DE102017101770A1

DE102017101770A1 - Abdichtungsmaterial mit latenten haftungseigenschaften sowie ein verfahren zur abdichtung von brennstoffzellkomponenten mit demselben

Info

Publication number: DE102017101770A1
Application number: DE102017101770.4A
Authority: DE
Inventors: Yeh-Hung Lai; Andrew P. Nowak; Anita Luong
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: US10358587B2; DE102017101770B4; CN107046141A; US20170226392A1

Abstract

Zusammensetzung mit latenter Haftung, Brennstoffzellenstapel mit einer bipolaren Plattenanordnung mit latenter Haftung, sowie ein Verfahren zum Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels mit einer Dichtung, die eine latente Haftung aufweist, sodass Reaktionsmittel- oder Kühlmittelverluste durch die Dichtung reduziert werden. Bipolare Platten innerhalb des Stapels beinhalten Reaktionsmittel- und Kühlmittelkanäle, die strömungstechnisch mit Einlass- und Auslassströmungswegen verbunden sind, von denen alle in einer Kühlmittel- oder Reaktionsmitteleingriffsfläche der Platte ausgebildet sind. Eine oder mehrere Dichtungen mit dünnem oder niedrigem Seitenverhältnis sind auf einer Metallwulst ausgebildet, die integral auf einer Oberfläche der Platte ausgebildet ist und dazu verwendet wird, Lecks zu reduzieren, indem die Fluidisolation der Reaktionsmittel und Kühlmittel aufrechterhalten wird, während diese durch ihre jeweiligen Kanäle und Strömungswege strömen, die zwischen angrenzend angeordneten Platten definiert sind. Durch geeignete Formulierung der Vorläufermaterialien, welche die Dichtung bilden, kann die Aktivierung der zwischen der Dichtung und einer angrenzenden Oberfläche innerhalb der Brennstoffzelle gebildete Klebeverbindung verzögert werden, um ausreichend Zeit zu lassen, die Zellenanordnungen in einem Stapelgehäuse auszurichten und zusammenzudrücken. Dies wiederum verbessert die Fähigkeit der Dichtung und ihrer angrenzenden Oberfläche, Dichtschäden und damit verbundene Reaktionsmittel- oder Kühlmittelverluste zu vermeiden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zusammensetzung und ein Verfahren für eine verbesserte Reaktionsmittel- und Kühlmittelabdichtung in verbundenen oder strömungstechnisch zusammenwirkenden Fluidtransportplatten, die in einer Brennstoffzellenanordnung verwendet werden, und insbesondere für die Verwendung einer Abdichtung mit latenten Haftungseigenschaften, um das Zusammensetzen von Brennstoffzellen zu ermöglichen, bei denen eine erhebliche Haftung zwischen verbundenen Komponenten erst erfolgt, nachdem das Komponentenzusammensetzungsverfahren im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Brennstoffzellen verwandeln Brennstoff mittels elektrochemischer Reaktion in nutzbare Elektrizität. Ein erheblicher Vorteil einer derartigen Energieproduktion besteht darin, dass dieselbe ohne Abhängigkeit von der Verbrennung als Zwischenschritt erreicht wird. Daher haben Brennstoffzellen für den Antrieb und ähnliche Anwendungen mehrere Umweltvorteile gegenüber Verbrennungsmotoren (ICEs). In einer typischen Brennstoffzelle, wie beispielsweise einer Protonenaustauschmembran oder einer Polymerelektrolytmembran (in beiden Fällen eine PEM-)Brennstoffzelle wird ein Paar katalysierter Elektroden durch ein ionendurchlässiges Medium (wie z. B. Nafion^TM) in etwas getrennt, das üblicherweise als Membranelektrodenanordnung (MEA) bezeichnet wird. Die elektrochemische Reaktion entsteht, wenn ein erstes Reaktionsmittel in Form eines gashaltigen Reduktionsmittels (beispielsweise Wasserstoff, H₂) eingeleitet und an der Anode ionisiert wird und dann das ionendurchlässige Medium so passiert, dass es sich mit einem zweiten Reaktionsmittel in Form eines gashaltigen oxidierenden Stoffes (beispielsweise Sauerstoff O₂) kombiniert, der durch die andere Elektrode (die Kathode) eingeleitet wurde; diese Kombination aus Reaktionsmitteln bildet Wasser als Nebenprodukt. Die Elektronen, die bei der Ionisierung des ersten Reaktionsmittel freigesetzt wurden, werden in Form von Gleichstrom (GS) über den äußeren Stromkreis, der in der Regel eine Ladung (beispielsweise einen elektrischen Motor oder auch verschiedene Pumpen, Ventile, Kompressoren oder andere Fluid-transportierende Komponenten) beinhaltet, zur Kathode weitergeleitet, wo nützliche Arbeiten verrichtet werden können. Die durch diesen Gleichstrom erzeugte Energie kann durch Kombinieren zahlreicher solcher Zellen zu einer größeren stromerzeugenden Anordnung vergrößert werden. Bei einer derartigen Konstruktion sind die Brennstoffzellen – ähnlich einem Kartendeck – entlang einer gemeinsamen Stapeldimension verbunden, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
In einem derartigen Stapel werden angrenzende MEAs durch eine Reihe von Reaktionsmittelströmungskanälen in der Regel in Form einer gasundurchlässigen bipolaren Platte getrennt, die, neben der Förderung des Transports von Reaktionsmitteln, Kühlmitteln und Nebenprodukten, der MEA strukturellen Halt gibt und für die Sammlung oder den Transport von elektrischem Strom sorgt. In einer üblichen Form haben die Kanäle eine im Allgemeinen kurvenreiche Anordnung, die einen Großteil der gegenüberliegenden, im Allgemeinen ebenen Oberflächen sämtlicher Platten bedeckt. Die beieinanderliegende Anordnung von Platte und MEA fördert den Transport des Reaktionsmittels zu oder von der Brennstoffzelle, während zusätzliche Kanäle (die strömungstechnisch von den Reaktionsmittelkanälen entkoppelt sind) ebenfalls für den Kühlmitteltransport genutzt werden können. In einer Konfiguration ist die bipolare Platte selbst eine Anordnung, die durch Befestigen eines Paares von dünnen Metallplatten (sogenannte Halbplatten) gebildet wird, in welche Kanäle eingestanzt oder anderweitig integral in deren Oberfläche ausgebildet sind. Die verschiedenen durch die Kanäle auf beiden Seiten gebildeten Reaktionsmittel- und Kühlmittelströmungswege treffen in der Regel an einem Verteiler aufeinander (der hier auch als Verteilerregion oder Verteilerbereich bezeichnet wird), der an einer oder mehreren gegenüberliegenden Kanten der Platte definiert ist. Beispiele all dieser Merkmale – sowie eine typische Konstruktion einer derartigen bipolaren Plattenanordnung, die in PEM-Brennstoffzellen verwendet werden kann, – sind in den US-Patenten Nr. 5,776,624 und 8,679,697 dargestellt und erläutert, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
Es ist wichtig, Lecks und damit zusammenhängende Fluid-Überlagerungen in einem PEM-Brennstoffzellenstapel zu vermeiden. Zur Überwindung des besagten Lecks hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung eine relativ starke elastomere Dichtung (in Form eines Dichtungsrings) auf diskrete Abschnitte der relativ ebenen Oberfläche der bipolaren Platte aufgebracht. Die Stärke der Dichtungen macht zwar bei der Ermittlung des erforderlichen Abdichtungsgrads eine derartige Vorgehensweise in den tatsächlichen Brennstoffzellenstapeln, die aus mehr als hundert bipolaren Platten und MEA-Baugruppen bestehen, unmöglich, da volumetrische Gesichtspunkte – insbesondere in beengten Räumen – eines Kraftfahrzeugraums – an erster Stelle stehen. Darüber hinaus lässt die Schwierigkeit, eine konsistente, wiederholbare Platzierung der Dichtung sicherzustellen, diesen Ansatz zu kostspielig werden.
