DE102011120802A1 - Plastic bipolar plate for fuel cell, has inner region formed from electrically conductive material, and peripheral region formed from electrically insulating material such as thermoplastic resin - Google Patents

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Abstract

The bipolar plate (1) has an inner region (B1) formed from an electrically conductive material, and a peripheral region (B2) formed from an electrically insulating material such as thermoplastic resin, where the electrically conductive material includes a proportion of carbon formed as carbon nanotubes. A channel structure (2) is formed in the inner region of the bipolar plate, and a supply aperture (1.3) for supplying a process fluid to a fuel cell is formed in the peripheral region of the bipolar plate, where the bipolar plate is formed as a hybrid device. An independent claim is also included for a method for manufacturing a bipolar plate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte zumindest aus einem Kunststoff für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bipolarplatte.The invention relates to a bipolar plate at least made of a plastic for a fuel cell and a method for producing such a bipolar plate.

Aus der DE 101 60 706 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Platte und eine Platte bekannt. Die Platte besteht aus einem wärmeaushärtbaren und/oder thermoplastischen Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil von 70 Gewichtsprozent bis 95 Gewichtsprozent, wobei eine den Kunststoff und den Kohlenstoff-Füllstoff enthaltende Ausgangsmischung in eine Pressform eingefüllt und sodann mit einem Presswerkzeug zu der Platte geformt wird. Um zu erreichen, dass die Platte gezielt gewünschte Eigenschaften aufweist, werden in die Pressform schicht- und/oder bereichsweise Ausgangsmischungen unterschiedlicher Zusammensetzungen und/oder unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften eingefüllt, oder eine Ausgangsmischung wird portionsweise der Pressform zugeführt und die zugeführten Portionen werden nacheinander unterschiedlichen Pressparametern ausgesetzt. Dabei ist die Platte insbesondere eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle.From the DE 101 60 706 A1 For example, a method of manufacturing a plate and a plate is known. The plate consists of a thermosetting and / or thermoplastic carbon-filled plastic having a filler content of from 70% to 95% by weight, wherein a starting mixture containing the plastic and the carbon filler is filled into a mold and then formed with a pressing tool to the plate , In order to achieve that the plate has specific desired properties, layer and / or regions of starting mixtures of different compositions and / or different chemical and / or physical properties are filled in the mold, or a starting mixture is added in portions to the mold and the portions are fed successively different press parameters exposed. In this case, the plate is in particular a bipolar plate for a fuel cell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Bipolarplatte und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Bipolarplatte anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved bipolar plate and an improved method for producing such a bipolar plate.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Bipolarplatte durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved with respect to the bipolar plate by the in claim 1 and in terms of the method by the features specified in claim 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Bipolarplatte zumindest aus einem Kunststoff für eine Brennstoffzelle weist erfindungsgemäß einen inneren Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Material und ein Randbereich aus einem elektrisch isolierenden Material auf.A bipolar plate at least of a plastic for a fuel cell according to the invention has an inner region of an electrically conductive material and an edge region of an electrically insulating material.

Dadurch, dass die Bipolarplatte im Randbereich aus dem elektrisch isolierenden Material in Form des Kunststoffes gebildet ist, ist es z. B. in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Randbereiche zweier Bipolarplatten zur Bildung einer Brennstoffzelle stoffschlüssig miteinander zu verbinden, insbesondere zu verschweißen, so dass wenigstens der aktive innere Bereich und Zuführleitungen für wenigstens ein Prozessmedium der Brennstoffzelle ohne zusätzlichen Einsatz von Dichtelementen mediumdicht ausgeführt ist.The fact that the bipolar plate is formed in the edge region of the electrically insulating material in the form of the plastic, it is z. B. in a particularly advantageous manner, the edge regions of two bipolar plates to form a fuel cell materially connected to each other, in particular to weld, so that at least the active inner region and supply lines for at least one process medium of the fuel cell is made medium-tight without additional use of sealing elements.

Zudem ist mittels des elektrisch isolierenden Randbereiches eine Isolierwirkung der Bipolarplatte erzielbar.In addition, an insulating effect of the bipolar plate can be achieved by means of the electrically insulating edge region.

Besonders bevorzugt ist das elektrisch leitfähige Material, aus dem der innere Bereich besteht, aus Kunststoff, welcher einen Anteil von Kohlenstoff aufweist, gebildet, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des inneren Bereiches der Bipolarplatte realisierbar ist.Particularly preferably, the electrically conductive material, of which the inner region consists of plastic, which has a proportion of carbon, is formed, whereby the electrical conductivity of the inner region of the bipolar plate can be realized.

