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Die
Erfindung betrifft eine Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle,
insbesondere eines Fahrzeugs, wobei die Gasdiffusionsschicht zum
Beaufschlagen einer Elektrode einer Membran-Elektroden-Anordnung
der Brennstoffzelle mit einem Reaktand ausgebildet ist. Die Gasdiffusionsschicht
weist eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Erhebungen auf,
durch welche Kanäle für den Reaktanden voneinander
abgegrenzt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle
mit einer solchen Gasdiffusionsschicht und ein Verfahren zum Fertigen
einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle.
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Die
DE 10 2007 039 467
A1 beschreibt eine Brennstoffzelle mit einer Gasdiffusionsschicht,
auf deren Oberseite durch physikalische Dampfphasenabscheidung,
Elektrobeschichtung oder Siebdruck elektrisch leitfähige
Stege aufgebracht sind. Die Stege sind aus Edelmetallen gebildet
oder aus Metalloxiden bzw. dotierten Metalloxiden. In der Brennstoffzelle
werden die Stege mit korrespondierenden Stegen einer Bipolarplatte
in Anlage gebracht. Ein in der Bipolarplatte ausgebildeter Kanal
setzt sich so in Richtung auf die Gasdiffusionsschicht hin fort,
wo der Kanal durch die auf die Gasdiffusionsschicht aufgebrachten
Stege seitlich begrenzt ist.
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Als
nachteilig bei einer derartigen Gasdiffusionsschicht ist der Umstand
anzusehen, dass die elektrisch leitfähigen Stege einer
Korrosion unterworfen sind, insbesondere wenn beim Anfahren und
Abschalten der Brennstoffzelle besonders hohe Potentiale anliegen.
Die Korrosion führt einerseits zu einer mechanischen Behinderung
des Gasflusses und andererseits zu einem erhöhten Kontaktwiderstand
zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht. Zudem ist
das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Stege teuer und
aufwändig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Gasdiffusionsschicht
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach und kostengünstig
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Gasdiffusionsschicht mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1, durch eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Gasdiffusionsschicht für
eine Brennstoffzelle, insbesondere eines Fahrzeugs, ist zum Beaufschlagen
einer Elektrode einer Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle mit
einem Reaktand ausgebildet. Die Gasdiffusionsschicht weist eine
Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Erhebungen auf, durch
welche Kanäle für den Reaktanden voneinander abgegrenzt
sind. Hierbei enthält zumindest eine der elektrisch leitfähigen
Erhebungen Kohlenstoff. Kohlenstoff ist besonders einfach und kostengünstig
bereitstellbar. Bevorzugt enthalten alle elektrisch leitfähigen
Erhebungen Kohlenstoff. In einer die Gasdiffusionsschicht aufweisenden
Brennstoffzelle grenzen die kohlenstoffhaltigen Erhebungen an korrespondierende
Stege der Separatorplatte an. Hier sorgen die kohlenstoffhaltigen
Erhebungen für einen besonders geringen Kontaktwiderstand
zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Separatorplatte. Zwar
kann auch der Kohlenstoff der Erhebungen einer Korrosion unterliegen,
jedoch verbleibt der oxidierte Kohlenstoff nicht in der Brennstoffzelle,
sondern dieser wird gasförmig als Kohlendioxid ausgetragen.
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Die
elektrisch leitfähigen Erhebungen können insbesondere
durch partielles Abtragen von Bereichen aus einem Grundkörper
der Gasdiffusionsschicht hergestellt sein, wobei die abgetragenen
Bereiche dann die Kanäle bilden. Bevorzugt wird jedoch auf
den Grundkörper der Gasdiffusionsschicht kohlenstoffhaltiges
Material aufgebracht, aus welchem die Erhebungen gebildet werden.
Die Kanäle können jedoch auch teilweise durch
rinnenförmiges Abtragen des kohlenstoffhaltigen Grundkörpers
der Gasdiffusionsschicht als auch teilweise durch Aufbringen des kohlenstoffhaltigen
Materials auf den Grundkörper realisiert werden.
