Die
bipolare Plattenanordnung 8 steht auch mit dem Gasdiffusionsmedium 38 neben
der Kathodenseite der MEA 6 in Kontakt, die derart ausgebildet
ist, um einen Sauerstoff tragenden Reaktanden aufzunehmen. Sauerstoff
wird der Kathodenseite der Brennstoffzelle von einem Speicherbehälter 46 zugeführt,
beispielsweise über eine entsprechende Versorgungsleitung 42.
Wasserstoff wird der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 2 von
einem Speicherbehälter 48 zugeführt,
beispielsweise über eine entsprechende Versorgungsleitung 44.
Alternativ kann Umgebungsluft der Kathodenseite als eine Sauerstoffquelle
und Wasserstoff der Anode von einem Methanol- oder Benzin-Reformer
zugeführt werden und dergleichen. Auslassleitungen (nicht
gezeigt) sowohl für die Anoden- als auch die Kathodenseite
der MEAs 4, 6 sind ebenfalls vorgesehen. Zusätzliche
Leitungen 50, 52, 54 sind vorgesehen,
um der bipolaren Plattenanordnung 8 und den Endplatten 14, 16 ein
Kühlmittel zuzuführen. Entsprechende Leitungen
zum Austragen des Kühlmittels aus der bipolaren Plattenanordnung 8 und
den Endplatten 14, 16 sind ebenfalls vorgesehen
(nicht gezeigt).
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Als
Nächstes Bezug nehmend auf die 2a und 2b ist
die bipolare Plattenanordnung 8 der vorliegenden Offenlegung
in größerem Detail gezeigt. Die bipolare Plattenanordnung 8 umfasst
eine erste unipolare Platte 200 und eine zweite unipolare
Platte 202. Die erste unipolare Platte 200 weist eine
erste aktive Fläche 204 mit einer Vielzahl von
ersten Strömungskanälen 206 auf, die
darin gebildet sind. Die Vielzahl von ersten Strömungskanälen 206 ist
geeignet, den Brennstoff und die Oxidationsmittelgase über
die erste aktive Fläche 204 hinweg zu verteilen.
Die Vielzahl von ersten Strömungskanälen 206 definiert
eine Vielzahl von Stegen 208, die dazwischen angeordnet
sind. Gleiche Vielzahlen von zweiten Strömungskanälen
und zweiten Stegen ist an einer zweiten aktiven Fläche 210 der
zweiten unipolaren Platte 202 gebildet.
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Die
erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 sind
aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet. Geeignete
elektrisch leitfähige Materialien umfassen z. B. ein Metall,
eine Metalllegierung und ein Verbundmaterial. Die Metalle, Metalllegierungen
und Verbundmaterialien besitzen eine ausreichende Lebensdauer und
Steifigkeit, um als Tafeln in der bipolaren Plattenanordnung 8 des
Brennstoffzellenstapels 2 zu fungieren. Zusätzliche
Konstruktionseigenschaften, die bei der Auswahl eines Materials
für die unipolaren Platten 200, 202 berücksichtigt
werden, können die Gasdurchlässigkeit, Leitfähigkeit,
Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit,
Musterdefinition, thermische und Musterstabilität, maschinelle
Bearbeitbarkeit, die Zusammenfügbarkeit und die Verfügbarkeit
umfassen. Geeignete Metalle und Metalllegierungen umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt auf Aluminium, Titan, Platin, Edelstahl,
Kohlenstoffstahl, Legierungen auf Nickelbasis, Tantal, Niob und
Legierungen und Kombinationen davon. Verbundmaterialien umfassen,
sind jedoch nicht beschränkt auf z. B. Graphit, Graphitfolie,
leitfähige Partikel (z. B. Graphitpulver) in einer Polymermatrix,
Kohlefaserpapier und Polymerlaminate, Polymerplatten mit Metallkernen,
konduktiv beschichtete Polymerplatten und Kombinationen davon.
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Die
erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 sind
typischerweise dünn. Zum Beispiel können die erste
und die zweite unipolare Platte 200, 202 eine
Dicke von etwa 0,05 mm bis etwa 0,5 mm aufweisen. Es sollte einzusehen
sein, dass je nach Wunsch andere Dicken verwendet werden können.
Die erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 können
durch jedes auf dem technischen Gebiet bekannte Verfahren gebildet sein,
einschließlich maschinelle Bearbeitung, Formen, Schneiden,
Ritzen, Pressen, Fotoätzen wie z. B. über eine
fotolithografische Maske oder jeden beliebigen anderen geeigneten
Konstruktions- und Fertigungsprozess. Es wird in Erwägung
gezogen, dass die unipolaren Platten 200, 202 eine
Laminatstruktur mit einer flachen Tafel und einer zusätzlichen
Tafel mit einer Reihe von äußeren Fluidströmungskanälen
umfassen können.