Die Brennstoffzelle ist mittels der Bipolarplatten vollständig aus Kunststoff ausgeführt, wodurch es möglich ist, die im Vergleich kostenintensiven Edelmetalle als Bestandteil der Bipolarplatte vergleichsweise einfach und ohne großen Aufwand mittels Verbrennens zu separieren und zu recyceln.The fuel cell is completely made of plastic by means of the bipolar plates, which makes it possible comparatively easy to separate and recycle by comparison the cost-intensive precious metals as part of the bipolar plate by means of burning and without much effort.

Dabei kann die Bipolarplatte aus einem Hybridbauteil oder aus zwei Halbplatten gebildet sein.In this case, the bipolar plate can be formed from a hybrid component or from two half-plates.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch eine Schnittdarstellung eines inneren Bereiches einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, 1 FIG. 2 schematically a sectional view of an inner region of a bipolar plate according to the invention for a fuel cell, FIG.

2 schematisch einen Randbereich eines mittels Bipolarplatten nach dem Stand der Technik gebildeten Brennstoffzellenstapels, 2 FIG. 2 schematically shows an edge region of a fuel cell stack formed by means of bipolar plates according to the prior art, FIG.

3 schematisch einen Randbereich eines mittels erfindungsgemäßen Bipolarplatten gebildeten Brennstoffzellenstapels, 3 FIG. 2 schematically shows an edge region of a fuel cell stack formed by means of bipolar plates according to the invention, FIG.

4 schematisch eine Schnittdarstellung der Bipolarplatte mit Randbereich und inneren Bereich, 4 1 is a schematic sectional view of the bipolar plate with edge region and inner region;

5 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer mittels zwei Halbplatten gebildeten Bipolarplatte, 5 1 is a schematic enlarged view of a sectional view of a bipolar plate formed by means of two half-plates;

6 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines Brennstoffzellenstapels, 6 2 is a schematic enlarged view of a sectional view of a fuel cell stack;

7 schematisch eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte mit einzelnen Verfahrensschritten, 7 1 schematically shows a first embodiment of a method for producing the bipolar plate with individual method steps,

8 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte mit einzelnen Verfahrensschritten, 8th schematically a second embodiment of a method for producing the bipolar plate with individual method steps,

9 schematisch eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte mit einzelnen Verfahrensschritten, 9 3 schematically shows a third embodiment of a method for producing the bipolar plate with individual method steps,

10 schematisch eine vierte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte mit einzelnen Verfahrensschritten, 10 schematically a fourth embodiment of a method for producing the bipolar plate with individual method steps,

11 schematisch eine fünfte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte mit einzelnen Verfahrensschritten und 11 schematically a fifth embodiment of a method for producing the bipolar plate with individual method steps and

12 schematisch eine Schnittdarstellung eines inneren Bereiches einer Bipolarplatte. 12 schematically a sectional view of an inner region of a bipolar plate.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes eines inneren Bereiches B1 einer aus zwei Halbplatten 1.1, 1.2 gebildeten Bipolarplatte 1 für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte 1 u. a. in 3 dargestellt ist. Dabei weist jede Halbplatte 1.1, 1.2 einen elektrisch leitfähigen Bereich 1.1.1, 1.2.1 auf, welche im zusammengesetzten Zustand den elektrisch leitfähigen inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 bilden. 1 shows a sectional view of an enlarged section of an inner region B1 one of two half-plates 1.1 . 1.2 formed bipolar plate 1 for a fuel cell, wherein the bipolar plate 1 in 3 is shown. In this case, each half plate 1.1 . 1.2 an electrically conductive area 1.1.1 . 1.2.1 which, in the assembled state, the electrically conductive inner region B1 of the bipolar plate 1 form.

Bei den Halbplatten 1.1, 1.2 kann es sich um Formteile handeln, wobei die Bipolarplatte 1 auch als Hybridbauteil in Form eines Hohlformkörpers gebildet sein kann.At the half plates 1.1 . 1.2 it may be molded parts, wherein the bipolar plate 1 may also be formed as a hybrid component in the form of a hollow shaped body.

Die Bipolarplatte 1, d. h. der innere Bereich B1, weist zur Medienführung, insbesondere zur Gasführung, eine Kanalstruktur 2 auf, welche durch einander gegenüberliegende Vertiefungen in den Halbplatten 1.1, 1.2 ausgebildet ist.The bipolar plate 1 , ie the inner region B1, has a channel structure for the media guidance, in particular for the gas guidance 2 on, which by opposing recesses in the half plates 1.1 . 1.2 is trained.

