-
Stand der Technik
-
Es ist bereits eine Brennstoffzelle mit zumindest einer Funktionsschicht und mit zumindest einer Diffusionsschicht, welche an der Funktionsschicht angeordnet ist, vorgeschlagen worden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellen- und/oder Elektrolyseurvorrichtung, insbesondere Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle- und/oder Elektrolyseurvorrichtung, mit zumindest einer Funktionsschicht, insbesondere einem Funktionsschichtpaket, welches die Funktionsschicht aufweist, und mit zumindest einer Diffusionsschicht, welche an der Funktionsschicht, insbesondere an dem Funktionsschichtpaket, angeordnet ist.
-
Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Dichtschicht, welche an einer von der Funktionsschicht, insbesondere dem Funktionsschichtpaket, abgewandten Seite der Diffusionsschicht einstückig mit der Diffusionsschicht verbunden ist und welche dazu vorgesehen ist, die Diffusionsschicht fluiddicht abzudichten. Hierdurch kann eine Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften mit Hinblick auf eine Leistung bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine Abdichtung verbessert werden, wodurch vermieden werden kann, dass sich Produktwasser anreichert und Poren verblockt und so eine Leistung verringert. Insbesondere kann vorzugsweise durch die einstückige Verbindung ein Stromübergang zwischen Dichtschicht und Diffusionsschicht verbessert werden. Des Weiteren können insbesondere weitere Abdichtungen wie, beispielsweise Blechbauteile oder Elastomerdichtungen vermieden werden und somit ein Bauraum, insbesondere eine Bauraumhöhe, verringert werden.
-
Unter einer „Brennstoffzellen- und/oder Elektrolyseurvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil einer Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyseurs, insbesondere einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle und/oder eines Polymerelektrolyt-Elektrolyseur, verstanden werden. Alternativ bildet die Brennstoffzellen- und/oder Elektrolyseurvorrichtung die Brennstoffzelle und/oder den Elektrolyseur zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig aus. Unter dem Ausdruck „zumindest zu einem Großteil“ sollen dabei insbesondere zumindest zu 55 %, vorteilhaft zumindest zu 65 %, vorzugsweise zumindest zu 75 %, besonders bevorzugt zumindest zu 85 % und besonders vorteilhaft zumindest zu 95 % verstanden werden. Unter einer „Brennstoffzelle“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Unter einem „Elektrolyseur“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, elektrische Energie in einer chemischen Reaktion zur Stoffumwandlung zu nutzen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
-
Unter einer „Funktionsschicht“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schicht verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Transport entlang einer Phase, wie beispielsweise einer Gasphase, einer Elektrolytphase und/oder einer elektronisch leitenden Phase zu beeinflussen. Die Brennstoffzellen- und/oder Elektrolyseurvorrichtung weist insbesondere zumindest eine, insbesondere zumindest zwei und besonders bevorzugt zumindest drei Funktionsschichten auf, wobei zumindest eine Funktionsschicht, vorzugsweise zwei Funktionsschichten als Elektrodenschichten, insbesondere als eine Anodenschicht und/oder eine Kathodenschicht, ausgebildet sind und/oder zumindest eine Funktionsschicht als eine Elektrolytschicht ausgebildet ist, welche insbesondere zwischen den weiteren Funktionsschichten angeordnet ist, diese vorzugsweise kontaktiert und besonders bevorzugt mit diesen stoffschlüssig verbunden ist. Ferner weist die Brennstoffzellen- und/oder Elektrolyseurvorrichtung insbesondere zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei Bipolarplatten auf, zwischen welchen insbesondere zumindest eine Funktionsschicht, vorzugsweise das Funktionsschichtpaket, angeordnet ist. Unter einer „Diffusionsschicht“ soll insbesondere eine Schicht verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest durch Diffusion zumindest einer Funktionsschicht, insbesondere dem Funktionsschichtpaket, einen Brennstoff zuzuführen und/oder Reaktionsedukte abzuführen. Insbesondere weist die Diffusionsschicht eine Porosität von zumindest 70 %, vorzugsweise zumindest 80 % und besonders bevorzugt von zumindest 90 % auf, welche insbesondere höher ist als eine Porosität der Funktionsschicht, insbesondere des Funktionsschichtpakets. Vorzugsweise ist die Diffusionsschicht offenporig und besonders bevorzugt schaumartig ausgebildet. Die Funktionsschicht, an welche die