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In
bestimmten Ausführungsformen weist zumindest eine der aktiven
Flächen 204, 210 und der Innenflächen 222, 224 der
unipolaren Platten 200, 202 eine Beschichtung
(nicht gezeigt) auf. Die Beschichtung kann geeignet sein, um z.
B. Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit
und eine/n optimierte/n elektrische/n Leitfähigkeit und
Kontaktwiderstand bereitzustellen. In Ausführungsformen,
bei denen die Innenflächen 222, 224 beschichtet
sind, kann die Beschichtung den elektrischen Fluss erleichtern,
der durch den Metall/Metall-Kontakt der jeweiligen Beschichtungen
auf jeder der Innenflächen 222, 224 gebildet
ist.
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Als
nicht einschränkende Beispiele kann die Beschichtung Edelmetalle,
Metalloxide und Kombinationen davon umfassen. Geeignete Edelmetalle
für Beschichtungen umfassen z. B. Gold (Au), Silber (Ag),
Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Osmium (Os), Palladium
(Pd) und Platin (Pt). In speziellen Ausführungsformen ist
das für die Beschichtung der aktiven Flächen 204, 210 verwendete
Metall Gold (Au). Geeignete Metalloxide für die Beschichtung
umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Hafniumdi oxid
(HfO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2),
Zinnoxid (SnO2), Tantalpentoxid (Ta2O5), Niobpentoxid
(Nb2O5), Molybdändioxid
(MoO2), Iridiumdioxid (IrO2),
Rutheniumdioxid (RuO2) und Mischungen davon.
Die Beschichtungen werden typischerweise mithilfe eines beliebigen
handelsüblichen Prozesses aufgebracht. Als nicht einschränkende
Beispiele werden die Beschichtungen durch Galvanisieren oder stromloses
Abscheiden oder physikalische Gasphasenabscheidung aufgebracht.
Es sollte einzusehen sein, dass je nach Wunsch andere geeignete
Verfahren zum Aufbringen der Beschichtungen verwendet werden können.
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In
speziellen Ausführungsformen ist die Beschichtung hydrophil
und ist geeignet, um ein Entfernen von flüssigem Wasser
von den aktiven Flächen 204, 210 während
des Betriebes des Brennstoffzellenstapels 2 zu ermöglichen.
Geeignete hydrophile Beschichtungen können die Edelmetallbeschichtungen
umfassen, die hierin beschrieben und auf dem technischen Gebiet
bekannt sind. Die Edelmetallbeschichtung kann z. B. mit der Metalloxidbeschichtung
in einem Doppelbeschichtungssystem aufgebracht werden. Weitere geeignete
hydrophile Beschichtungen sind beispielsweise in den gemeinsam anhängigen
US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 11/068 489, 11/463 386
und 11/463 384 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme in ihrer
Gesamtheit aufgenommen sind. Als nicht einschränkende Beispiele
kann die Beschichtung zumindest eine Si-O-Gruppe, zumindest eine
polare Gruppe und zumindest eine Gruppe mit einer gesättigten
oder ungesättigten Kohlenstoffkette umfassen. In weiteren
Ausführungsformen umfasst die Beschichtung zumindest eine Si-O-Gruppe
und eine Si-R-Gruppe, wobei R eine gesättigte oder ungesättigte
Kohlenstoffkette umfasst, und das molare Verhältnis der
SiR-Gruppen zu den SiO-Gruppen liegt im Bereich von 1/8 bis 1/2.
Die Beschichtung kann auch durch jedes beliebige Mittel aufgebracht
werden, das ausreicht, um hydrophile Beschichtungen aufzubringen.
Geeignete hydrophile Beschichtungen können auch Nanopartikel
mit einer Größe im Bereich von 1 bis 100 Nanometer
umfassen, wobei die Nanopartikel eine Verbindung umfassen, die eine
SiO-Gruppe, eine gesättigte oder ungesättigte
Kohlenstoffkette und eine polare Gruppe aufweist. Es sollte einzusehen
sein, dass auch andere hydrophile Beschichtungen verwendet werden
können.