Ein erster offener Bereich 2.1 der Kanalstruktur 2 dient einer Zuführung eines ersten Mediums, beispielsweise mit einem Treibstoff zu einer an einer Seite des inneren Bereiches B1 der Bipolarplatte 1 angeordneten in nachfolgenden Figuren dargestellten Membran 3 als Elektrode-Membran-Einheit.A first open area 2.1 the channel structure 2 serves to supply a first medium, for example with a fuel to one on one side of the inner region B1 of the bipolar plate 1 arranged membrane shown in the following figures 3 as electrode-membrane unit.

Ein zweiter offener Bereich 2.2 der Kanalstruktur 2 dient einer Zuführung eines zweiten Mediums, beispielsweise mit einem Oxidator zu einer Membran 3, welche an einer gegenüberliegenden Seite des inneren Bereiches B1 der Bipolarplatte 1 angeordnet ist. Dabei bildet diese Membran 3 ebenfalls eine Elektrode-Membran-Einheit.A second open area 2.2 the channel structure 2 serves to supply a second medium, for example with an oxidizer to a membrane 3 , which on an opposite side of the inner region B1 of the bipolar plate 1 is arranged. This membrane forms 3 also an electrode-membrane unit.

Zwischen den beiden Halbplatten 1.1, 1.2 gebildete Aussparungen 2.3 sind als innenliegende Kanäle für ein Kühlmittel zur Kühlung der Bipolarplatte 1 und der mittels der Bipolarplatte 1 gebildeten Brennstoffzelle im Betrieb derselben ausgebildet.Between the two half plates 1.1 . 1.2 formed recesses 2.3 are as internal channels for a coolant for cooling the bipolar plate 1 and by means of the bipolar plate 1 formed fuel cell formed during operation thereof.

An den Membranen 3 angrenzend ist jeweils eine weitere aus zwei Halbplatten 1.1, 1.2 gebildete Bipolarplatte 1 angeordnet, wobei ein Stromfluss zwischen den Membranen 3 durch die Bipolarplatte 1 hindurch sichergestellt ist.At the membranes 3 adjacent is another one of two half plates 1.1 . 1.2 formed bipolar plate 1 arranged, with a current flow between the membranes 3 through the bipolar plate 1 is ensured through.

In 2 ist eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes eines Brennstoffzellenstapels 4 dargestellt, wobei ein Randbereich B2 und teilweise ein innerer Bereich B1 übereinander angeordneter Bipolarplatten 1 nach dem Stand der Technik gezeigt sind. Dabei umfasst der Brennstoffzellenstapel drei übereinander angeordnete Bipolarplatten 1.In 2 is a sectional view of an enlarged section of a fuel cell stack 4 illustrated, wherein a peripheral region B2 and partially an inner region B1 of bipolar plates arranged one above the other 1 are shown in the prior art. In this case, the fuel cell stack comprises three bipolar plates arranged one above the other 1 ,

Zwischen den einzelnen Bipolarplatten 1 ist jeweils eine Membran 3 angeordnet, die teilweise elektrisch leitend ausgeführt ist, wobei ein Stromfluss S durch den inneren Bereich B1 der Bipolarplatten 1 und somit durch einen inneren Bereich B1 des Brennstoffzellenstapels 4 erfolgt. Auch wird in dem inneren Bereich B1 der jeweiligen Bipolarplatte 1 eine Kühlung derselben realisiert.Between the individual bipolar plates 1 is each a membrane 3 arranged, which is carried out partially electrically conductive, wherein a current flow S through the inner region B1 of the bipolar plates 1 and thus through an inner region B1 of the fuel cell stack 4 he follows. Also, in the inner region B1 of the respective bipolar plate 1 a cooling realized the same.

Zwischen dem jeweiligen Randbereich B2 einer Bipolarplatte 1 und der Membran 3 ist ein Dichtelement 5 angeordnet, mittels dessen die Randbereiche B2 der Bipolarplatten 1 gegenüber den Membranen 3 und den angrenzenden Bipolarplatten 1 abgedichtet sowie elektrisch zueinander isoliert sind.Between the respective edge region B2 of a bipolar plate 1 and the membrane 3 is a sealing element 5 arranged, by means of which the edge regions B2 of the bipolar plates 1 opposite the membranes 3 and the adjacent bipolar plates 1 sealed and electrically isolated from each other.