Alternativ zur Verwendung von starken elastomeren Dichtungen hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung eine integral ausgebildete bipolare Plattenabdichtung entwickelt, bei der Stanzteile, die in den Plattenoberflächen in einer Weise ausgebildet sind, die im Wesentlichen jener ähnlich ist, die zur Bildung der Reaktionsmittel- und Kühlmittelkanäle verwendet wird, dichtungsähnliche, nach außen vorstehende Metallwulste, erzeugen, um diskrete Kontaktstellen zwischen angrenzenden Plattenoberflächen zu bilden. Ein Beispiel für die Verwendung einer Metallwulst zur Förderung einer solchen Abdichtung kann in dem US-Patent 7,186,476 des gleichen Besitzers gefunden werden, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird. Diese Wülste (die so ausgebildet sein können, dass sie eine quadratische, trapezförmige, halbkugelförmige oder andere ähnliche Form definieren) sind mit einer großen Serienproduktion kompatibler als die des oben erwähnten starken elastomeren Dichtungsmaterials. Zur Förderung einer noch besseren Abdichtung verfolgt der Anmelder der vorliegenden Erfindung die Verwendung von dünnen elastomeren Dichtungen (die hier auch als Mikroabdichtungen bezeichnet werden), welche ein relativ schnelles Aushärten der Dichtungen mit latenten Haftungseigenschaften ermöglichen, sodass eine stabile Klebeverbindung bis zu jenem Zeitpunkt verzögert wird, da die verschiedenen einzelnen Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels in dem Stapelgehäuse ausgerichtet und komprimiert werden können; dies ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung **/***, *** offenbart ERFINDER: DIESE STELLE WERDE ICH IM NACHGANG AUSFÜLLEN – DIESE KORRESPONTE ZUM P031976 (im Folgenden die *** *** Anmeldung) mit dem Titel ROBUSTE BRENNSTOFFZELLENABDICHTUNGSMATERIALIEN UND VERFAHREN MIT DÜNNEN ELASTOMERISCHEN DICHTUNGEN, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird. In einem weiteren Versuch, eine bessere Abdichtung zu fördern, verfolgt der Anmelder der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Mikroabdichtungen, bei denen ein oder mehrere Konstruktionsparameter (beispielsweise das Poisson-Verhältnis, Seitenverhältnis und die Oberflächenreibungs- oder Haftungseigenschaften), die mit der Mikroabdichtung zusammenhängen, verwendet werden können, um eine wirksame Steifigkeit zu verleihen, sodass diese relativ zu herkömmlichen Dichtungen eine verringerte Abhängigkeit von Plattenfehlausrichtungen aufweist; dies ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung **/***, (nachfolgend als '*** Anmeldung bezeichnet) auch mit dem Titel ROBUSTE BRENNSTOFFZELLENSTAPELABDICHTUNGSMATERIALIEN UND VERFAHREN MIT DÜNNEN ELASTOMERISCHEN DICHTUNGEN offenbart.
Was benötigt wird, ist ein Material, das auf die Bedürfnisse dieser verbesserten Mikroabdichtungen zugeschnitten ist, um eine verbesserte Brennstoffzellenstapelanordnung sowie eine nach dem Zusammensetzen erfolgende Stapelabdichtungseffizienz und -zuverlässigkeit zu ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass eine geeignete Auswahl von Vorläufermaterialien und Verarbeitungsbedingungen zur Bildung von Dichtungen mit erwünschten schnellen Härtungs- und verzögerten Haftungseigenschaften führen kann, die bei herkömmlichen (d. h. im Handel erhältlichen) Abdichtungsmaterialien nicht zu finden ist. Während die vorliegenden Erfinder festgestellt haben, dass diese Kombination aus sofortiger Härtung und latenter Haftung in jedem Herstellungsverfahren angebracht ist, in dem eine schnelle Haftung nachteilige Konsequenzen für eine fertige Anordnung haben könnte, stellte man zudem fest, dass sie besonders nützlich ist, um eine Zusammensetzung bereitzustellen, die dazu verwendet werden kann, für eine verbesserte Abdichtung der Brennstoffzellenstapelanordnung zu sorgen, bei der die Voraussetzung, ein Austreten des Reaktionsmittels oder Kühlmittels zwischen angrenzend gestapelten bipolaren Platten zu verhindern, ein wichtiger Faktor für eine optimale Funktionsfähigkeit der Zelle ist. Im vorliegenden Zusammenhang weist eine solche Zusammensetzung latente Haftungseigenschaften auf, wenn die Aktivierung, die erforderlich ist, um eine nennenswerte Haftungsbildung zwischen der Zusammensetzung und einem oder mehreren verbundenen Artikeln (wie z. B. einer bipolaren Brennstoffzellenplatte, wie nachstehend ausführlicher beschrieben) zu bewirken, zu einer maßgeblichen Zeit nach der Platzierung der Zusammensetzung auf dem Artikel erfolgt. Eine Betriebsumgebung kann beispielsweise nach dem Zusammensetzen einer Komponente, die eine derartige Zusammensetzung verwendet, infolge einer oder mehrerer Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen, die in einer solchen Umgebung vorliegen, für die besagte verzögerte oder latente Haftung der Zusammensetzung sorgen. Eine sogenannte „Einbruchs-“Zeit für Brennstoffzellen könnte eine derartige Umgebung sein, in der eine latente Haftung vorteilhaft eingesetzt werden kann, um die unerwünschten Auswirkungen einer schnellen Haftung zu vermeiden, die ggf. mit herkömmlichen Brennstoffzellenanordnungen und Verarbeitungsbedingungen einhergehen. Des Weiteren sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Härtung des Dichtungsmaterials und die Aktivierung der Haftung an den Grenzflächen als zwei getrennte Schritte zu verstehen, bei denen die Härtung einer Verwendung von Wärme oder einem ähnlichen Mittel entspricht, um die Vernetzung innerhalb des Mikrodichtungs-Polymernetzwerks auf eine Weise zu ermöglichen, die die gewünschte Struktur erzeugt, während die Aktivierung der Haftung darin besteht, eine im Wesentlichen permanente chemische Bindung zwischen dem Mikroabdichtungsmaterial und dem Substrat (insbesondere entweder der Metallwulst und/oder der Unterdichtung), an der es befestigt ist, zu erzeugen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Zusammensetzung einen Silikonvorläufer, einen Katalysator, einen Hemmstoff zur Steuerung der Härtungskinetik und einen verzögerten (d. h. latenten) Haftvermittler, woraufhin die verschiedenen Teile gemischt werden und sich die Zusammensetzung innerhalb eines ersten Zeitabschnitts aushärtet und erst nach einem zweiten Zeitabschnitt, der länger ist als der erste, einen wesentlichen Teil seiner Haftfestigkeit entwickelt. Die Zusammensetzung beinhaltet zudem vorzugsweise eine strukturelle Verstärkungskomponente.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Abdichtung eines Stapels von Brennstoffzellenkomponenten offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Aufbringung eines Dichtungsvorläufermaterials, das ein aushärtbares Harz auf einer oder mehreren Komponentenoberflächen umfasst und das Vorläufermaterial thermisch aushärtet, sodass eine Dichtung gebildet wird und die Komponenten entlang einer Stapelachse ausgerichtet werden und die ausgerichteten Komponenten entlang der Stapelachse komprimiert werden, so dass die Dichtung eine Grenzfläche zwischen den dicht anliegenden ausgerichteten Komponenten definiert. Im Gegensatz zu schnellhaftenden Materialien verzögert die latente Haftungsbildung des Materials, aus dem die Dichtung besteht, die Bildung wenigstens eines Großteils seiner haftenden Grenzflächenverbindung, bis die Ausrichtung und die Kompression der verschiedenen Brennstoffzellen in den Stapel erreicht werden. Wegen der sofortigen Aushärtung/verzögerten Haftung wird die Dichtung vorübergehend an die betreffende Oberfläche (d. h. eine Unterdichtung, einen Metallwulst-Eingriffsabschnitt, eine MEA oder eine zweite ausgehärtete Mikrodichtung), beispielsweise durch relativ schwache Van-der-Waals-Kräfte oder dergleichen, angeklebt oder angeheftet. Entsprechend ist der Haftungsgrad, der durch die Dichtung während der Aushärtungsstufe auftritt, ähnlich der eines wenig druckempfindlichen Klebstoffes (wie z. B. Scotch^TM Klebeband, mit einer Festigkeit von etwa 1–2 N/cm²), während der dauerhaftere Haftungsgrad erst später im Bildungsvorgang des Brennstoffzellenstapels auftritt. Eine derartige nachträgliche Haftungsaktivierung zwischen den Dichtungen und deren angrenzenden Substrat bewirkt, dass die Dichtungen innerhalb des Endstapels gründlicher und gleichmäßiger verteilt werden und die Poisson-Auswirkungen vermieden werden, die ansonsten in Situationen auftreten würden, bei denen die Haftung relativ feste Randbedingungen verursacht. Im Zusammenhang damit hilft dies, eine vorzeitige Haftverbindung zu vermeiden, die ansonsten große Grenzflächenspannungen bei der Kompression des Stapels und der Mikroabdichtung erzeugen würde, die zu einem potentiellen Dichtungsausfall führen könnten. Außerdem hilft es, den Dichtungsdruck gegenüber nachfolgenden Haftungsverlusten, die über die Betriebslebensdauer des Stapels stattfinden können, unempfindlich zu machen. Diese und andere Aspekte oder Ausführungsformen werden gewöhnlichen Fachleuten auf dem Gebiet beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und den angefügten Ansprüchen ersichtlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist am verständlichsten, wenn sie zusammen mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren verschiedene Bestandteile nicht notwendigerweise maßstabsgerecht dargestellt sind:
1 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines Brennstoffzellenstapels, der gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt werden kann;
2 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer teilweise auseinandergezogenen Schnittansicht eines Teils einer Brennstoffzelle mit umgebenden bipolaren Platten;
3 zeigt eine Detailansicht einer bipolaren Platte aus 2, die eine Metallwulst beinhaltet, die eine Mikroabdichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufnehmen kann;
4 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht, die die Anordnung einer Metallwulst, einer Dichtung und einer optionalen Unterdichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung anzeigt, der in der bipolaren Plattenanordnung von 3 verwendet werden kann;
5 zeigt ein Diagramm, das ein theoretisches Siebdruckverfahren darstellt, das verwendet werden kann, um eine Dichtung auf die bipolare Platte aus 3 zu platzieren; und
6 zeigt ein aushärtendes und haftungsbildendes Profil, um eine Dichtung unter Verwendung der Zusammensetzung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zu bilden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter folgender Bezugnahme auf die 1 bis 3, wird eine vereinfachte Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 1 in auseinandergezogener Form (1), eine PEM-Brennstoffzelle 30 (2) sowie eine bipolare Plattenanordnung 65 (3) dargestellt. Der Stapel 1 beinhaltet ein Gehäuse 5, das aus einer trockenen Endeinheitsplatte 10 und einer feuchten Endeinheitsplatte 15 besteht; diese (sowie andere nicht dargestellte Platten) können dabei helfen, die Druckklemmwirkung des Druckhaltesystems des Gehäuses 5 durchzuführen; ein solches Druckhaltesystem beinhaltet eine Vielzahl von Bolzen (nicht dargestellt), die sich durch die Stärke des Stapels 1, sowie durch diverse Seitenpanele 20 und starre Klammerelemente 25 erstrecken, die vertikal entlang der Stapelrichtung (der Y-Achse) verlaufen, um die feuchte Endeinheitsplatte 15 an der trockenen Endeinheitsplatte 10. Stapel zahlreicher Brennstoffzellen 30 werden durch die Wirkung der Bolzen, Halteelemente 25 und anderer Komponenten innerhalb des Gehäuses 5 in einer Druckbeziehung entlang der Stapelrichtung festgehalten. Somit kann in dem vorliegenden Zusammenhang, während sich die Stapelachse der Brennstoffzelle 1 entlang einer im Wesentlichen vertikalen kartesischen (d. h. Y)-Achse befinden kann, sich der Großteil der im Allgemeinen ebenen Oberflächen sämtlicher Brennstoffzellen 30 in der XZ-Ebene befinden. Ungeachtet dessen werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die spezielle Orientierung der Zellen 30 innerhalb des Stapels 1 nicht entscheidend ist, sondern vielmehr eine zweckmäßige Weise darstellt, die auf den nachfolgend näher erläuterten Oberflächen der einzelnen Platten gebildete Landschaft zu veranschaulichen. In einer nicht einschränkenden Form liegt die Betriebstemperatur jeder Brennstoffzelle 30 innerhalb des Stapels 1 zwischen etwa 50 °C und 110 °C (und an den Kühlmittel- oder Gasauslässen in der Regel zwischen etwa 60 °C und 100 °C), während die Betriebsfeuchtigkeit an den Gaseinlässen in der Regel über 30 % (und in der Regel über 60 %) liegt und die Betriebsstromdichte über 0,02 A/cm² und in der Regel über 0,6 A/cm² liegt.
Mit besonderem Hinweis auf die 2 und 3 beinhaltet die Brennstoffzelle 30 eine im Wesentlichen ebene Protonenaustauschmembran 35, eine Anodenkatalysatorschicht 40 im gegenüberliegenden Kontakt mit einer Seite der Protonenaustauschmembran 35 und die Kathodenkatalysatorschicht 45 in gegenüberliegenden Kontakt mit der anderen Seite. Zusammen werden die Protonaustauschmembran 35 und die Katalysatorschichten 40 und 45 als MEA 50 bezeichnet. Eine Anodendiffusionsschicht 55 ist in gegenüberliegenden Kontakt mit der Anoden-Katalysator-Schicht 40, während eine Kathodendiffusionsschicht 60 in gegenüberliegendem Kontakt mit der Kathoden-Katalysator-Schicht 45 ist. Jede der Diffusionsschichten 55 und 60 sind aus einer im Allgemeinen porösen Konstruktion, um den Übertritt gasförmiger Reaktionsmittel hin zu den Katalysatorschichten 40 und 45 zu ermöglichen. Zusammen werden Anoden-Katalysator-Schicht 40 und Kathoden-Katalysator-Schicht 45 als Elektroden bezeichnet und können, wie dargestellt, als separate eigene Schichten oder alternativ dazu (wie oben erwähnt) als zumindest teilweise in die Diffusionsschichten 55 bzw. 60 und teilweise in die gegenüberliegenden Seiten der Protonaustauschmembran 35 eingebettet werden.
Neben der Bereitstellung eines im Wesentlichen porösen Strömungsweges, damit Reaktionsmittelgase die passende Seite der Protonaustauschmembran 35 erreichen, stellen die Diffusionsschichten 55 und 60 elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden-Katalysator-Schichten 40, 45 und einer bipolaren Plattenanordnung 65 her, die wiederum als Stromabnehmer fungiert. Des Weiteren bilden die Diffusionsschichten 55 und 60 durch ihre im Allgemeinen poröse Natur einen Leiter für den Abtransport von Produktgasen, die an den Katalysatorschichten 40, 45 erzeugt werden. Darüber hinaus erzeugt die Kathodendiffusionsschicht 60 erhebliche Mengen an Wasserdampf in der Kathodendiffusionsschicht. Diese Eigenschaft ist wichtig, um die Protonaustauschmembran 35 hydriert zu halten. Das Eindringen von Wasser durch die Diffusionsschichten kann durch die Zugabe kleiner Mengen Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ähnlicher Materialien reguliert werden.
Obwohl in 2 eine dickwandige Struktur schematisch dargestellt ist, verwenden die einzelnen Platten 65A und 65B (hier auch als Halbplatten bezeichnet), aus denen die Anordnung 65 besteht, vorzugsweise eine dünne blech- oder folienartige Struktur (wie nachfolgend in Verbindung mit 3 näher dargestellt und beschrieben); daher sollte 2 nicht dazu verwendet werden, die relative Stärke der Anordnung 65 zu schlussfolgern. Vereinfachte gegenüberliegende Oberflächen, die von den gegenüberliegend-angrenzenden Halbplatten 65A und 65B definiert werden, sind dazu vorgesehen, jede MEA 50 und zugehörigen Diffusionsschichten 55, 60 von den angrenzenden MEAs und Schichten (beide nicht dargestellt) im Stapel 1 abzugrenzen. Eine Halbplatte 65A greift in die Anodendiffusionsschicht 55 ein, während eine zweite Halbplatte 65B in die Kathodendiffusionsschicht 60 eingreift. Die zwei dünnen, gegenüberliegenden Metallbleche, aus denen die Halbplattem 65A, 65B bestehen, definieren – bei geeigneten Kompressions- und den damit verbundenen Zusammensetzungsmethoden – eine Plattenanordnung 65. Jede Halbplatte 65A und 65B (welche nach dem Zusammenbau als einheitliches Ganzes die bipolare Platte 65 darstellen würden) definiert zahlreiche Reaktionsmittelgasströmungskanäle 70 entlang einer entsprechenden Plattenseite. Auch wenn die bipolare Platte 65 (zu stilisierten Zwecken) so dargestellt ist, dass sie ausschließlich rechtwinklige Reaktionsmittelgasströmungskanäle 70 und umgebende Strukturen definieren, werden gewöhnliche Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine akkurate (und vorzuziehende) Ausführungsform im Allgemeinen schlangenförmige Kanäle 70 verwendet. Die Oberseiten der Kanäle definieren Stege 72, die bei komplementär geformten Stegen 72 gegenüberliegender Platten als Eingriffsflächen fungieren.
Im Betrieb wird ein erstes gasförmiges Reaktionsmittel, wie z. B. H₂ durch die Kanäle 70 von der Halbplatte 65A zur Anodenseite der MEA 50 geleitet, während ein zweites gasförmiges Reaktionsmittel, wie z. B. O₂ (für gewöhnlich in der Form von Luft), durch die Kanäle 70 von Halbplatte 65B zur Kathodenseite der MEA 50 geleitet wird. Katalytische Reaktionen laufen an der Anode 40 und Kathode 45 ab und erzeugen Protonen, die durch die Protonaustauschmembran 35 migrieren und Elektronen, die zu einem elektrischen Strom führen, welcher durch die Diffusionsschichten 55 und 60 und die bipolare Platte 65 geleitet werden kann, da Kontakt zwischen Anschlussflächen 75 und den Schichten 55 und 60 besteht. Zugehörige Kanäle (nicht dargestellt) können zum Transportieren des Kühlmittels genutzt werden, um dabei zu helfen, die von der Brennstoffzelle 1 erzeugten Temperaturen zu regulieren.
In Situationen, in denen die Halbplatten 65A, 65B dafür konfiguriert sind, Kühlmittel zu leiten, sind deren vergleichbare Funktionen mit ihren Gegenstücken der Reaktionsmittel-leitenden Platten, ähnlich aufgebaut und werden hier nicht näher erläutert.