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Die
hydrophilen Beschichtungen können durch jedes beliebige
geeignete Verfahren einschließlich, jedoch nicht beschränkt
auf Streichen, Spritzen, Verteilen, Bandbeschichten, Siebdruck,
Pulverbeschichten und Seidendruck aufgebracht werden. Je nach Wunsch
können auch mehrere Lagen der Beschichtung aufgebracht
werden.
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Unter
neuerlicher Bezugnahme auf die 2a und 2b umfasst
die bipolare Plattenanordnung 8 ferner eine Vielzahl von
Gasöffnungen 212 und eine Vielzahl von Kühlmittelöffnungen 214,
die in der ersten unipolaren Platte 200 und der zweiten
unipolaren Platte 202 gebildet sind. Die Gasöffnungen 212 und
die Kühlmittelöffnungen 214 wirken zusammen,
um Einlass- und Auslassdurchgänge für den Brennstoff,
das Oxidationsmittel und das Kühlmittel vorzusehen, damit
diese durch die bipolare Plattenanordnung 8 strömen.
Ein Fachmann sollte einsehen, dass je nach Wunsch verschiedene Konfigurationen
der Strömungskanäle 206, der Stege 208,
der Gasöffnungen 212 und der Kühlmittelöffnungen 214 verwendet
werden können. Es sollte auch einzusehen sein, dass die
vorliegende Offenlegung nicht auf ein spezielles Strömungsfeldmuster
beschränkt ist sondern unabhängig von der Art
des Strömungsfeldmusters auf die bipolaren Plattenanordnungen 8 Anwendung
findet.
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In
einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste unipolare
Platte 200 einen ersten Umfangsflansch 216 und
die zweite unipolare Platte 202 um fasst einen zweiten Umfangsflansch 218.
Nach dem Ausrichten und der Montage der bipolaren Plattenanordnung 8 wirken
der erste Umfangsflansch 216 und der zweite Umfangsflansch 218 zusammen,
um einen Umfang 220 der bipolaren Plattenanordnung 8 zu
bilden.
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Wie
am besten in den 2b und 2c gezeigt,
weist die erste unipolare Platte 200 eine erste Innenfläche 222 auf,
die an einer Fläche angeordnet ist, welche der ersten aktiven
Fläche 204 gegenüberliegt. Die zweite
unipolare Platte 202 weist eine zweite Innenfläche 224 auf,
die an einer Fläche angeordnet ist, welche der zweiten
aktiven Fläche 210 gegenüberliegt. Die
erste Innenfläche 222 umfasst eine Vielzahl von
Kanälen 226, die darin gebildet und durch eine
Vielzahl von ersten Stegen 227 definiert sind. Die zweite
Innenfläche 224 umfasst eine Vielzahl von Stegen 228,
die darin gebildet und durch eine Vielzahl von zweiten Kanälen 229 definiert
sind. Die Vielzahl von Kanälen 226, 229 und
die Vielzahl von Stegen 227, 228 sind geeignet,
um das Kühlmittel zu der bipolaren Plattenanordnung 8 zu
verteilen und dadurch eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels 2 zu
modulieren. Die erste und die zweite Innenfläche 222, 224 bilden
ein Kühlmittelströmungsfeld 230 in einem
Inneren der bipolaren Plattenanordnung 8. Es sollte auch
einzusehen sein, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf ein
spezielles Kühlmittelströmungsfeldmuster beschränkt
ist, sondern unabhängig von dem Kühlmittelströmungsfeldmuster
auf bipolare Plattenanordnungen Anwendung findet.
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Unter
Bezugnahme auf 2c ist die Vielzahl von Kanälen 226 geeignet,
um mit der Vielzahl von Stegen 228 zusammengepasst oder „zusammengesetzt” zu
sein. Die erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 können
z. B. mithilfe von Punkt- oder Stepp (kurze, lineare Segment)-Schweißnähte
geschweißt sein, um den Passzustand zu erreichen. Das vorab
erfolgende Zusammensetzen, wie hierin beschrieben, kann verwen det
werden, um Zwischenräumen zwischen der ersten und der zweiten
unipolaren Platte 200, 202 entgegenzuwirken und
ausreichende Schweißnähten zu ermöglichen.
Typischerweise ist die Kompression der bipolaren Plattenanordnung 8 in
dem Brennstoffzellenstapel 2 ausreichend, damit die Vielzahl
von Kanälen 226 zumindest teilweise mit der Vielzahl
von Stegen 228 zusammengesetzt ist. Allerdings kann eine
eingeschlossene Welle entstehen, wenn die Vielzahl von Kanälen 226 und
die Vielzahl von Stegen 228 nicht korrekt zusammengesetzt
sind.