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Für
eine besonders effektive Versorgung der Elektrode der Membran-Elektroden-Anordnung
der Brennstoffzelle mit dem Reaktand ist ein besonders schmaler
und gleichzeitig besonders tiefer Kanal vorteilhaft. Insbesondere
beim Verwenden metallischer Separatorplatten in der Brennstoffzelle
ist jedoch der Herstellung tiefer Kanalstrukturen eine durch den maximal
möglichen Umformgrad bedingte Grenze gesetzt. Nichtmetallische,
beispielsweise graphitische Separatorplatten haben jedoch fertigungstechnische
und produkttechnische Nachteile. Durch die Verwendung der vorliegend
beschriebenen Gasdiffusionsschicht für die Brennstoffzelle
kann ein Kanal mit geringer Breite und gleichzeitig großer
Tiefe auch für aus einem Metall gebildete Separatorplatten
realisiert werden, da ein Teil des Kanals durch die Erhebungen begrenzt
ist. Ein schmaler, tiefer Kanal weist einen größeren
durchströmbaren Querschnitt auf als ein gleich breiter
Kanal geringerer Tiefe. Somit kann die mit der vorliegend beschriebenen
Gasdiffusionsschicht versehene Brennstoffzelle mit einem geringeren
Ausgangsdruck der Reaktanden beaufschlagt werden, da geringere Druckabfälle
und geringere parasitäre Druckverluste beim Durchströmen
der Kanäle auftreten.
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Das
Aufbringen der elektrisch leitfähigen, kohlenstoffhaltigen
Erhebungen auf den Grundkörper der Gasdiffusionsschicht
bringt auch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Gasdiffusionsschicht
mit sich. Dies ermöglicht es, als Grundkörper
für die Gasdiffusionsschicht auf kostengünstige,
da vergleichsweise wenig energieintensiv herstellbare Rollware zurückzugreifen.
Derartige Rollware als Halbzeug für die Gasdiffusionsschicht kann
aus einem imprägnierten Graphitfasergelege gebildet sein,
welches in einem kontinuierlichen Prozess in einem Brennofen konditioniert
wird. Im Gegensatz zu einem Grundkörper für die
Gasdiffusionsschicht, welcher aus Blattware als Halbzeug gebildet ist,
muss letzterer in einem Batch-Prozess bei hoher Temperatur graphitisiert
werden, was besonders energieintensiv und somit teuer ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch
leitfähigen Erhebungen zumindest bereichsweise aus amorphem
Kohlenstoff und/oder Graphit gebildet. Insbesondere amorpher Kohlenstoff,
etwa in Form einer Rußpaste, welche auf den Grundkörper
der Gasdiffusionsschicht aufgebracht wird, ist besonders kostengünstig
verfügbar und führt so zu einer besonders kostengünstigen Gasdiffusionsschicht.
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Bei
einer Brennstoffzelle, insbesondere für ein Fahrzeug, welche
eine erfindungsgemäße Gasdiffusionsschicht aufweist,
ist eine Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle über
die Gasdiffusionsschicht mit einem Reaktand beaufschlagbar. Hierbei
sind die elektrisch leitfähigen Erhebungen der Gasdiffusionsschicht
zumindest bereichsweise mit korrespondierenden Erhebungen einer
Separatorplatte in Anlage gebracht.
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Eine
für den Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehene Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle – kurz
PEMFC – kann wie folgt aufgebaut sein. Die PEMFC enthält
die Membran-Elektroden-Anordnung – kurz MEA, die aus einer
Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymer-Elektrolyt-Membran
(auch Ionomer-Membran oder Protonen-Austausch-Membran) – kurz
PEM – aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen
zwei Separatorplatten angeordnet, wobei die eine Separatorplatte
Kanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist
und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung
von Oxidationsmittel und wobei die Kanäle der MEA zugewandt
sind. Solche Separatorplatten dienen daher u. a. als Verteilelemente
für den jeweiligen Reaktand. Die Kanäle bilden
eine Kanalstruktur, ein sog. Flow Field.