3 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes eines Brennstoffzellenstapels 4 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Bipolarplatten 1. 3 shows a sectional view of an enlarged section of a fuel cell stack 4 with inventively designed bipolar plates 1 ,

Die Bipolarplatten 1 weisen jeweils einen inneren Bereich B1 auf, welcher elektrisch leitend ist und somit einen aktiven Bereich der Bipolarplatte 1 darstellt. Zudem erfolgt in dem inneren Bereich B1 die Kühlung der jeweiligen Bipolarplatte 1.The bipolar plates 1 each have an inner region B1, which is electrically conductive and thus an active region of the bipolar plate 1 represents. In addition, the cooling of the respective bipolar plate takes place in the inner region B1 1 ,

Dazu ist der innere Bereich B1 aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet, welcher einen vergleichsweise geringen Anteil von Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffnanoröhren aufweist. Dabei sind dem Kunststoff Kohlenstoffnanoröhren beigemengt, so dass die elektrische Leitfähigkeit im inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 realisiert und sichergestellt ist. Der Randbereich B2 der Bipolarplatte 1 ist ausschließlich aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet und ist somit elektrisch nicht leitfähig, sondern elektrisch isolierend ausgeführt. Bei dem Kunststoff für den Randbereich B2 handelt es sich besonders bevorzugt um einen schweißbaren Kunststoff.For this purpose, the inner region B1 is formed from a thermoplastic material which has a comparatively small proportion of carbon in the form of carbon nanotubes. In this case, the plastic carbon nanotubes are added, so that the electrical conductivity in the inner region B1 of the bipolar plate 1 realized and ensured. The edge region B2 of the bipolar plate 1 is made exclusively of a thermoplastic material and is thus electrically non-conductive, but designed to be electrically insulating. The plastic for the edge region B2 is particularly preferably a weldable plastic.

Mittels des elektrisch isolierenden Randbereiches B2 der Bipolarplatte 1 ist dieselbe gegenüber dem inneren Bereich B1 abgedichtet und gegenüber einer weiteren Bipolarplatte 1 elektrisch isoliert.By means of the electrically insulating edge region B2 of the bipolar plate 1 the same is sealed off from the inner region B1 and opposite to another bipolar plate 1 electrically isolated.

Eine Zuführung der Medien zum inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 erfolgt über in 4 näher dargestellte Zuführöffnungen 1.3 im Randbereich B2, welche sich teilweise innerhalb der Bipolarplatte 1, d. h. im inneren Bereich B1, überkreuzen können. Den Zuführöffnungen 1.3 gegenüberliegend sind Auslassöffnungen 1.4 angeordnet, die sich ebenfalls im Randbereich B2 befinden. A supply of the media to the inner region B1 of the bipolar plate 1 done via in 4 shown in detail feed openings 1.3 in the edge region B2, which partially within the bipolar plate 1 , ie in the inner region B1, can cross over. The feed openings 1.3 opposite are outlet openings 1.4 arranged, which are also located in the edge region B2.

Eine solch mögliche Überkreuzmedienführung erfolgt im Allgemeinen durch die Zuführöffnungen 1.3 und die Auslassöffnungen 1.4 im Randbereich B2 sowie mittels der Kanalstruktur 2 im inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 des, beispielsweise aus zwei elektrisch isolierenden Randbereichen 1.1.2, 1.2.2, zusammengesetzten Randbereiches B2 der Bipolarplatte 1.Such possible cross media routing generally occurs through the supply ports 1.3 and the outlet openings 1.4 in the edge region B2 and by means of the channel structure 2 in the inner region B1 of the bipolar plate 1 of, for example, two electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 , composite edge region B2 of the bipolar plate 1 ,

Mittels des aus thermoplastischem Kunststoff gebildeten Randbereiches B2 der Bipolarplatte 1 sind zumindest die Zuführöffnungen 1.3 für die Medien abgedichtet, wobei eine Dichtigkeit zwischen der jeweiligen Bipolarplatte 1 und der Membran 3 im Randbereich B2 im Wesentlichen sichergestellt ist.By means of the edge region B2 of the bipolar plate formed from thermoplastic material 1 are at least the feed openings 1.3 sealed for the media, with a tightness between the respective bipolar plate 1 and the membrane 3 is essentially ensured in the edge region B2.

4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Draufsicht einer Bipolarplatte 1, wobei der umlaufende Randbereich B2 mit den Zuführöffnungen 1.3 und den Auslassöffnungen 1.4 für die Medien im Detail gezeigt ist. 4 shows a sectional view of a plan view of a bipolar plate 1 , wherein the peripheral edge region B2 with the feed openings 1.3 and the outlet openings 1.4 is shown in detail for the media.

Der elektrisch isolierende Randbereich B2 umläuft den aktiven inneren Bereich B1, in welchem die Kanalstruktur 2 für die Medien ausgebildet ist, vollständig, wobei der Randbereich B2 fluiddicht ist.The electrically insulating edge region B2 circumscribes the active inner region B1, in which the channel structure 2 is formed for the media, completely, wherein the edge region B2 is fluid-tight.