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Die
vorliegende Offenlegung umfasst ein Verfahren zur Herstellung der
bipolaren Plattenanordnung 8. In dem Verfahren der Offenlegung
werden die Vielzahl von Kanälen 226 und die Vielzahl
von Stegen 228 vorab zusammengesetzt. Das Verfahren umfasst
erstens den Schritt, dass die erste unipolare Platte 200 mit
der ersten aktiven Fläche 204 vorgesehen wird.
Die erste unipolare Platte 200 umfasst die Vielzahl von
Kanälen 226, die an der ersten Innenfläche 222 der
ersten unipolaren Platte 200 gebildet ist. Auch die zweite
unipolare Platte 202 ist vorgesehen und weist die zweite
aktive Fläche 210 auf, wobei die Vielzahl von
Stegen 228 an der zweiten Innenfläche 224 der
zweiten unipolaren Platte 202 gebildet ist.
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Das
Verfahren umfasst ferner die Schritte, dass die erste unipolare
Platte 200 und die zweite unipolare Platte 202 ausgerichtet
werden. Die erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 können
z. B. mit einer Klemmhalterung ausgerichtet werden. Die erste und
die zweite unipolare Platte 200, 202 werden derart
ausgerichtet, um die erste aktive Fläche 204 neben
der zweiten aktiven Fläche 210 anzuordnen. Dann
wird ein erster Druck auf die erste und die zweite aktive Fläche 204, 210 aufgebracht,
um die Vielzahl von Kanälen 226 mit der Vielzahl
von Stegen 228 vorab zusammenzusetzen. Der erste Druck
kann z. B. mit zumindest einer von einer mechanischen Kraft, einer
hydraulischen Kraft und einer magneti schen Kraft aufgebracht werden. Es
sollte einzusehen sein, dass während des Aufbringens des
ersten Druckes die Umfangsflansche 216, 218 der
ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 nicht
eingespannt sind. Jegliches überschüssiges oder loses
Material, das in der ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 vorhanden
ist, wird dadurch in Richtung des Umfanges 220 der bipolaren
Plattenanordnung 8 verdängt.
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Anschließend
an das vorab erfolgende Zusammensetzen der Vielzahlen von Kanälen
und Stegen 226, 228, werden der erste Umfangsflansch 216 und
der zweite Umfangsflansch 218 eingespannt und zusammengefügt.
Dadurch wird die vorab zusammengesetzte bipolare Plattenanordnung 8 hergestellt.
In speziellen Ausführungsformen wird eine im Wesentlichen
hermetische Abdichtung durch das Zusammenfügen des ersten Umfangsflansches 216 mit
dem zweiten Umfangsflansch 218 gebildet. Die Abdichtung
kann z. B. aus einer Schweißnaht, einer Lötverbindung,
einer Hartlötverbindung, einem Klebstoff und dergleichen
gebildet sein. In einer besonders illustrativen Ausführungsform
wird die Abdichtung aus einer Schweißnaht gebildet, die
z. B. durch Bogenschweißen oder Autogenschweißen
oder Widerstandsschweißen oder Energiestrahlschweißen wie
z. B. Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen
oder Festkörperschweißen hergestellt wird. Es
sollte einzusehen sein, dass die Abdichtung durch ein anderes geeignetes
Mittel gebildet werden kann, das auf dem technischen Gebiet bekannt
ist.
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Nachdem
jegliches überschüssiges oder loses Material in
Richtung des Umfanges 220 verdrängt worden ist
und die unipolaren Platten 200, 202 zusammengesetzt
worden sind, können die unipolaren Platten 200, 202 für
den Schritt des Zusammenfügens z. B. durch Klemmen eingespannt
werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt
des Einspannens der unipolaren Platten 200, 202 durch
Punktschweißen zumin dest einer/m der ersten und der zweiten
aktiven Fläche 204, 210 und des ersten
und des zweiten Umfangsflansches 216, 218 ausgeführt
werden. Das Punktschweißen kann z. B. durch Laserschweißen
ausgeführt werden. Andere geeignete Schweißtechniken
können ebenfalls für den Einspannsschritt vor
dem Zusammenfügen des ersten und des zweiten Umfangsflansches 216, 218 verwendet
werden. Der Schritt des Einspannens der ersten und der zweiten unipolaren
Platte 200, 202 wirkt einer unerwünschten,
relativen Bewegung zwischen der ersten und der zweiten unipolaren
Platte 200, 202 während des Zusammenfügens
derselben entgegen.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren der vorliegenden
Offenlegung einen Schritt zum Verbinden der ersten unipolaren Platte 200 und
der zweiten unipolaren Platte 202 umfassen. Die erste und
die zweite unipolare Platte 200, 202 können
z. B. mit einer Vielzahl von örtlich begrenzten, elektrisch
leitfähigen Knoten (nicht gezeigt) verbunden werden, wie
in der gemeinsam anhängigen US-Patentanmeldung mit der
Seriennummer 11/752 993 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Der Schritt zum Verbinden der
ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 kann
z. B. ein Punktschweißen umfassen, um die Vielzahl von
elektrisch leitfähigen Knoten zu bilden. Ein Fachmann sollte
einsehen, dass das vorab erfolgende Zusammensetzen der ersten und
der zweiten unipolaren Platte 200, 202 das Verbinden
der ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 erleichtert.