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Die
Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden – kurz
GDE – ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen
Reaktion (z. B. 2H2 + O2 → 2H2O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte
und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE besteht aus
wenigstens einer Gasdiffusionsschicht bzw. Gasdiffusionslage – kurz
GDL – und einer Katalysatorschicht, die der PEM zugewandt
ist und an der die elektrochemische Reaktion abläuft. Die
GDE kann ferner noch eine Gasverteilungslage aufweisen, die sich
der Gasdiffusionslage anschließt und die in der PEMFC einer
Separatorplatte zugewandt ist. Gasdiffusionslage und Gasverteilungslage unterscheiden
sich v. a. in ihren Porengrößen und damit in der
Art des Transportmechanismus für einen Reaktionsstoff (Diffusion
bzw. Verteilung).
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Eine
derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen
elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen
sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln – kurz
Stacks – gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen,
wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten,
so genannte Bipolarplatten, eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten
nur die beiden endständigen Abschlüsse des Stacks
bilden. Sie werden z. T. Endplatten genannt und können
sich baulich erheblich von den Bipolarplatten unterscheiden.
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Die
Bipolarplatten sind im Allgemeinen aus zwei Teilplatten zusammengesetzt.
Diese Teilplatten weisen im Wesentlichen komplementäre
und bzgl. einer Spiegelebene spiegelbildliche Formen auf. Die Teilplatten
müssen aber nicht zwingend spiegelbildlich sein. Wichtig
ist lediglich, dass sie zumindest eine gemeinsame Berührungsfläche
aufweisen, an der sie verbunden werden können. Die Teilplatten weisen
eine unebene Topographie auf. Hierdurch entstehen an den jeweils
voneinander weg weisenden Oberflächen der Teilplatten die
vorstehend bereits erwähnten Kanalstrukturen. An den jeweils
aufeinander zuweisenden Oberflächen der Teilplatten besteht
z. B. bei geprägten metallischen Teilplatten die zur o.
g. Kanalstruktur komplementäre Kanalstruktur. Beim Aufeinanderlegen
der beiden Teilplatten entsteht dadurch zwischen den Teilplatten,
auf deren zueinander hin weisenden Oberflächen, ein Hohlraum,
welcher aus einem System mehrerer miteinander verbundener Tunnels
besteht. Der Hohlraum bzw. das System der Tunnels ist durch eine
im Wesentlichen die Teilplatten im Randbereich umlaufende Fügung
flüssigkeitsdicht umrandet, wobei Öffnungen zur
Kühlmittelzufuhr und -abfuhr vorgesehen sind, sodass der
Hohlraum für die Verteilung eines Kühlmittels
genutzt werden kann.
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Somit
gehört zu den Aufgaben einer Bipolarplatte: die Verteilung
von Oxidationsmittel und von Reduktionsmittel; die Verteilung von
Kühlmittel und somit die Kühlung (besser gesagt
Temperierung) der Brennstoffzellen; die fluidische Trennung der
Einzelzellen eines Stacks voneinander; ferner die elektrische Kontaktierung
der hintereinander geschalteten Einzelzellen eines Stacks und somit
die Durchleitung des von den Einzelzellen erzeugten elektrischen Stroms.
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Eine
PEM kann mehrere Komponenten enthalten. Die wichtigste Komponente
ist dabei ein oder mehrere protonenleitfähige Ionomere.
Ferner können verstärkende Komponenten wie z.
B. organische Fasern (insbesondere PTFE-Fasern) und/oder anorganische
Fasern (insbesondere Glasfasern) enthalten sein, die z. B. als Gewebe
oder Gewirke ausgebildet sein können. Ferner können
Füllstoffe enthalten sein, wie z. B. Metalloxid-Partikel
(insbesondere Kieselgel, SiO2), die z. B.
bei der Feuchthaltung der PEM eine Funktion übernehmen.
Darüber hinaus können weitere Komponenten enthalten
sein, wie z. B. Phosphorsäure, niedermolekulare Amphotere
(insbesondere Imidazol und/oder Pyrazol). Eine PEM kann aber auch
aus einem protonenleitfähigen Glasfilm bestehen, insbesondere
aus einem nanoporösen Phosphosilicat-Glasfilm. Ist auf
eine oder beide Hauptoberflächen der PEM eine Katalysatorschicht aufgebracht,
so wird im Allgemeinen von einer Catalyst Coated Membrane – kurz
CCM – gesprochen.