Der Stromfluss S erfolgt über den inneren Bereich B1 von Membran 3 zu Membran 3, wobei der Randbereich B2 die Bipolarplatten 1 mit den Membranen 3 abdichtet und gegeneinander elektrisch isoliert.The current flow S takes place via the inner region B1 of membrane 3 to membrane 3 , wherein the edge region B2, the bipolar plates 1 with the membranes 3 seals and electrically isolated from each other.

5 zeigt eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes einer Bipolarplatte 1, wobei in 6 eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes von drei aufeinander gestapelten Bipolarplatten 1 mit Membranen 3 dargestellt ist. 5 shows a sectional view of an enlarged section of a bipolar plate 1 , where in 6 a sectional view of an enlarged section of three stacked bipolar plates 1 with membranes 3 is shown.

Dabei zeigen die 5 und 6 den Randbereich B2 mit den Zuführöffnungen 1.3 und einen Ausschnitt des inneren Bereiches B1 der jeweiligen Bipolarplatte 1.The show 5 and 6 the edge region B2 with the feed openings 1.3 and a section of the inner region B1 of the respective bipolar plate 1 ,

Dadurch, dass der Randbereich B2 der jeweiligen Bipolarplatte 1 elektrisch isolierend und aus einem schweißbaren thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, kann ein Aufbau sowie eine Herstellung der Bipolarplatte 1, wie in den folgenden Figuren näher dargestellt ist, vereinfacht werden.Characterized in that the edge region B2 of the respective bipolar plate 1 is electrically insulating and formed from a weldable thermoplastic material, a structure and a preparation of the bipolar plate 1 , as shown in detail in the following figures, be simplified.

In 7 ist eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte 1 mit einzelnen Verfahrensschritten V1 bis V3 gezeigt.In 7 is a first embodiment of a method for producing a bipolar plate 1 shown with individual process steps V1 to V3.

In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird der elektrisch leitfähige Bereich 1.1.1, 1.2.1 einer jeweiligen Halbplatte 1.1, 1.2 zur Bildung einer Bipolarplatte 1 in einem Spritzgussverfahren und/oder einem Extrusionsverfahren hergestellt. Dabei sind dem thermoplastischen Kunststoff als Granulat Konzentratgranulate mit beispielsweise 15% bis 20% Kohlenstoffnanoröhren zuführbar, die anschließend mittels des Kunststoffes verdünnt werden.In a first method step V1, the electrically conductive region 1.1.1 . 1.2.1 a respective half-plate 1.1 . 1.2 to form a bipolar plate 1 produced in an injection molding process and / or an extrusion process. Concentrate granules with, for example, 15% to 20% carbon nanotubes can be fed to the thermoplastic material as granules, which granules are subsequently diluted by means of the plastic.

Nach der Herstellung der elektrisch leitfähigen Bereiche 1.1.1, 1.2.1 der jeweiligen Halbplatte 1.1, 1.2 wird in einem zweiten Verfahrensschritt V2 an jeden elektrisch leitfähigen Bereich 1.1.1, 1.2.1 thermoplastischer Kunststoff angespritzt und/oder es werden mittels Kunststoff hergestellte Halbschalen als elektrisch isolierende Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 an die elektrisch leitfähigen Bereiche 1.1.1, 1.2.1 gefügt, beispielsweise geschweißt, so dass die beiden Halbplatten 1.1, 1.2 zur Bildung einer Bipolarplatte 1 gefertigt sind.After the production of electrically conductive areas 1.1.1 . 1.2.1 the respective half-plate 1.1 . 1.2 becomes in a second process step V2 to each electrically conductive region 1.1.1 . 1.2.1 molded thermoplastic material and / or there are half shells produced by means of plastic as electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 to the electrically conductive areas 1.1.1 . 1.2.1 joined, for example, welded, so that the two half-plates 1.1 . 1.2 to form a bipolar plate 1 are made.

In einem dritten Verfahrensschritt V3 werden die beiden Halbplatten 1.1, 1.2, insbesondere mittels Laserschweißens, über ihre elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 stoffschlüssig zusammengefügt, wodurch die Bipolarplatte 1 gebildet ist.In a third method step V3, the two half plates 1.1 . 1.2 , in particular by laser welding, over its electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 cohesively joined together, whereby the bipolar plate 1 is formed.