Im Speziellen ordnet das vorab erfolgende Zusammensetzen die Vielzahl
von Kanälen 226 und die Vielzahl von Stegen 228 nebeneinander zum
Verbinden an. Es sollte einzusehen sein, dass andere geeignete Verfahren
zum weiteren Verbinden der ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 verwendet
werden können.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die 3 und 4 kann
das Verfahren zur Herstellung der bipolaren Plattenanordnung 8 der
vorliegenden Offenlegung mit einer Klemmhalterung 300 ausgeführt
werden. Die Klemmhalterung 300 umfasst eine Grundplatte 302.
Die Grundplatte 302 ist geeignet, um die erste und die zweite
unipolare Platte 200, 202 aufzunehmen. Die Klemmhalterung 300 umfasst
ferner eine obere Plattenanordnung 304. Die obere Plattenanordnung 304 ist
mit der Grundplatte 302 gekoppelt und geeignet, um Druck schrittweise
auf die erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 aufzubringen.
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Die
obere Plattenanordnung 304 ist geeignet, um einen ersten
Druck an die aktiven Flächen 204, 210 der
ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202,
gefolgt von einem zweiten Druck auf die Umfangsflansche 216, 218,
bereitzustellen. Somit wird Druck auf eine fortschreitende, schrittweise
Art auf die aktiven Flächen 204, 210 aufgebracht.
Zuerst werden die Vielzahlen von Kanälen und Stegen 226, 228 vorab
zusammengesetzt, und dann werden die Umfangsflansche 216, 218 zusammengefügt.
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In
einer speziellen Ausführungsform umfasst die obere Plattenanordnung 304 eine
Aktivflächen-Druckplatte 306, eine Umfangsdruckplatte 308,
eine Umfangsfederplatte 310 und eine Aktivflächen-Federplatte 312.
Die Aktivflächen-Druckplatte 306, ist geeignet,
um mit der ersten aktiven Fläche 204 der ersten unipolaren
Platte 200 in Kontakt zu stehen. Die Umfangsdruckplatte 308 ist
geeignet, um mit dem ersten Umfangsflansch 216 der ersten
unipolaren Platte 200 in Kontakt zu stehen. In einem beispielhaften
Betrieb der Klemmhalterung 300 ist die Aktivflächen-Druckplatte 306 geeignet,
um mit der ersten aktiven Fläche 204 der ersten
unipolaren Platte 200 in Kontakt zu stehen, bevor der Umfang
mit der Umfangsdruckplatte 308 in Kontakt gebracht wird.
Somit können die Vielzahlen von Kanälen und Stegen 226, 228 vorab
zusammengesetzt werden und jegliches überschüssiges
oder loses Material kann von den aktiven Flächen 204, 210 der
ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 weg
verdrängt werden.
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Die
Aktivflächen-Federplatte 312 kann mit der Aktivflächen-Druckplatte 306 gekoppelt
und geeignet sein, um den ersten Druck auf diese zu übertragen.
Die Umfangsfederplatte 310 kann mit der Umfangsdruckplatte 308 gekoppelt
und geeignet sein, um den zweiten Druck auf diese zu übertragen.
Die obere Plattenanordnung 304 kann ferner eine Vielzahl
von Schrauben 314 umfassen, um die Aktivflächen-Federplatte 312 an die
Aktivflächen-Druckplatte 306 und/oder die Umfangsfederplatte 310 an
die Umfangsdruckplatte 308 zu koppeln. Die Vielzahl von
Schrauben 314 kann ferner dazu verwendet werden, um die
Aktivflächen-Federplatte 312 und die Umfangsfederplatte 308 zu
koppeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform umfasst die obere Plattenanordnung 304 eine
Vielzahl von Federn 316, die zwischen der Aktivflächen-Federplatte 312 und
der Aktivflächen-Druckplatte 306 angeordnet sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann zumindest eine der
Vielzahl von Federn 316 um zumindest eine der Vielzahl von Schrauben 314 herum
angeordnet sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel
kann zumindest ein Abschnitt der Vielzahl von Federn 316 derart
ausgebildet sein, um den ersten Druck von der Aktivflächen-Federplatte 312 auf
die Aktivflächen-Druckplatte 306 zu übertragen.