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Bei
der die erfindungsgemäße Gasdiffusionsschicht
aufweisenden Brennstoffzelle kann die Kanaltiefe des Flow Fields
auf die für einen erwünschten Druckabfall erforderliche
Tiefe angepasst werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Separatorplatte
aus einem Metall gebildet ist, sodass sehr schmalen Kanälen
Grenzen durch die verfügbaren Umformprozesse gesetzt sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen einer
Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle, insbesondere
eines Fahrzeugs, ist die Gasdiffusionsschicht zum Beaufschlagen
einer Elektrode einer Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle
mit einem Reaktand ausgebildet. Die Gasdiffusionsschicht wird hierbei
mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Erhebungen
versehen, durch welche Kanäle für den Reaktanden
voneinander abgegrenzt werden. Zumindest eine der elektrisch leitfähigen
Erhebungen wird aus einem Kohlenstoff enthaltenden Grundmaterial
gebildet. Dies kann durch Aufbringen des Kohlenstoffs enthaltenden
Grundmaterials auf einen Grundkörper der Gasdiffusionsschicht
und/oder durch Abtragen der Kanäle aus dem Grundkörper
erfolgen.
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Die
für die erfindungsgemäße Gasdiffusionsschicht
und die Brennstoffzelle beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen
gelten auch für das erfindungsgemäße
Verfahren.
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Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt
ausschnittsweise und in einer Schnittansicht eine Brennstoffzelle
für ein Fahrzeug.
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Eine
in der Figur gezeigte Brennstoffzelle 1 umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung 2,
an welche ein Grundkörper 3 einer Gasdiffusionsschicht angrenzt.
Auf den Grundkörper 3 sind Erhebungen in Form
von Stegen 4 aufgebracht. Jeweils zwei Stege 4 grenzen
einen Kanal 5 seitlich ab. Durch den Kanal 5 strömt
im Betrieb der Brennstoffzelle ein Reaktionsgas, etwa auf einer
Seite der Membran-Elektroden-Anordnung 2 Wasserstoffgas
und auf der anderen Seite Sauerstoff enthaltende Luft. Diese Reaktanden
treten durch die Gasdiffusionsschicht hindurch, reagieren an den
jeweiligen Elektroden der Membran-Elektroden-Anordnung 2 zu
Wasser und erzeugen hierbei elektrischen Strom.
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Die
Stege 4 sind so angeordnet, dass sie zu Erhebungen 6 komplementär
sind, welche in einer Bipolarplatte 7 ausgebildet sind.
Jeweils zwei benachbarte Erhebungen 6 der Bipolarplatte 7 grenzen
seitlich und nach unten hin einen Teilbereich des Kanals 5 ab,
welcher zu den Seiten und nach oben hin durch die Stege 4 und
den Grundkörper 3 begrenzt ist. Dadurch, dass
sich die durch die Bipolarplatte 7 gebildete Kanalstruktur
in der Gasdiffusionsschicht fortsetzt, ist eine besonders große
Tiefe der Kanäle 5 erreichbar. Der in der Bipolarplatte 7 gebildete
Bereich des jeweiligen Kanals 5 kann eine Höhe 8 von
0,4 mm bis 0,5 mm aufweisen und eine größte Breite 9 von
0,7 mm bis 0,8 mm. Ausgehend von dieser maximalen Breite im Bereich
der Bipolarplatte 7 verjüngt sich vorliegend der
Querschnitt des Kanals 5 in eine Richtung weg von der Gasdiffusionsschicht.
Die Stege 4 sind in dem dargestellten Beispiel trapezförmig
ausgebildet, wobei die kürzere Seite des Trapezes der Bipolarplatte 7 zugewandt
ist. Der Kanal 5 weist also im Querschnitt eine Rautenform
auf. Die Kanäle 5 können prinzipiell
aber auch andere Querschnitte aufweisen, z. B. U-förmige
Querschnitte oder Kreissegment-förmige Querschnitte und
dergleichen.