8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte 1. 8th shows a second embodiment of a method for producing a bipolar plate 1 ,

In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird der innere Bereich B1 der Bipolarplatte 1 als Ganzes und nicht, wie in dem ersten Verfahrensschritt V1 gemäß 7 für die jeweilige Halbplatte 1.1, 1.2 gebildet, wobei der innere Bereich B1 ebenfalls mittels Spritzgießens und/oder Extrudierens hergestellt wird.In a first method step V1, the inner region B1 of the bipolar plate 1 as a whole and not, as in the first method step V1 according to 7 for the respective half-plate 1.1 . 1.2 formed, wherein the inner region B1 is also produced by injection molding and / or extrusion.

in einem an den ersten Verfahrensschritt V1 anschließenden zweiten Verfahrensschritt V2 wird ein erster elektrisch isolierender Randbereich 1.2.2 für eine Seite der Bipolarplatte 1 angespritzt und/oder angefügt und in einem dritten Verfahrensschritt V3 wird der zur Bildung der Bipolarplatte 1 fehlende zweite elektrisch isolierende Randbereich 1.1.2 an den inneren Bereich B1 angespritzt und/oder angefügt.in a subsequent to the first process step V1 second process step V2 is a first electrically insulating edge region 1.2.2 for one side of the bipolar plate 1 molded and / or attached and in a third step V3 is the formation of the bipolar plate 1 missing second electrically insulating edge area 1.1.2 injected and / or attached to the inner region B1.

In 9 ist eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte 1 dargestellt.In 9 is a third embodiment of a method for producing a bipolar plate 1 shown.

Bei der dritten Ausführungsform entspricht der erste Verfahrensschritt V1 dem ersten Verfahrensschritt V1 gemäß der ersten Ausführungsform nach 7.In the third embodiment, the first method step V1 corresponds to the first method step V1 according to the first embodiment 7 ,

In einem zweiten Verfahrensschritt V2 werden die beiden im ersten Verfahrensschritt V1 hergestellten elektrisch leitfähigen Bereiche 1.1.1, 1.2.1 der Bipolarplatte 1 aneinander gefügt und in einem dritten Verfahrensschritt V3 wird der erste elektrisch isolierende Randbereich 1.1.2 einer Seite der Bipolarplatte 1 an den inneren Bereich B1 angespritzt und/oder angefügt. In a second method step V2, the two electrically conductive regions produced in the first method step V1 become 1.1.1 . 1.2.1 the bipolar plate 1 joined together and in a third step V3, the first electrically insulating edge region 1.1.2 one side of the bipolar plate 1 injected and / or attached to the inner region B1.

Darauffolgend wird in einem vierten Verfahrensschritt V4 der fehlende zweite elektrisch isolierende Randbereich 1.1.2 zur Bildung der Bipolarplatte 1 an den bereits befestigten ersten elektrisch isolierenden Randbereich 1.2.1 und/oder den inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 gefügt, so dass der elektrisch isolierende Randbereich B2 der Bipolarplatte 1 gebildet ist.Subsequently, in a fourth method step V4, the missing second electrically insulating edge region 1.1.2 for the formation of the bipolar plate 1 to the already fixed first electrically insulating edge region 1.2 .1 and / or the inner region B1 of the bipolar plate 1 joined, so that the electrically insulating edge region B2 of the bipolar plate 1 is formed.

In 10 ist eine vierte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte 1 mit einem elektrisch leitenden inneren Bereich B1 und einem elektrisch isolierenden Randbereich B2 gezeigt.In 10 is a fourth embodiment of a method for producing a bipolar plate 1 with an electrically conductive inner region B1 and an electrically insulating edge region B2.

In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird der innere Bereich B1 der Bipolarplatte 1 gemäß dem ersten Verfahrensschritt V1 nach 8 hergestellt.In a first method step V1, the inner region B1 of the bipolar plate 1 according to the first method step V1 8th produced.

In einem zweiten Verfahrensschritt V2 werden die beiden elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2, insbesondere in einem Spritzgussverfahren, hergestellt und in einem dritten Verfahrensschritt V3, vorzugsweise mittels Laserschweißens, aneinander gefügt.In a second method step V2, the two electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 , in particular in an injection molding process, prepared and joined together in a third process step V3, preferably by means of laser welding.

Im darauffolgenden vierten Verfahrensschritt V4 werden die aneinander befestigten elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 an den inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 gefügt, so dass dieselbe vollständig hergestellt ist.In the subsequent fourth method step V4, the mutually attached electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 to the inner region B1 of the bipolar plate 1 joined so that it is completely made.

11 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Bipolarplatte 1. 11 shows a fifth embodiment of a method for producing the bipolar plate 1 ,

In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird der elektrisch leitfähige Bereich 1.1.1, 1.2.1 der jeweiligen Halbplatte 1.1, 1.2 zur Bildung einer Bipolarplatte 1, wie in dem ersten Verfahrensschritt V1 der 7 und 9 mittels Spritzgießens und/oder Extrudierens, hergestellt und in einem zweiten Verfahrensschritt V2, welcher dem zweiten Verfahrensschritt V2 gemäß 9 entspricht, aneinander gefügt, so dass der elektrisch leitfähige innere Bereich B2 der Bipolarplatte 1 gebildet ist.In a first method step V1, the electrically conductive region 1.1.1 . 1.2.1 the respective half-plate 1.1 . 1.2 to form a bipolar plate 1 , as in the first method step V1 of 7 and 9 by means of injection molding and / or extrusion, and in a second method step V2, which corresponds to the second method step V2 according to FIG 9 corresponds to each other, so that the electrically conductive inner region B2 of the bipolar plate 1 is formed.