In einem weiteren, nicht einschränkenden Beispiel kann
zumindest ein weiterer Abschnitt der Vielzahl von Federn 316 derart
ausgebildet sein, um den zweiten Druck von der Umfangsfederplatte 310 auf
die Umfangsdruckplatte 308 zu übertragen. Weitere
geeignete Konfigurationen, um den ersten und den zweiten Druck auf
die Aktivflächen-Druckplatte 306 und die Umfangsdruckplatte 308 zu übertragen,
können je nach Wunsch ausgewählt sein.
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Wie
in 5 gezeigt, kann die Klemmhalterung 300 zumindest
eine Klemmvorrichtung 500 umfassen. Die Klemmvorrichtung 500 ist
mit der Grundplatte 302 gekoppelt und geeignet, um die
obere Plattenordnung 304 gegen die Grundplatte 302 zu
pressen. Zum Beispiel kann die Klemmvorrichtung 500 zumindest
eine von einer mechanischen Klemme, einer pneumatischen Klemme,
einer hydraulischen Klemme und einer magnetischen Klemme umfassen.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Klemmvorrichtung 500 zumindest
eines von Totgewichten und einer Kniehebelklemme. In einer Ausführungsform
kann der erste Druck zuerst mit z. B. Totgewichten aufgebracht werden,
um die eingeschlossene Welle von Material von den aktiven Flächen 204, 210 weg
zu verdrängen. Dann kann der erste Druck, z. B. mit Kniehebelklemmen,
auf ein Niveau erhöht werden, welches ausreicht, um die
unipolaren Platten 200, 202 vorab zusammenzusetzen.
In einer weiteren Ausführungsform werden pneumatische Klemmen
verwendet, um den ersten Druck bereitzustellen, welcher ausreicht,
um sowohl die eingeschlossene Welle von Material von den aktiven
Flächen 204, 210 weg zu verdrängen
als auch die unipolaren Platten 200, 202 vorab
zusammenzusetzen.
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Es
sollte einzusehen sein, dass die Klemmvorrichtung 500 sowohl
den ersten als auch den zweiten durch die Aktivflächen-Druckplatte 306 bzw.
die Umfangsdruckplatte 308 auf die unipolaren Platten 200, 202 aufgebrachten
Druck bereitstellen kann. Die erste und die zweite unipolare Platte 200, 202 werden
dadurch, wenn sie zwischen der Grundplatte 302 und der
oberen Plattenanordnung 304 der vorliegenden Offenlegung angeordnet
sind, vorab zusammengesetzt.
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Beispiel
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Wie
aus den Tabellen I und II ersichtlich, wurden Dickenmessungen von
bipolaren Probenplattenanordnungen beschafft, die gemäß dem
Verfahren der vorliegenden Offenlegung hergestellt wurden. Abweichungen
der Dicke von einer erwünschten Dicke der bipolaren Probenplattenanordnungen
wurden aufgezeichnet. Es sollte einzusehen sein, dass die vorliegende
Offenlegung nicht auf die beschriebenen Proben beschränkt ist. TABELLE 1
Plattendickenabweichungs-Kontrollmessungen
(mm) |
Position | Nr.
1 | Nr.
2 | Nr.
3 | Nr.
4 | Nr.
5 | Nr.