Es gibt mindestens zwei Stellen innerhalb der Brennstoffzelle 30, an denen eine verbesserte Abdichtung von Reaktionsmittel- und Kühlmittelflüssigkeiten erreicht werden kann: Unterdichtungen 75 (siehe 2) und Metallwulste 105 (siehe 3). Unterdichtungen 75 (von denen ein Teil in der Schnittansicht in 2 dargestellt ist) können aus einem nichtleitenden und gasundurchlässigen Material (wie z. B. Kunststoff) hergestellt sein, das an der Grenze der MEA 50 befestigt ist, um die verschiedenen elektronisch leitenden Schichten (wie z. B. die Elektroden- 40 und Gasdiffusionsschicht 55 auf der Anodenseite und die Elektroden- 45 und Gasdiffusionsschicht 60 auf der Kathodenseite) abzugrenzen. Eine weitere Schlüsselfunktion der Unterdichtung 75 ist die Vermeidung des Übertritt-Lecks und der damit verbundenen Vermischung von Reaktionsmitteln um den Rand der MEA 50. Daher definiert die Unterdichtung 75 in einer Form ein im Allgemeinen ebenes rahmenartiges Element, das an der Außenfläche angeordnet ist, um die Kante der MEA 50 zu schützen. In einer derartigen Konfiguration ist die Unterdichtung 75 vorzugsweise dort platziert, wo die elastomere Dichtung der vorliegenden Erfindung entweder mit der MEA 50 oder der gegenüberliegenden Oberfläche eines oder mehrerer auf der der bipolaren Platte 65 gebildeten (und im Folgenden näher erläuterten) Metallwulste in Kontakt kommt. Dies trägt dazu bei, überbordende Undichtigkeiten von Reaktionsmittelgasen und Kühlmitteln sowie deren Vermischung am Verteilerbereich 85 zu reduzieren. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Unterdichtungen 75 eine Stärke von etwa 50 μm bis 250 μm.
Mit besonderem Hinweis auf 3 wird eine Explosionszeichnung zweier aneinandergrenzend gestapelter Halbplatten 65A, 65B zur Bildung der bipolaren Plattenanordnung näher dargestellt. Insbesondere beinhalten die einzelnen Halbplatten 65A, 65B jeweils sowohl einen aktiven Bereich 80 sowie einen Verteilerbereich 85, wobei ersterer eine ebene gegenüberliegende Beziehung mit dem elektrochemisch aktiven Bereich eingeht, der zur MEA 50 und den Diffusionsschichten 55 und 60 gehört und letzterer zu einer Kante (wie dargestellt) oder einem (nicht dargestellten) Randbereich gehört, wo durch die Platten 65A, 65B gebildete Öffnungen als Leiter für den An- und Abtransport von Reaktionsmitteln, Kühlmitteln oder Nebenprodukten zu und von den gestapelten Brennstoffzellen 30 dienen. Wie aus der Explosionszeichnung der 3 ersichtlich, können diese zwei Halbplatten 65A, 65B genutzt werden, um eine sandwichartige Struktur mit der MEA 50 und den Anoden- und Kathodendiffusionsschichten 55, 60 zu bilden und dann so oft wie nötig wiederholt werden, um einen Brennstoffzellenstapel 1 zu bilden. In einer Form bestehen die Anoden-Halbplatte 65A und/oder die Kathoden-Halbplatte 65B aus korrosionsbeständigem Material (wie beispielsweise nichtrostendem CrNi-Stahl 304 SS o. ä.). Die im Allgemeinen kurvenreichen Strömungskanäle 70 bilden angefangen in der Nähe der an einen Verteilerbereich 85 angrenzenden Kante 90, bis in der Nähe der an den gegenüberliegenden Verteilerbereich 85 angrenzenden gegenüberliegenden Kante 95 eine verwundene Bahn. Wie ersichtlich, wird das Reaktionsmittel (im Fall, dass eine Platte 65A, 65B in einer gegenüberliegenden Beziehung mit der MEA 50 steht) oder das Kühlmittel (im Fall, dass eine Platte 65A in einer gegenüberliegenden Beziehung mit der Rückseite einer anderen Platte 65B steht, wodurch Kühlmittelkanäle gebildet werden) von einer Reihe von sich wiederholenden Toren oder Rillen zu den Kanälen 70 gleitet, die einen Kopfbereich 100 bilden, der zwischen dem aktiven Bereich 80 und dem Verteilerbereich 85 einer (zum Beispiel Versorgungs-)Kante 90 liegt; eine ähnliche Ausführung befindet sich an der gegenüberliegenden (zum Beispiel Abtransport-)Kante 95. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) können die Versorgungs- und Abtransport-Verteilerbereiche nahe derselben Kante liegen (d. h. entweder 90 oder 95). In Situationen, in denen die individuellen Platten 65A, 65B aus einem formbaren Material (wie beispielsweise aus den zuvor genanntem nichtrostenden Stahl) bestehen, sind die verschiedenen Oberflächenfunktionen (einschließlich Rillen, Kanälen oder ähnlichem) vorzugsweise mittels bereits bekannter Methoden gestanzt, wodurch sichergestellt wird, dass sowohl die Kanäle 70, Länder 72 und deren entsprechenden Strukturen zusätzlich zu den Metallwulsten (welche nachfolgend näher erläutert werden) integral aus einem einzelnen Materialblech gebildet werden. Unter Bezugnahme auf 4 stellen in Verbindung mit 3, wie vorstehend erwähnt, eine oder mehrere Metallwulste 105 eine hochstehende Wand oder ein Böschungsabsatz bereit, die bzw. der sich von der Oberfläche der bipolaren Platte 65 erstreckt, die einen plattenförmigen ebenen Eingriffsabschnitt 107 für einen Eingriff mit einer der beiden Unterdichtungen oder eine vergleichbare Metallwulst 105 an einer angrenzend angeordneten Platte 65 beinhaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Stärke der Metallwulst 105 zwischen etwa 300 µm und 600 µm und die Breite etwa 1 mm und 4 mm. Eine Mikroabdichtung 110 (sowie deren Varianten 110A und 110B) bilden eine dünne verhältnismäßig nachgiebige Schicht, die auf dem ebenen Eingriffsteil 107 der Metallwulst 105 zwischen angrenzenden bipolaren Platten 65 oder zwischen einer Platte 65 und einer Dichtung 75 gebildet wird. In einer bevorzugten Form hat die Schicht, die durch den Mikroabdichtung 110 gebildet wird, eine Stärke zwischen etwa 30 und 300 μm, während eine bevorzugte Breite über dem Eingriffsabschnitt 107 zwischen etwa 1 mm und 3 mm beträgt. Zusammen bilden die dichtungsähnliche Struktur der Metallwulst 105 und der Mikroabdichtung 110 eine metallische Wulstdichtung (MBS) 115. Die dichtungsähnliche Beschaffenheit der Metallwulst 105 entsteht dadurch, dass diese als hochstehender rechtwinkliger, trapezförmiger (wie dargestellt) oder leicht gekrümmter Vorsprung ausgebildet ist, der durch Stanzen aus dem dünnen Metallmaterial, aus dem die jeweiligen Platten 65A, 65B bestehen. Die Oberseite definiert einen Eingriffsabschnitt 107, der dem Aufbau und der Funktion im Wesentlichen den Stegen 72 entspricht, die ebenfalls integral in einer oder beiden der Platten 65A, 65B ausgebildet sein können. Somit entspricht der Eingriffsabschnitt 107 dem Bereich der Metallwulst 105, der so ausgebildet ist, dass er in gegenüberliegendem Kontakt mit der Mikroabdichtung 110, der Unterdichtung 75, der MEA 50 oder der angrenzenden Metallwulst 105 angeordnet ist. Die Mikroabdichtung 110 dient maßgeblich dazu, (a) die Oberflächenmängel der Metallwulst 105 oder der Unterdichtung 75 im Eingriffsabschnitt 107 auszufüllen, (b) eine gleichmäßigere Dichtungskraft pro Länge längs der Metallwulst 105 zu bewirken, indem ein nachgiebiges Kissen bereitgestellt wird, um die ungleichförmige komprimierte Höhe der Metallwulst 105 zu bilden, (c) das Eindringen von Fluid (beispielsweise Reaktionsmittel) durch dessen Masse zu verhindern und (d) ein Austreten durch die Grenzfläche zwischen entweder (i) der Unterdichtung 75 und der Mikroabdichtung 110 oder (ii) der Metallwulst 105 und Mikroabdichtung 110, in Abhängigkeit von dem präzisen Eingriff während der Bildung des Stapels 1, zu verhindern. Die elastomere Mikroabdichtung 110 ist an dem Eingriffsabschnitt 107 befestigt, obwohl Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, dass die Mikroabdichtung 110 auch auf den Oberflächen der Unterdichtungen 75, sowie (bzw. oder stattdessen) direkt auf der Metallwulst 105 gebildet werden kann; alle derartigen Varianten, ebenso wie Varianten, bei denen die Mikroabdichtung 110 direkt an der Platte 65A, 65B oder einen anderen Struktur angebracht ist, liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