In einem dritten Verfahrensschritt V3 werden die elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 der jeweiligen Seite der Bipolarplatte 1 mittels Spitzgießens hergestellt und in einem vierten Verfahrensschritt V4 zu dem Randbereich B2 der Bipolarplatte 1 aneinander gefügt, so dass die Bipolarplatte 1 in einem fünften Verfahrensschritt V5 durch Fügen des mittels der beiden elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 gebildeten Randbereiches B2 an den inneren Bereich B1 gebildet ist.In a third method step V3, the electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 the respective side of the bipolar plate 1 produced by injection molding and in a fourth method step V4 to the edge region B2 of the bipolar plate 1 joined together so that the bipolar plate 1 in a fifth method step V5 by joining the means of the two electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 formed edge region B2 is formed on the inner region B1.

In 12 ist ein aktiver, d. h. elektrisch leitfähiger innerer Bereich B1 einer Bipolarplatte 1 dargestellt, welcher in einem Extrusionsverfahren hergestellt wurde. Dieser innere Bereich B1 der zu bildenden Bipolarplatte 1 ist mit thermoplastischem Kunststoff umspritzbar, wodurch der elektrisch isolierende Randbereich B2 der Bipolarplatte 1 gebildet wird.In 12 is an active, ie electrically conductive inner region B1 of a bipolar plate 1 represented, which was produced in an extrusion process. This inner region B1 of the bipolar plate to be formed 1 is coatable with thermoplastic material, whereby the electrically insulating edge region B2 of the bipolar plate 1 is formed.

Bei allen Ausführungsformen der Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte 1 kann durch Beeinflussung einer Fließrichtung, insbesondere beim Spritzgießen und/oder beim Extrudieren, eine Ausrichtung der Kohlenstoffnanoröhren im inneren Bereich B1 und somit eine räumliche Leitfähigkeit des inneren Bereiches B1 der Bipolarplatte 1 beeinflusst werden.In all embodiments of the method for producing the bipolar plate 1 can by influencing a flow direction, in particular during injection molding and / or during extrusion, an alignment of the carbon nanotubes in the inner region B1 and thus a spatial conductivity of the inner region B1 of the bipolar plate 1 to be influenced.

Eine Überkreuzmedienführung innerhalb der Bipolarplatte 1 wird bei allen Verfahren zur Herstellung durch dichtes Fügen der beiden elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.2 aneinander und an den inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1 erzeugt.A crossover media guide within the bipolar plate 1 is used in all processes for the production by tight joining of the two electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.2 to each other and to the inner region B1 of the bipolar plate 1 generated.

Zudem ist die Bipolarplatte 1 vergleichsweise kostengünstig herstellbar, da der innere Bereich 1 und die elektrisch isolierenden Randbereiche 1.1.2, 1.2.3 der Bipolarplatte 1 mittels Spritzgießens als relativ preiswertes Verfahren in einem oder mehreren Werkzeugen, z. B. durch Mehr-Komponenten-Spritzgießen, gebildet werden können.In addition, the bipolar plate 1 comparatively inexpensive to produce, since the inner area 1 and the electrically insulating edge regions 1.1.2 . 1.2.3 the bipolar plate 1 by injection molding as a relatively inexpensive method in one or more tools, eg. B. by multi-component injection molding can be formed.

Weiterhin ist es mittels des vereinfachten Aufbaus der Bipolarplatte 1 möglich, Bipolarplatten 1 in großen Stückzahlen mittels einfacher und/oder automatisierbarer Fertigungstechnik im sicheren Prozess herzustellen.Furthermore, it is by means of the simplified structure of the bipolar plate 1 possible, bipolar plates 1 in large quantities by means of simple and / or automatable production technology in the safe process.