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Die
Kanäle 5 zwischen den elektrisch leitfähigen
Stegen 4 können entweder durch strukturiertes Aufbringen
der Stege 4 auf den Grundkörper 3 der Gasdiffusionsschicht
hergestellt sein, oder es kann auf den Grundkörper 3 eine
kohlenstoffhaltige Schicht aufgebracht werden, aus welcher dann
durch mechanisches und/oder chemisches und/oder physikalisches Abtragen
die Stege 4 herausgearbeitet werden.
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Dieses
Abtragen kann mithilfe eines Lasers und/oder Elektronenstrahls und/oder
durch einen mechanischen Schaber oder Fräser oder dergleichen
und/oder durch chemisches Abtragen erfolgen, etwa durch Ätzen
der Bereiche, in welchen die Kanäle 5 ausgebildet
werden sollen. Beim Aufbringen separater Stege 4 auf den
Grundkörper 3 kann der kohlenstoffhaltige Steg 4 mittels
eines Rakels, einer Düse und/oder in einem Siebdruckverfahren
hergestellt werden. Als Material für die Stege 4 eignet
sich amorpher Kohlenstoff, welcher etwa in Form einer Rußpaste
vollflächig oder bereits in Form der Stege 4 auf
den Grundkörper 3 aufgebracht werden kann. Ergänzend
oder alternativ kann Graphit zum Einsatz kommen.
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Unter
physikalischem Abtragen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung
verstanden: Verdampfen, Erwärmen, Verformen, Cracken durch Photonen,
Einformen, Aufschmelzen, Zusammenfließen, Beschichten,
Aufspritzen, und dergleichen. Dies kann beispielsweise durch Einwirkung
von Licht oder sonstiger Strahlung aller Art (z. B. Elektronenstrahlen)
erfolgen, z. B. mit Hilfe von UV-Lampen, Dioden und dergleichen.
Dabei können z. B. Maskenverfahren, Scannertechnik, warme
Formpresswerkzeuge usw. zum Einsatz kommen.
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Beim
Aufbringen oder Herausarbeiten und/oder zumindest teilweise nach
dem Aufbringen oder Herausarbeiten der Stege 4 können
diese je nach gewünschter Funktion hydrophil oder hydrophob
ausgestaltet werden. Beispielsweise kann die Hydrophobie der Stege 4 der Hydrophobie
des Grundkörpers 3 der Gasdiffusionsschicht angepasst werden.
Durch hydrophiles Ausgestalten der Stege 4 können
diese nach Art eines Dochtes dafür sorgen, dass sich in
den Kanälen 5 bildendes Reaktionswasser über
die Stege 4 abgezogen wird und somit eine ausreichende
Gasversorgung der Elektroden der Membran-Elektroden-Anordnung 2 gewährleistet
ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Brennstoffzelle 1 mit
einer vergleichsweise hohen Stromdichte betrieben wird, welche mit
einer vergleichsweise hohen Reaktionswassermenge einhergeht. Auch durch
ein hydrophobes Ausgestalten der Stege 4 kann erreicht
werden, dass sich Wasser leicht mittels der Reaktionsgase von den
Stegen 4 entfernen lässt und so den Gasfluss in
den Kanälen 5 kaum behindert.
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Durch
hydrophiles Ausbilden der Stege 4 können diese
dem Speichern von Reaktionswasser dienen und so auch bei fehlender
oder ungenügender Befeuchtung der Reaktionsgase durch einen
Befeuchter noch für eine zufriedenstellende Befeuchtung
im Bereich der Membran der Membran-Elektroden-Anordnung 2 sorgen.
Auch kann der Steg 4 in seinem Inneren und an seiner Oberfläche
jeweils unterschiedliche Grenzflächenspannungen aufweisen, so
dass sowohl das Austreiben von Reaktionswasser aus dem Kanal 5 und
eine Dochtwirkung gleichzeitig mit einer Reservoirfunktion der Stege 4 realisierbar ist.