Unabhängig davon, ob jede Halbplatte 65A, 65B so konfiguriert ist, dass dieselbe Reaktionsmittel, Kühlmittel oder beide transportiert, und zwar unabhängig davon, ob diese Fluide durch die Halbplatte 65A, 65B, den aktiven Bereich 80 oder den Verteilerbereich 85 transportiert werden, ist die auf die Eingriffsfläche 107 platzierte Dichtung 110 so beschaffen, dass, wenn mehrere Zellen 30 in einem Gehäuse 10 zu einem Stapel 1 gestapelt und zusammengedrückt werden, die Dichtungen 110 verformt zusammengedrückt werden, um die Abdichtung zwischen den angrenzenden Halbplatten 65A, 65B zu verstärken. Obwohl in 4 nicht im Detail als hinter der Unterdichtung 75 dargestellt, befindet sich eine MEA 50 (so wie in 2 dargestellt) zwischen angrenzenden Halbplatten 65A, 65B, sodass die drei Komponenten der Zelle 30 ähneln. Wie vorstehend erwähnt, definiert das Zusammenwirken der Metallwulst 105 und der Dichtung 110 auf jede der verbundenen Halbplatten 65A, 65B die MBS 115 die, unabhängig davon, ob eine derartige Abdichtung im aktiven Bereich 80 oder im Verteilerbereich 85 entsteht, eine robustere, leck-freie Abdichtung fördert. In einer anderen (nicht dargestellten) Variante kann die Dichtung 110 als Teil oder Erweiterung der MEA 50 an der Unterdichtung 75 befestigt oder direkt ausgebildet sein; beide Varianten liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
Das zur Bildung der Dichtung 110 verwendete Material besteht aus einer Zusammensetzung, die einen elastischen Kunststoff oder ein Elastomer (einschließlich Polyacrylat, alhydratisiertes chlorsulfoniertes Polyethylen, Ethylenacryl, Chloropren, chlorsulfonierten Polyethylen, Ethylenpropylen, Ethylenvinylacetat, Perfluorelastomer, Fluorkohlenstoff, Fluorsilikon, hydriertes Nitril, Polyisopren, mikroklares Polyurethan, Nitrilkautschuk, Naturkautschuk, Polyurethan, Styrol-Butadien-Kautschuk, TFE/Propylen, Silikon, carboxyliertes Nitril oder dergleichen) beinhaltet. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verwendung von Materialien auf Silikonbasis aufgrund des Zähflüssigkeitsbereichs der Vorläuferharze in Verbindung mit deren Gesamtbeständigkeit und Zähigkeit nach deren Aushärtung durchaus attraktiv ist. Zudem wurde festgestellt, dass es sich bei der Härte nach der Aushärtung oder der Nachgiebigkeit des ausgehärteten Films sowie der Unempfindlichkeit gegenüber der Temperatur innerhalb der erwarteten Betriebstemperatur des Brennstoffzellenfahrzeugs auch um wünschenswerte Attribute von Systemen auf Silikonbasis handelt. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Möglichkeiten gefunden, die besagten Materialien mit zusätzlichen Komponenten zu versehen, um ihnen verlängerte Topfzeiten und schnelle Aushärtungszeiten mit erhöhten Temperaturen, sowie sehr starke Bindungseigenschaften zu verleihen, sobald die Platten 65 ausgerichtet, gestapelt und in das Stapelgehäuse komprimiert worden sind.
In einer Form beinhaltet die primäre Materialkomponente ein -terminiertes Vinylpolydimethylsiloxan (PDMS):
während eine Variante (Methylhydrosiloxan (H301 PDMS, auch als Hydrosiloxan bezeichnet)) des oben genannten in Form von:
verwendet werden kann, während der Katalysator auf Platinbasis (der auch als Karstedt-Katalysator bekannt ist), bei dem es sich um ein Härtungsmittelbestandteil handeln kann, in folgender Form vorliegt:
und die Hemmstoffkomponente zur Kontrolle der Härtungskinetik (Phenylacetylen) Folgende ist:
und wobei die Haftvermittlerkomponente – 1,2 Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan (BTSE) – Folgende ist:
Bei dem BTSE handelt es sich um eine dipodale Form, da es zwei Si-Atome mit drei der Ethoxy- oder Methoxy-Seitengruppen aufweist. Weitere alternative Materialien können 1,2 Bis- (Methyldiethoxysilyl)-Ethan, 1,4 Bis-(Triethoxysilyl)-Benzol, Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan, Bis-(Triethoxysilyl)-Methan, 1,8 Bis-(Triethoxysilyl)-Oktan, 1,2 Bis-(Trimethoxysilyl)-Ethan, Bis-(Trimethoxysilylethyl)-Benzol, 1,6 Bis-(Trimethoxysilyl)-Hexan, 1,4 Bis-(Trimethoxysilylmethyl)-Benzol, 1,3 Bis-(Trimethoxysilylpropyl)-Benzol, 1-(Triethoxysilyl)-2-(Diethoxymethylsilyl)-Ethan, sowie Varianten von beliebigen der oben genannten beinhalten, die zum Zweck der Bindung in das aushärtende Silikonnetzwerk zudem eine reaktive Vinyl- oder Hydrosilangruppe beinhalten. Von diesen scheint das Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan die verzögerte Bildung der starken Klebeverbindung, die durch das oben erörterte BTSE hergestellt worden ist, am besten zu imitieren.
Vorzugsweise werden die Komponenten, die die Vorläufermaterialien bilden (d. h. die Materialien in ihrem rohen unausgehärteten Zustand) gemischt, bevor das oben beschriebene Siebdruckverfahren angewendet wird. In einer Form kann ein derartiges Mischen (bei größeren industriellen Maßstäben) unter Verwendung eines Cowles-Messers oder einer Hochgeschwindigkeits-Dispersionsscheibe eingeleitet werden, solange das die große Oberfläche verstärkende Siliziumdioxid in dem Harz so homogen wie möglich verteilt wird, um optimale endgültige Eigenschaften zu gewährleisten. Die zur Herstellung des Vorläufers verwendeten primären Bestandteile beinhalten mindestens (a) einen Vorläufer auf Silikonbasis, (b) einen Katalysator, (c) einen Hemmstoff zur Kontrolle der Aushärtungskinetik und (d) einen verzögerten (d. h. latenten) Haftvermittler. Darüber hinaus werden die Vorläufer in zwei Teile unterteilt (hierin als Teil A und Teil B bezeichnet), von denen jeder einige der oben beschriebenen Komponenten gemeinsam haben kann. Für Teil A kann beispielsweise ein vinylterminiertes PDMS mit variierenden Molekulargewichten kombiniert werden, wobei ein Teil der Kombination in beiden Teilen A und B verwendet wird. In solch einem Fall würde ein bevorzugter Bereich für das Äquivalentgewicht irgendwo zwischen Ungefähr 7.000 und 35.000 liegen. Genauer gesagt, kann ein erstes vinylterminiertes PDMS ein Molekulargewicht von etwa 155.000 aufweisen, während ein zweites vinylterminiertes PDMS ein Molekulargewicht von etwa 6000 aufweist. Darüber hinaus kann ein Verhältnis zwischen diesen ersten und zweiten Bestandteilen für ein durchschnittliches Molekulargewicht pro reaktiver Vinylgruppe (oder Äquivalentgewicht) von etwa 13,275 auf ungefähr 4:1 und noch bevorzugter 4,2:1 gebracht werden; derartige Äquivalentgewichte stehen mit der mittleren Dichte zwischen den Vernetzungen, sowie mit der Netzsteifigkeit, in Beziehung. In einer anderen Form kann das Verhältnis von höheren und niedermolekularen Bestandteilen in Teil B zwischen etwa 8:1 bis 2:1 oder in einer anderen Form zwischen etwa 20 % und etwa 50 % des höhermolekularen Bestandteils und etwa 3 % bis etwa 20 % für den niedermolekularen Bestandteil liegen. Ein Abschnitt von Teil A wird unter hohen Rotationsbedingungen mit etwa 4 Gew.- % katalysatorhaltigem Material (das in einer Form Platin in einer Menge von etwa 5 bis 10 Teilen pro Million in der Endformel beinhaltet) für eine kurze Zeitdauer gemischt, um den Katalysator aufzulösen. Jeder übrig gebliebene Katalysator sollte vermischt und Teil A ebenfalls zugegeben werden. Zusätzlich wird das Vinyl-terminierte Silikon für Teil A und B gemischt und Behältern zugegeben, die beide Becher halten. Ein Hydrosiloxan kann Teil B zugegeben werden, das dann unter Zeit- und Rotationsbedingungen gemischt wird, die denen für den Katalysator ähneln. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die Wahl des Katalysators im Gegensatz zu einer Verdünnung in Xylolen auf eine reine Vinylsiloxanlösung fiel, da dies, wie in den ersten 24 bis 48 Stunden nach der Herstellung festgestellt, zu verbesserten Eigenschaften sowohl in der Aushärtungskinetik als auch zu einem abnehmenden Verdickungsgrad führte. Obwohl sowohl 2-Pentyne als auch Phenylacetylen im Hinblick auf ein erwünschtes Aushärtungsprofil vergleichbar reagierten, wurde das letztere für die betreffenden Herstellungsparameter als bevorzugt angesehen, während die unangenehmen Gerüche bei der gleichen Interessenbelastung von 0,1–1,0 % erheblich reduziert wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein fünfter Bestandteil in Form eines Verstärkungsmaterials (wie z. B. eines Siliziumdioxids beinhaltenden Materials) verwendet, um die mechanischen Eigenschaften der Dichtung zu verbessern. In einem derartigen Fall wird das Siliziumdioxid, wie vorstehend erörtert, durch die Verwendung einer Dispersionsscheibe oder auf irgendeine andere den Fachleuten auf dem Gebiet bekannten Weise zugegeben.