Darüber hinaus handelt es sich bei den Kohlenstoffnanoröhren um einen vergleichsweise kostengünstigen Bestandteil zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit im inneren Bereich B1 der Bipolarplatte 1.In addition, the carbon nanotubes are a comparatively inexpensive component for producing the electrical conductivity in the inner region B1 of the bipolar plate 1 ,

Durch den elektrisch isolierenden Randbereich B2 der Bipolarplatte 1, welcher eine Dichtfunktion zumindest zwischen übereinander gestapelten Bipolarplatten 1 übernimmt, ist es nicht erforderlich, separate Dichtelemente 5 zu verwenden, wodurch eine Teilanzahl der Bipolarplatte 1 reduziert werden kann.By the electrically insulating edge region B2 of the bipolar plate 1 which has a sealing function at least between bipolar plates stacked on top of each other 1 It does not require separate sealing elements 5 to use, resulting in a part number of the bipolar plate 1 can be reduced.

Auch ist es möglich, eine mit Kunststoff eingerahmte Membran 3 in eine Bipolarplatte 1 einzuschweißen, wodurch die Membran 3 fest mit der Bipolarplatte 1 verbunden ist.It is also possible, a plastic framed membrane 3 into a bipolar plate 1 weld, causing the membrane 3 firmly with the bipolar plate 1 connected is.

Ferner kann eine Gestaltungsfreiheit bei urgeformten, z. B. gegossenen Teilen v. a. hinsichtlich der Medienführung innerhalb der Bipolarplatte 1 genutzt werden. Furthermore, a freedom of design in urformformten, z. B. cast parts, especially with regard to the media management within the bipolar plate 1 be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bipolarplattebipolar
1.11.1
Halbplattehalf board
1.1.11.1.1
elektrisch leitfähiger Bereichelectrically conductive area
1.1.21.1.2
zweiter elektrisch isolierender Randbereichsecond electrically insulating edge region
1.21.2
Halbplattehalf board
1.2.11.2.1
elektrisch leitfähiger Bereichelectrically conductive area
1.2.21.2.2
erster elektrisch isolierender Randbereichfirst electrically insulating edge region
1.31.3
Zuführöffnungfeed
1.41.4
Auslassöffnungoutlet
22
Kanalstrukturchannel structure
2.12.1
erster offener Bereichfirst open area
2.22.2
zweiter offener Bereichsecond open area
2.32.3
wabenförmige Aussparunghoneycomb-shaped recess
33
Membranmembrane
44
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
55
Dichtelementsealing element
B1B1
innerer Bereichinner area
B2B2
Randbereichborder area
V1V1
erster Verfahrensschrittfirst process step
V2V2
zweiter Verfahrensschrittsecond process step
V3V3
dritter Verfahrensschrittthird process step
V4V4
vierter Verfahrensschrittfourth process step
V5V5
fünfter Verfahrensschrittfifth process step
SS
Stromflusscurrent flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10160706 A1 [0002] DE 10160706 A1 [0002]

Claims (8)

Bipolarplatte (1) zumindest aus einem Kunststoff für eine Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Bereich (B1) der Bipolarplatte (1) aus einem elektrisch leitfähigen Material und ein Randbereich (B2) aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.Bipolar plate ( 1 ) at least of a plastic for a fuel cell, characterized in that an inner region (B1) of the bipolar plate ( 1 ) is formed of an electrically conductive material and an edge region (B2) made of an electrically insulating material. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (1) als ein Hybridbauteil mit einer Kanalstruktur (2) ausgebildet ist.Bipolar plate ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the bipolar plate ( 1 ) as a hybrid component having a channel structure ( 2 ) is trained. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (1) aus zwei Halbplatten (1.1, 1.2) gebildet ist, welche im inneren Bereich (B1) Vertiefungen aufweisen.Bipolar plate ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the bipolar plate ( 1 ) of two half-plates ( 1.1 . 1.2 ) is formed, which in the inner region (B1) recesses. Bipolarplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material aus einem Kunststoff gebildet ist, welcher einen Anteil Kohlenstoff aufweist.Bipolar plate ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive material is formed from a plastic which has a proportion of carbon. Bipolarplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material ein thermoplastischer Kunststoff ist.Bipolar plate ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating material is a thermoplastic material. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff als Kohlenstoffnanoröhren ausgebildet ist.Bipolar plate ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the carbon is formed as carbon nanotubes. Bipolarplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Bereich (B1) eine Kanalstruktur (2) ausgebildet ist und in dem Randbereich (B2) mindestens eine Zuführöffnung (1.3) für zumindest ein Prozessmedium der Brennstoffzelle ausgebildet ist.Bipolar plate ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the inner region (B1) a channel structure ( 2 ) is formed and in the edge region (B2) at least one feed opening ( 1.3 ) is formed for at least one process medium of the fuel cell. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Bereich (B1) der Bipolarplatte (1) aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet wird und ein Randbereich (B2) aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet wird.Method for producing a bipolar plate ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that an inner region (B1) of the bipolar plate ( 1 ) is formed of an electrically conductive material and an edge region (B2) is formed of an electrically insulating material.
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