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Auch
können durch Behandlung des Grundkörpers 3 und/oder
der Stege 4 oder der Rußschicht, aus welchen die
Stege 4 herausgearbeitet werden, mittels eines Lasers,
eines Elektronenstrahls, eines Infrarotstrahlers, einer Trocknungseinrichtung und/oder
einer Sintereinrichtung diese so umgestaltet werden, dass sich eine
gewünschte Hydrophobie, Hydrophilie, Gaspermeabilität
und/oder Wasserpermeabilität ergibt. Eine solche Behandlung
des Grundkörpers 3 und/oder der Stege 4 kann
mittels mechanischer Einrichtungen, etwa Kompaktiereinrichtungen
zum dreidimensionalen Modifizieren bzw. Strukturieren, Aufraueinrichtungen
und dergleichen und/oder mittels chemischer Einrichtungen erfolgen, welche
ein Aufrauen und/oder ein Modifizieren der Oberfläche und/oder
ein dreidimensionales Modifizieren oder Strukturieren ermöglichen.
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Durch
Behandeln des Grundkörpers 3 und/oder Stege 4 mit
dem Laser, dem Elektronenstrahl, einer Ionisiereinrichtung oder
Deionisiereinrichtung, und/oder auf mechanischem oder chemischem
Wege und/oder durch Oberflächenaktivierungseinrichtungen
kann die Eindringtiefe der Stege 4 in den Grundkörper 3 vor
und/oder während und/oder nach deren Aufbringen auf den
Grundkörper 3 eingestellt werden. Wenn eine dem
Grundkörper 3 zugewandte Basis 10 der
Stege 4 bereichsweise in den Grundkörper 3 eindringt,
kann eine Durchströmbarkeit der Gasdiffusionsschicht in
deren zweidimensionaler Erstreckungsrichtung und/oder in Richtung
auf die Membran-Elektroden-Anordnung 2 hin eingestellt
werden.
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Durch
die bereichsweise in den Grundkörper 3 eindringende
Basis 10 kann sichergestellt werden, dass aus den Kanälen 5 in
den Grundkörper 3 eindringende Reaktanden sich
senkrecht zu der durch den Grundkörper 3 definierten
zweidimensionalen Erstreckungsrichtung auf die Elektroden hin bewegen
und in weniger starkem Maße seitlich entweichen können.
Es wird also die Permeabilität in der zweidimensionalen
Erstreckungsrichtung des Grundkörpers 3 so eingestellt,
dass der Druckverlust unter den Stegen 4 reduziert wird,
wobei die Versorgung der Reaktionsbereiche mit Gasen verbessert
ist. Dies führt ebenfalls zu einem verbesserten Austrag
von Reaktionswasser bei hoher Stromdichte.
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Dadurch,
dass Kurzschlussströmungen der Fluide (Brennstoff bzw.
Oxidationsmittel) zu benachbarten Kanälen durch das Eindringen
der Basis 10 der Stege 4 in den Grundkörper 3 vermeidbar
sind, steht mehr Brennstoff bzw. Oxidationsmittel für die Reaktion
zur Verfügung. Die Eindringtiefe der Stege 4 in
den Grundkörper 3 kann durch Behandeln der kohlenstoffhaltigen
Beschichtungsmasse mittels Laser, Elektronenstrahl, einer Ionisiereinrichtung,
einer Deionisiereinrichtung, physikalisch, mechanisch, chemisch
und/oder über Oberflächenaktivierungsverfahren
vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen der Beschichtungsmasse
eingestellt werden. Ebenso können diese Behandlungsverfahren zum
Behandeln des Grundkörpers 3 zum Einsatz kommen
und die Eigenschaften des Grundkörpers 3 so einstellen,
dass die gewünschte Eindringtiefe der Stege 4 in
den Grundkörper 3 erreicht wird.
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Des
Weiteren kann durch die genannten Behandlungsverfahren ein besonders
guter elektrischer Kontakt zwischen den Stegen 4 und der
Bipolarplatte 7 erreicht werden, ebenso wie eine besonders
gute Haftung der Stege 4 auf dem Grundkörper 3.
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- 1
- Brennstoffzelle
- 2
- Membran-Elektroden-Anordnung
- 3
- Grundkörper
- 4
- Steg
- 5
- Kanal
- 6
- Erhebung
- 7
- Bipolarplatte
- 8
- Höhe
- 9
- Breite
- 10
- Basis
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007039467
A1 [0002]