Für Teil B wird eine geringe Menge an flüssigem Hemmstoff (wie beispielsweise Phenylacetylen in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-%) zugegeben und zur Kontrolle der Aushärtungskinetik gemischt. Einzelheiten derartiger Hemmstoffe sind im US-Patent 3,445,420 mit dem Titel ACETYLENISCH INHIBIERTE PLATIN-KATALYSIERTE ORGANOPOLYSILOXAN-ZUSAMMENSETZUNGEN zu finden, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind. Danach wird zu Teil B etwa 1 Gew.-% Haftvermittler zugegeben und weiter vermischt. Anschließend werden beide Proben vorzugsweise entgast, bis keine sichtbare Schaumbildung mehr vorhanden ist.
Bezeichnenderweise haben die Erfinder festgestellt, dass herkömmliche Silan-Haftvermittler (wie beispielsweise Allyltrimethoxysilan (ATMS) und Allyltriethoxysilan (ATES), die beide ein einzelnes Si-Atom mit entsprechenden drei Methoxy- oder Ethoxy-Seitengruppen aufweisen, eine aggressive und sofortige Bindung auf Oberflächenbeschichtungen begünstigten, die unmittelbar auf die Oberfläche des rostfreien Stahls platziert wurden, welche bipolare Platten 65, sowie jene Platten 65 bildet, die mit einer dünnen physischen Gasphasenabscheidungs-(PVD), Kohlenstoff- oder Keramikschicht beschichtet waren. In einer von den Erfindern durchgeführten Untersuchung wurde festgestellt, dass ATMS nach etwa 15 Minuten bei 80 ºC Aushärtungszeit fest zementiert wurde, und dass solche Bedingungen zu einem Zustand führten, bei dem ein 20 mil dicker Film nicht von der Beschichtungsoberfläche abgelöst werden konnte, ohne den Film zu zerstören. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass diese prompte Haftungsbildung bei Anwendung auf bipolare Platten der Brennstoffzelle 65 unerwünscht ist, da sie ein zu kurzes Zeitfenster für die nachfolgenden Stapelbildungsvorgänge liefert.
Als die gegenwärtigen Erfinder 1,2 Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan anstelle von ATMS verwendeten, entdeckten sie, dass eine latente Haftungsbildung erreicht wurde; während dementsprechend für 3 Minuten eine im Wesentlichen vollständige Aushärtung bei 80 ºC stattfand, konnten die 20 mil dicken Filme noch von der Beschichtungsoberfläche mit einer Haftungskraft, die mit einem auf Zellophan basierenden Klebeband vergleichbar ist (d. h. etwa 1–2 N./cm) abgezogen werden. Nach einer Temperaturbelastung von ca. 55 °C und ca. 90 % relativer Feuchte für ca. 72 Stunden (zur Simulation der Einlaufzeit und anschließender Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels 1) wurde eine hartnäckige Haftung erreicht, bei der der Film nicht wieder ohne Risse und erhebliche Schäden von der Oberfläche abgelöst werden konnte. Infolgedessen stellten die Erfinder unter Verwendung von BTES fest, dass sie den gleichen hohen Grad an Langzeitklebehaftung erreichen konnten, dass aber solche Bindungsgrade lang genug verzögert werden konnten, um den Abschluss der Herstellungsschritte nachfolgender Stapel 1 zu ermöglichen. Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, dass die Unterschiede in der Bindungsaggressivität zwischen ATES und ATMS einerseits und BTES andererseits überraschend ausfielen, da sie die gleichen ethoxyreaktiven Gruppen aufweisen. Somit führte, trotz der Tatsache, dass bei jenen ähnlichen ethoxyreaktiven Gruppen eine ähnliche Haftungskinetik zu erwarten war, die Tatsache, dass BTES mit den latenten Haftungseigenschaften in der hierin beschriebenen Weise durchgeführt wurde, die vorliegenden Erfinder dazu, dieses anstelle der oben genannten Stoffe als Haftvermittler zu verwenden.
Unter folgender Bezugnahme auf 5, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die die Dichtung bildende Zusammensetzung 110 durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht, bei dem ein Siebdrucker 200 mit einer Druckkopfanordnung 205 mit einem Fluidmaterialspender 210 und ein Rakelmesser, einer Rolle oder eine Rakel (von denen nur die letztere dargestellt ist) 215 ausgestattet ist, der über ein Siebgewebe 220 mit einer Druckkopfanordnungs- 215 Maske (nicht dargestellt) geführt wird, die durch einen geeignet konfigurierten Rahmen 220 gesichert ist; die Klinge, die Rolle oder die Rakel 215 zwingt den selektiven Durchgang der Siegelvorstufenmaterialien durch Öffnungen in dem Sieb 220 und auf das (nicht dargestellte) Metallwulstsubstrat, sobald das Rakelmesser, der Roller oder die Rakel 215 über das Sieb 220 bewegt wird. Der Siebdruck ist aufgrund seiner Skalierbarkeit, niedrigen Kosten und Fähigkeit, auf diskrete Substrate, wie die hier beschriebenen bipolaren Platten 65, zu drucken, vorteilhaft. Besonders vorteilhaft ist dessen Fähigkeit, eine ausreichend starke Schicht (beispielsweise zwischen etwa 30 und 150 µm) des Siegelvorläufermaterials zuzulassen, um der Dichtung 110 merklich erhöhte (d. h. 3 – D) Attribute zu verleihen. Darüber hinaus kann die besagte Stärke erreicht werden, ohne mehrere Arbeitsgänge durchführen zu müssen, wodurch dessen Eignung für eine umfangreiche Serienherstellung weiter verbessert wird. Darüber hinaus ist der Siebdrucker 200 mit Vorläufern kompatibel, die Klebstoffe beinhalten, insbesondere diejenigen, die latente Haftungseigenschaften, wie beispielsweise die hierin offenbarten, aufweisen. Um die Bewegung der Druckkopfanordnung 205 zu erleichtern, ist ein Paar beabstandeter, paralleler Linearlager 225 an einem Stützrahmen 230 an gegenüberliegenden Seiten des Drucksiebs 210 angebracht. Unter der Zusammenwirkung eines Antriebsmotors 240 und Zahnriemens 245 verläuft ein Druckschlitten 235 entlang der Lager 225, während ein Portal 250 eine seitliche Hin- und Herbewegung der Druckkopfanordnung 205 zulässt, um eine vollständige Oberflächenabdeckung des Siebes 220 und des darunterliegenden Substrats zu ermöglichen. In einer Form können die Rakel 215 unabhängig voneinander entlang einer vertikalen Achse bewegbar sein, um Druckvorgänge entlang beider Richtungen der Druckachse A durchzuführen. Auf diese Weise wird bei jeder Hin- und Herbewegung entlang der Achse A eine nach unten gerichtete Kraft auf einer der Rakeln 215 aufrechterhalten. Das Abdichtungsvorläufermaterial wird von der Druckkopfanordnung 205 den Rakeln 215 vorgelagert derart abgeschieden, dass die Rakel 215 das Abdichtungsvorläufermaterial über das Sieb 220 und durch sowohl das Sieb 220 als auch die Öffnungen verteilen, die in der Maske (nicht dargestellt) auf dem darunterliegenden Substrat gebildet sind. Zusätzliche für die Bildung von Dichtungen einzigartige Siebdruckeigenschaften sind in einer exemplarischen Form in der US-Patentschrift 4,919,969 für Walker mit dem Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER DICHTUNG offenbart, deren Inhalt durch Bezugnahme in dessen Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Unter folgender Bezugnahme auf 6 ist ein bevorzugtes Profil dargestellt, bei dem die Zusammensetzung auf eine Metallwulst oder ein zugehöriges Brennstoffzellensubstrat aufgebracht wird. Zum bisherigen Zeitpunkt t = 0 wurden die Teile A und B, wie vorstehend erörtert, getrennt gehalten, sodass diese in einem unausgehärteten Zustand stabil bleiben, was bei der Bereitstellung einer erheblich langen Lagerzeit vorteilhaft ist. Zum Zeitpunkt t = 0 werden die Teile A und B gemischt, wobei die Aushärtung des flüssigen Harzes in einem relativ langsamen Verfahren unter im Wesentlichen Raumtemperaturbedingungen T_A (z. B. 20 ºC und 30 ºC) beginnt; während dieser Zeit kann der flüssige Harzvorläufer auf dem Zielsubstrat (wie z. B. durch den vorstehend erwähnten Siebdrucker 200) abgeschieden werden. In einer bevorzugten Form würde zwischen dem Zeitpunkt des Mischens und dem Vorläuferabscheidungsvorgang ausreichend Zeit (beispielsweise etwa 2 Stunden) zur Verfügung stehen. Nach dem Abscheiden auf die gewünschte Stelle (z. B. auf den Metallwulsten 105) wird die Zusammensetzung des Vorläufers zum Zeitpunkt t = 1 (z. B. in einem Ofen, Autoklaven oder einer ähnlichen Vorrichtung) einer erhöhten Temperatur T_E ausgesetzt. In einer Form liegt eine derartig erhöhte Temperatur T_E zwischen der Raumtemperatur T_A und etwa 80 °C, sodass sich die der Aushärtung entsprechende Zähflüssigkeitszunahme auf eine stabile Weise über einen relativ kurzen Zeitraum (beispielsweise etwa 15 Minuten) aufbaut. Sobald diese Aushärtung zum Zeitpunkt t = 2 im Wesentlichen abgeschlossen ist (was beispielsweise durch die Zähflüssigkeitskurve abgeflacht werden kann), können die Dichtung 110, die sich auf der Metallwulst 105 bildet und der Rest der bipolaren Platte 65 auf die Raumtemperatur T_A zurückgeführt werden, sodass eine geeignete Ausrichtung, Kompression und die damit verbundenen Stapel- 1 Bildungsschritte vorgenommen werden können.