6 |
11 | 0,070 | 0,047 | 0,092 | 0,038 | 0,087 | 0,070 |
12 | 0,032 | 0,000 | 0,054 | 0,010 | 0,055 | 0,015 |
13 | 0,012 | –0,003 | 0,049 | 0,008 | 0,034 | 0,008 |
14 | 0,066 | 0,043 | 0,064 | 0,013 | 0,049 | 0,063 |
15 | 0,011 | –0,004 | 0,013 | 0,008 | 0,006 | –0,001 |
16 | 0,002 | –0,012 | 0,001 | 0,024 | –0,002 | –0,008 |
17 | 0,065 | 0,048 | 0,087 | 0,040 | 0,080 | 0,081 |
18 | 0,011 | –0,004 | 0,023 | 0,005 | 0,018 | 0,007 |
19 | –0,003 | –0,014 | 0,014 | –0,001 | –0,001 | –0,001 |
20 | 0,021 | 0,014 | 0,052 | 0,014 | 0,051 | 0,036 |
21 | 0,001 | –0,009 | 0,005 | 0,003 | 0,000 | –0,010 |
22 | 0,001 | –0,009 | 0,008 | 0,019 | 0,002 | –0,009 |
23 | 0,037 | 0,029 | 0,060 | 0,012 | 0,048 | 0,065 |
24 | –0,003 | –0,013 | 0,008 | –0,001 | –0,002 | 0,022 |
25 | –0,004 | –0,013 | 0,006 | 0,001 | –0,002 | 0,024 |
40 | 0,080 | 0,042 | 0,096 | 0,026 | 0,091 | 0,073 |
41 | 0,054 | 0,002 | 0,069 | 0,010 | 0,070 | 0,030 |
42 | 0,046 | 0,007 | 0,067 | 0,016 | 0,056 | 0,039 |
43 | 0,027 | 0,025 | 0,058 | 0,016 | 0,038 | 0,070 |
44 | –0,006 | –0,016 | 0,008 | 0,000 | –0,003 | 0,022 |
45 | 0,009 | 0,002 | 0,023 | 0,013 | 0,013 | 0,049 |
MAX | 0,080 | 0,048 | 0,096 | 0,040 | 0,091 | 0,081 |
MIN | –0,006 | –0,016 | 0,001 | –0,001 | –0,003 | –0,010 |
MITTELW | 0,025 | 0,008 | 0,041 | 0,013 | 0,033 | 0,031 |
BEREICH | 0,086 | 0,064 | 0,095 | 0,041 | 0,094 | 0,091 |
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Sechs
bipolare Kontrollplatten wurden hergestellt, indem ein Paar unipolarer
Platten 200, 202 mit zusammenpassenden Vielzahlen
von Kanälen und Stegen 226, 228 an den
Umfangsflanschen 216, 218 der unipolaren Platten 200, 202 zusammengeklemmt
wurden. Dann wurde ein Druck auf die Umfangsflansche 216, 218 der
unipolaren Platten mit Totgewichten und Klemmen aufgebracht. Danach
wurden die Umfangsflansche 216, 218 verschweißt,
um eine Abdichtung herzustellen und die bipolaren Kontrollplatten
zu bilden.
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Die
bipolaren Kontrollplatten wurden einer Einlaufperiode in einem Brennstoffzellenstapel
für etwa 1900 Stunden ohne zusätzliche angelegte
Last unterzogen. Anschließend an die Einlaufperiode wurden
Dickenmessungen an verschiedenen Positionen 600 über
die bipolaren Kontrollplatten hinweg mit einer Messuhr vorgenommen.
Die verschiedenen Messpositionen 600 wurden nummeriert,
wie in 6 gezeigt.
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Wie
in Tabelle I veranschaulicht, lag der Dickenbereich der in Übereinstimmung
mit bekannten Verfahren hergestellten bipolaren Kontrollplatten
zwischen etwa 0,041 mm und 0,091 mm. TABELLE II
Plattendickenabweichungs-Kontrollmessungen
(mm) |
Position | Nr.
1 | Nr.
2 | Nr.
3 | Nr.
4 | Nr.
5 | Nr.