Die Harze, aus denen die Vorläufer bestehen, sind speziell dafür ausgelegt, in einer Herstellungsumgebung zu wirken, in der ein zweiteiliges Silikonharz auf ein Siebdruckverfahren aufgebracht wird, bei dem der Vorläufer unter Verwendung einer Maske mit der gewünschten Metallwulstform auf eine Platte übertragen wird. Demgemäß kann es sich bei der hierin erörterten Zusammensetzung um eine maßgeschneiderte Silikonharzformel handeln, die dafür konzipiert ist, Aushärtungsprofile zu erfüllen, die für die maximale Effizienz der Brennstoffzellenherstellung optimiert sind. Insbesondere kann durch Verzögern der Grenzflächenbindung zwischen der die Dichtung bildenden Zusammensetzung 110 und der Metallwulst 105, der Unterdichtung 75 oder eines anderen Substrats, bis nach dem Zusammenbau und der Kompression des gesamten Brennstoffzellenstapels 1 erhebliche Reduktionen der Grenzflächenspannung realisiert werden, da die Poisson-Auswirkungen, der normalerweise bei einer bereits haftenden Dichtung auftreten würden, reduziert werden, da die die Dichtung bildende Zusammensetzung nicht genügend Zeit hatte, jene starke Bindung zu bilden, die die Bewegungsfreiheit der Dichtung einschränken würde. Dieses Kriterium ist insofern maßgeblich, als bei der dünnen Beschaffenheit einer typischen Brennstoffzellenmetallwulst (bei der die Höhe oder Stärke vorzugsweise nicht mehr als etwa 300 μm beträgt) kombiniert mit relativ großen Querschnittsbreiten (beispielsweise etwa 2 Millimeter) in Oberflächen mit niedrigem Längenverhältnis resultiert, von denen zu erwarten ist, dass sie ziemlich große Mengen an lateralen Poisson-Spannungen an den Dichtungen einführen 10, wenn sie den hohen axialen Belastungen ausgesetzt sind, die in der Regel an den Platten 65 entlang der Stapeldimension während der Stapelverdichtung einwirken. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass derartige ungehinderte Poisson-Spannungen zu einem vorzeitigen Ausfall der Dichtung sowie zu erheblichen Verschlechterungen der Stapelleistung beitragen.
Dementsprechend muss das erforderliche Material, wie vorstehend beschrieben, eine erhebliche Lagerstabilität (zum Beispiel mindestens einige Monate), gefolgt von einer niedrigen Zähflüssigkeitsbildung beim Mischen der beiden Teile A und B bei Raumtemperatur T_A aufweisen. Im Verlauf der Nachmischbehandlung des flüssigen Harzes (d. h. ungefähr 2 Stunden, wie oben dargestellt) sollte das Harz eine minimale Änderung der Zähflüssigkeits- oder Verdrängungseigenschaften bei einer solchen Raumtemperatur T_A aufweisen; diese Zeitspanne der langsamen Zähflüssigkeitsänderung ist vorteilhaft in Situationen, in denen ggf. Verzögerungen vorkommen, wie beispielsweise dann, wenn eine erforderliche Einwirkzeit vor der Anwendung oder eine Verzögerung in der Fertigungslinie vorliegt. Auf diese Weise wird ein konstantes Volumen oder eine für einen gegebenen angelegten Druck ausgegebene Masse am besten gewährleistet. Beim Siebdruck wird das Material in einen Ofenbereich bewegt, wo dasselbe der oben erwähnten erhöhten Temperatur T_A ausgesetzt ist. Während dieser Zeitspanne muss das Material bis zur Vollendung ausgehärtet werden, wonach es mit anderen Platten verfestigt und in den vollen Brennstoffzellenstapel 1 zusammengesetzt wird. Während derselben Aushärtungszeit kann an den Plattengrenzflächen eine gewisse Klebeverbindung (die vorzugsweise an den einander zugewandten Metallwulsten 105 stattfindet) auftreten. Natürlich wird, wie hierin beschrieben, vorzugsweise ein Großteil der Haftfestigkeitsentwicklung verzögert, bis der Stapel 1 zusammengesetzt und komprimiert ist, um zu ermöglichen, dass sich die Bindung an der Grenzfläche entspannt und die Spannung auf der Platten- 65 Kompression löst. In einer bevorzugten Form wird mindestens ein Großteil der Klebeverbindung erst verzögert, wenn die Platten- 65 Kompression und die nachfolgende Stapel- 1 Bildung abgeschlossen ist. Während die vorliegenden Erfinder die Menge der schnellen Haftungsbildung nicht quantifiziert haben, führten sie qualitative Bewertungen durch, um zu bestätigen, dass das abgeschiedene Material, ähnlich den oben beschriebenen Haftklebstoffen, von Hand entfernt werden, und dass die besagte Entfernung ohne Beschädigung der Integrität der Dichtung 110 erfolgen kann. Dem entnahmen sie, dass die Stärke der Grenzflächenbindung in dieser ersten Phase wesentlich geringer als die Zugfestigkeit der Dichtung 110 ist. Im Gegensatz dazu wurde es, nachdem die Klebeverbindung vollständig hergestellt und die verschiedenen Platten 65 gestapelt, ausgerichtet und zusammengedrückt worden war, viel schwieriger, die Dichtung 110 wegzuziehen, ohne sie zu zerstören; da die Schälkraft die Zugfestigkeit des Materials überschritt (die bei etwa 3,5 MPa oder 350 N/cm² gemessen wurde) und die von den Erfindern verwendeten Probenstreifen ½ Zoll breit und 20 mil stark waren, stellten die Erfinder fest, dass eine etwa elffache Zunahme der Kraft erforderlich war, um die Streifen zwischen der frühen Stufe und der letzten verbundenen Stufe zu brechen. Daher sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung der Ansicht, dass nur 10% oder weniger der Klebeverbindungsfestigkeit in der frühen (d. h. Aushärtungs-)Stufe gebildet werden.
Die Fähigkeit, ein Gemisch zu formulieren, das den oben beschriebenen Zähflüssigkeits-, Umgebungsstabilitäts- und Aushärtungsprofilanforderungen genügt, gleicht mehrere konkurrierende Eigenschaften aus. Um beispielsweise die flüssige Harzvorstufe für eine Siebdruckanwendung erfolgreich abgeben zu können, muss das Harz eine ausreichende Zähflüssigkeit besitzen, um einen Rückgang und eine Strömung beim Aufbringen auf die Rakel 215 zu vermeiden, und trotzdem in der Lage sein, relativ dünn abzuschneiden, sodass dasselbe unter der schnellen Bewegung der Rakel 215 über das Sieb 220 und die Maske auf die bipolare Platte 65 übertragen werden kann. Aspekte der Herstellungsumgebung – einschließlich des Wunsches, eine große Anzahl von Platten 65 mit einer einzigen Harzmenge oder vorübergehenden Unterbrechung der Fertigungslinie (weniger als etwa 2 Stunden) zu drucken, erfordern eine begrenzte Änderung der rheologischen Beschaffenheit des Harzes bei Raumtemperatur über den besagten Zeitraum. Sobald jedoch der flüssige Harzvorläufer übertragen wurde, ist es wichtig, dass dieser in kürzester Zeit (vorzugsweise weniger als etwa 15 Minuten) und bei oder unterhalb von Temperaturen ausgehärtet wird, die die Dichtung 110 oder das darunterliegende Substrat (wobei dieses im Fall einer Unterdichtung 75 aus einem Material mit relativ niedriger Temperatur hergestellt sein kann) beschädigen könnten. Die hierin beschriebenen Formeln zeigen die Fähigkeit, die anfänglichen rheologischen Eigenschaften nach dem Kombinieren der Teile A und B für eine ausreichend lange Zeit und mit ausreichender Zähflüssigkeit aufrechtzuerhalten, um einen Rückgang oder eine Strömung zu vermeiden, wenn diese auf das Siebdruckmesser oder die Rakel platziert werden 215.
Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, ein Silikonharz zu optimieren, das mechanische Eigenschaften besitzen würde, die mit kommerziellen Systemen vergleichbar, aber auch die hierin beschriebenen verbesserten Aushärtungsprofile und Zähflüssigkeiten aufweisen würde. Beim Aufbringen derartiger Materialien in Form einer Dichtung 110 auf eine bipolare Brennstoffzellenplatte 65 hat das aushärtbare Harz vorzugsweise eine Stärke zwischen 4 mils und 40 mils, mit einem bevorzugten Bereich von etwa 10 bis 30 mil. Vergleichbare Aushärtungstemperaturen liegen vorzugsweise unter etwa 150 °C und noch bevorzugter unter etwa 140 °C und noch bevorzugter unter etwa 130 °C und besonders bevorzugt unter etwa 120 °C und noch bevorzugter unter etwa 110 °C und noch bevorzugter unter etwa 100 °C und noch bevorzugter unter etwa 90 °C und bevorzugter unter etwa 80 ºC und noch bevorzugter unter etwa 70 ºC und noch bevorzugter unter etwa 60 ºC und noch bevorzugter unter etwa 50 ºC und noch bevorzugter unter etwa 40 ºC; dass die Wahl zwischen diesen bevorzugten Aushärtungstemperaturen durch andere Verarbeitungsparameter, wie z. B. die Empfindlichkeit anderer weicher Materialien (z. B. der MEA 50) auf die besagten Temperaturen festgelegt werden kann. Ebenso könnten bei Konfigurationen, bei denen die Dichtung 110 ausgehärtet werden könnte, bevor andere derartige temperaturempfindliche Materialien angeordnet werden, andere (d. h. höhere) Temperaturen verwendet werden. Ebenso liegt die auf die gestapelten, ausgerichteten Brennstoffzellen aufgebrachte Druckspannung relativ hoch (beispielsweise über 1 MPa).
Obwohl nicht dargestellt, könnte es sich bei einer speziellen Anwendung für ein System basierend auf einem Stapel 1 von PEM-Brennstoffzellen 30 um ein Kraftfahrzeug oder ähnliches Fahrzeug handeln. Im vorliegenden Zusammenhang wird ersichtlich sein, dass sich der Begriff „Fahrzeug“ auf Autos, Lastwagen, Transporter, Geländewagen (SUV) oder andere derartiger automobiler Formen, wie z. B. Busse, Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Raumfahrzeuge und Motorräder beziehen kann; all diese haben das Potential, mit der vorliegenden Erfindung kompatibel gemacht zu werden, um Antriebs- oder Fortbewegungsenergie zu erzeugen.
Es wird angemerkt, dass Begriffe wie „vorzugsweise“, „normalerweise“, und „in der Regel“ hier nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung verwendet werden oder implizieren, dass bestimmte Merkmale entscheidend, wesentlich oder gar maßgeblich für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Stattdessen dienen jene Begriffe lediglich dazu, alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, jedoch nicht müssen. Ebenso werden die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ und deren Varianten hierin dazu verwendet, den inhärenten Grad an Unsicherheit darzustellen, der jedem quantitativen Vergleich, einem Wert, einer Messung oder einer anderen Repräsentation zugeschrieben werden kann. Wie vorstehend beschrieben, ist insbesondere darauf zu achten, dass nicht nur schwache, vorübergehende Haftungsformen zwischen angrenzenden Mikroabdichtungen 110 und deren zugehörigen Substraten verwendet werden, wobei der Begriff „im Wesentlichen“, wenn dieser zum Modifizieren der Anordnung des Brennstoffstapels 1 genutzt wird, hierin verwendet wird, um darzustellen, dass einige dieser vorübergehenden oder restlichen Klebemittel hierin verwendet werden können, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstandes zu führen; infolgedessen beeinträchtigt das Einbeziehen einiger dieser schwächeren, vorübergehenden Möglichkeiten zur Befestigung der verschiedenen Stapel 1 Komponenten beim Zusammenbau nicht die Tatsache, dass die maßgebliche (d. h. permanentere) Haftungsform erst dann verwendet wird, wenn die verschiedenen gestapelten Zellen ausgerichtet, zusammengedrückt und innerhalb des Stapels 1 befestigt wurden.
Nachdem die Erfindung ausführlich und mit Bezug zu spezifischen Ausführungen beschrieben wurde, wird dennoch ersichtlich, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen festgelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf angegebene bevorzugte Aspekte und exemplarische Ausführungsformen beschränkt ist, sondern durch die beigefügten Ansprüche geregelt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5776624 [0003]
US 8679697 [0003]
US 7186476 [0005]
US 3445420 [0031]
US 4919969 [0034]

Claims

Eine Klebstoffzusammensetzung, die so ausgebildet ist, dass sie nach dem Mischen ihrer Vorläuferteile innerhalb einer ersten Zeitspanne aushärtet und einen wesentlichen Teil ihrer Haftung mit einem Substrat erst nach einer zweiten Zeitspanne, die länger als die erste Zeitspanne ist, entwickelt, wobei die Zusammensetzung Folgendes umfasst: eine Komponente auf Silikonbasis; eine strukturelle Verstärkungskomponente; eine Katalysator-Komponente auf Hydrosilylbasis; eine Hemmstoffkomponente zur Steuerung der Aushärtungskinetik; und einen latenten Haftvermittler.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der latente Haftvermittler ein dipodales Silan umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin die Komponente auf Silikonbasis Vinylpolydimethylsiloxan umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin die Katalysatorkomponente auf Hydrosilatbasis eine Katalysatorkomponente auf Platinbasis umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die strukturelle Verstärkungskomponente pyrogene Kieselsäure umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Vorläuferteile zwei primäre Teile umfassen, von denen ein erstes ein Siloxan auf Vinylbasis, eine strukturelle Verstärkung auf Siliziumdioxidbasis und den besagten auf Hydrosilat basierenden Katalysator umfasst, und von denen ein zweites ein Siloxan auf Vinylbasis, eine strukturelle Verstärkung auf Siliziumdioxidbasis, Methylhydrosiloxan, die besagte Hemmstoffkomponente und 1,2 Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan umfasst.
Verfahren zum Abdichten eines Stapels von Brennstoffzellenkomponenten, wobei das Verfahren Folgendes umfassend: Abscheiden einer Klebstoffzusammensetzung auf einer Oberfläche sämtlicher Komponenten einer Vielzahl von Komponenten, wobei die Zusammensetzung Vorläuferteile umfasst; thermisches Aushärten der Zusammensetzung innerhalb einer ersten Zeitspanne, sodass dadurch eine Dichtung gebildet wird; Ausrichten der besagten Komponenten entlang einer Stapelachse; Zusammendrücken der besagten ausgerichteten Komponenten entlang der Stapelachse, sodass die besagte Dichtung eine Grenzfläche zwischen den angrenzenden einander zugewandten ausgerichteten Komponenten definiert; und Bilden mindestens eines Großteils einer haftenden Grenzflächenverbindung zwischen den angrenzenden einander zugewandten ausgerichteten Komponenten erst nach dem besagten Ausrichten und Zusammendrücken.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Zusammensetzung eine Komponente auf Silikonbasis, eine Katalysatorkomponente auf Platinbasis, eine strukturelle Verstärkungskomponente auf Siliziumdioxidbasis, eine Hemmstoffkomponente zur Steuerung der Aushärtungskinetik sowie einen latenten Haftvermittler umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, worin der latente Haftvermittler aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus 1,2 Bis-(Triethoxysilyl)-Ethan, 1,2 Bis-(Methyldiethoxysilyl)-Ethan, 1,4 Bis-(Triethoxysilyl)-Benzol, Bis-(Triethoxysilyl)-Methan, 1,8 Bis-(Trimethoxysilyl)-Oktan, 1,2 Bis-(Trimethoxysilyl)-Ethan, Bis-(Trimethoxysilylethyl)-Benzol, 1,6 Bis-(Trimethoxysilyl)-Hexan, 1,4 Bis-(Trimethoxysilylmethyl)-Benzol und 1,3 Bix-(Triethoxysilyl)-Benzol und 1-(Triethoxysilyl)-2-(Diethoxymethylsilyl)-Ethan und der besagten Komponente auf Silikonbasis besteht, welche ein Siloxan auf Vinylbasis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Vorläuferteile zwei primäre Teile umfassen, von denen ein erstes ein Vinylpolydimethylsiloxan, eine strukturelle Verstärkung auf Siliziumdioxidbasis und einen Katalysator auf Platinbasis umfasst und von denen ein zweites Vinylpolydimethylsiloxan, die besagte strukturelle Verstärkung auf Siliziumdioxidbasis, Methylhydrosiloxan, die besagte Hemmstoffkomponente, sowie den latenten Haftvermittler umfasst.