6 |
11 | 0,011 | 0,006 | 0,008 | 0,007 | 0,006 | 0,013 |
12 | –0,004 | –0,007 | –0,003 | –0,007 | –0,008 | –0,007 |
13 | –0,008 | –0,010 | –0,009 | –0,010 | –0,009 | –0,008 |
14 | 0,001 | –0,001 | 0,003 | 0,003 | –0,001 | –0,001 |
15 | –0,009 | –0,009 | 0,004 | –0,009 | –0,009 | –0,001 |
16 | 0,023 | 0,011 | 0,014 | 0,005 | 0,006 | 0,016 |
17 | 0,010 | 0,008 | 0,005 | 0,010 | 0,010 | 0,014 |
18 | –0,005 | –0,005 | –0,005 | –0,007 | –0,010 | –0,006 |
19 | 0,000 | –0,003 | 0,002 | –0,002 | 0,000 | –0,002 |
20 | 0,002 | 0,002 | 0,005 | 0,002 | –0,002 | 0,002 |
21 | –0,005 | –0,007 | –0,001 | –0,008 | –0,010 | –0,005 |
22 | 0,028 | 0,022 | 0,021 | 0,014 | 0,026 | 0,014 |
23 | –0,005 | –0,002 | –0,003 | –0,004 | –0,006 | –0,005 |
24 | –0,002 | –0,004 | –0,001 | –0,004 | –0,006 | –0,004 |
25 | –0,007 | –0,008 | –0,006 | –0,009 | –0,010 | –0,010 |
40 | 0,008 | 0,007 | 0,009 | 0,004 | 0,006 | 0,006 |
41 | 0,006 | 0,003 | 0,012 | 0,007 | 0,005 | 0,007 |
42 | 0,013 | 0,016 | 0,014 | 0,010 | 0,012 | 0,010 |
43 | 0,007 | 0,010 | 0,009 | 0,007 | 0,006 | 0,006 |
44 | 0,000 | –0,003 | 0,003 | –0,001 | –0,003 | –0,001 |
45 | 0,007 | 0,005 | 0,009 | 0,006 | 0,005 | 0,005 |
MAX | 0,028 | 0,022 | 0,021 | 0,014 | 0,026 | 0,016 |
MIN | –0,009 | –0,010 | –0,009 | –0,010 | –0,010 | –0,010 |
MITTELW | 0,003 | 0,001 | 0,004 | 0,001 | 0,000 | 0,002 |
BEREICH | 0,037 | 0,032 | 0,030 | 0,024 | 0,036 | 0,026 |
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Sechs
bipolare Probenplatten wurden in Übereinstimmung mit dem
Verfahren der vorliegenden Offenlegung hergestellt. Ein Paar unipolarer
Platten 200, 202 mit zusammenpassenden Vielzahlen
von Kanälen und Stegen 226, 228 wurde
mit Totgewichten und Klemmen vorab zusammengesetzt. Anschließend
an das vorab erfolgende Zusammensetzen wurden die unipolaren Platten
an den Umfangsflanschen 216, 218 mit Klemmen eingespannt.
Danach wurden die Umfangsflansche 216, 218 verschweißt,
um eine Abdichtung herzustellen und die bipolaren Probenplatten
zu bilden.
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So
wie die bipolaren Kontrollplatten wurden die bipolaren Probenplatten
einer Einlaufperiode in einem Brennstoffzellenstapel für
etwa 1900 Stunden ohne zusätzliche angelegte Last unterzogen.
Anschließend an die Einlaufperiode wurden Dickenmessungen
an den verschiedenen Positionen von 6 über
die bipolaren Probenplatten hinweg mit einer Messuhr vorgenommen.
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Wie
in Tabelle II veranschaulicht, schwankte der Dickenbereich der in Übereinstimmung
mit dem Verfahren der Offenlegung hergestellten bipolaren Probenplatten
zwischen etwa 0,024 mm und 0,037 mm für die sechs gemessenen
Proben. Die Abweichung der Dicke über die vorab zusammengesetzten
bipolaren Probenplatten erwies sich dabei als überraschend
kleiner als die Abweichung der Dicke über die bipolaren
Kontrollplatten hinweg. Es sollte einzusehen sein, dass die in Übereinstimmung
mit dem Verfahren der vorliegenden Offenlegung hergestellten bipolaren
Plattenanordnungen 8 daher eine verbesserte Leistung gegenüber
bipolaren Plattenanordnungen 8 bereitstellen können,
welche in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren nach dem
Stand der Technik hergestellt werden.
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Das
Verfahren und die Klemmhalterung 300 der vorliegenden Offenlegung
sehen vorteilhafterweise ein vorab erfolgendes Zusammensetzen der
ersten und der zweiten unipolaren Platte 200, 202 während
der Herstellung der bipolaren Plattenanordnung 8 vor. Das
Verfahren und die Klemmhalterung 300 wirken dem Vorhandensein
der eingeschlossenen Welle in den aktiven Flächen 204, 210 entgegen,
indem überschüssiges und loses Material von den
aktiven Flächen 204, 210 weg verdrängt
werden, bevor die Umfangsflansche 216, 218 zum
Zusammenfügen eingespannt werden. Das Verfahren und die
Klemmhalterung 300 reduzieren eine Abweichung der Dicke
der bipolaren Plattenanordnung 8 und wirken dadurch ferner
unerwünschten, örtlich begrenzten Konzentrationen
von Druckkraft in dem Brennstoffzellenstapel 2 im Betrieb
entgegen.
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Während
bestimmte repräsentative Ausführungsformen und
Details gezeigt wurden, um die Erfindung zu veranschaulichen, wird
für einen Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der
Offenlegung abzuweichen, der in den nachfolgenden beigefügten
Ansprüchen weiter beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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