Diffusionsschicht angeordnet ist, ist insbesondere eine Elektrodenschicht, wie insbesondere eine Anodenschicht oder eine Kathodenschicht. Insbesondere um Poren der Diffusionsschicht zumindest an einer der Funktionsschicht, insbesondere dem Funktionsschichtpaket, abgewandte Seite aufzufüllen und insbesondere fluiddicht abzudichten ist die Dichtschicht vorgesehen. Die Dichtschicht liegt insbesondere in zumindest einem Herstellvorgang, in welchem die Dichtschicht noch nicht vollständig ausgebildet ist, als eine insbesondere verformbare und vorzugsweise aushärtbare Paste vor, welche insbesondere zur Auftragung auf die der Funktionsschicht abgewandten Seite vorgesehen ist. Die Dichtschicht erstreckt sich insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest über einen Großteil und besonders bevorzugt vollständig über eine Oberfläche, insbesondere eine der Funktionsschicht abgewandte Oberfläche, der Diffusionsschicht. Unter „einstückig verbunden“ soll insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Sinterprozess, Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren. Vorteilhaft soll unter einstückig verbunden auch einteilig ausgebildet verstanden werden. Unter „einteilig ausgebildet“ soll insbesondere in einem Stück geformt verstanden werden. Vorzugsweise wird dieses eine Stück aus einem einzelnen Rohling, einer Masse und/oder einem Guss, besonders bevorzugt in einem Spritzgussverfahren, insbesondere einem Ein- und/oder Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, hergestellt.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Dichtschicht durch einen thermischen Behandlungsvorgang mit der Diffusionsschicht einstückig verbunden ist. Es kann vorteilhaft eine Verbindung zwischen Dichtschicht und Diffusionsschicht verbessert werden. Insbesondere kann eine Fluiddichtigkeit weiter erhöht werden. Besonders vorteilhaft kann ein Stromübergang zwischen der Dichtschicht und der Diffusionsschicht weiter verbessert werden. Ferner kann Herstellung der Dichtschicht vereinfacht werden. Unter einem „thermischen Behandlungsvorgang soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei welchem die Dichtschicht und die Diffusionsschicht thermisch behandelt werden. Vorzugsweise ist der thermische Behandlungsvorgang ein Sintervorgang. Unter einem „Sintervorgang“ soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei welchem die Diffusionsschicht und die Dichtschicht vorzugsweise unter Druck erhitzt werden, wobei eine Temperatur der Erhitzung vorzugsweise höchstens zumindest einer Schmelztemperatur zumindest einer der Schichten entspricht und besonders bevorzugt geringer ist als eine Schmelztemperatur zumindest einer der Schichten. Insbesondere ist der Sintervorgang zu einem gemeinsamen Erhitzen und zumindest teilweisen anschmelzen und insbesondere miteinander Versschmelzen der Dichtschicht und der Diffusionsschicht vorgesehen. Der Sintervorgang ist zeitlich nach einem Aufbringvorgang der Dichtschicht, insbesondere in Form der Paste, auf die Diffusionsschicht vorgesehen. Ferner ist der Sintervorgang zur Aushärtung der die Dichtschicht ausbildenden Paste vorgesehen. Alternativ kann zur Aushärtung ein Trocknungsprozess, wie beispielsweise beim Kleben und/oder aushärten eines Kunststoffs genutzt werden.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Dichtschicht zumindest eine Strukturierung aufweist. Es kann vorteilhaft ein Wärmeübergang verbessert werden. Des Weiteren kann insbesondere eine Führung von Kühlwasser verbessert werden. Insbesondere senkrecht zur Oberfläche der Diffusionsschicht geschnitten, weist die Strukturierung vorzugsweise einen gezahnten Querschnitt auf. Insbesondere weist die Strukturierung vorzugsweise entlang der Oberfläche der Dichtschicht eine Periodizität auf. Vorzugsweise weist die Strukturierung Unterstrukturen auf, aus welchem sich diese zusammensetzt. Die Unterstrukturen sind insbesondere als Mikrostrukturen, insbesondere in Form von Zähnen oder Stufen ausgebildet. Unter einer Mikrostruktur soll insbesondere eine Struktur eine Größe von höchstens 1000 µm, vorzugsweise von höchstens 100 µm und besonders bevorzugt von höchstens 10 µm aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Dichtschicht die Strukturierung an einer der Diffusionsschicht abgewandter Seite auf.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Strukturierung durch einen Umformvorgang hergestellt ist. Es kann eine Herstellungsgenauigkeit der Strukturierung verbessert werden. Ferner kann eine kostengünstige und insbesondere industriell skalierbare Herstellungsmethode bereitgestellt werden. Insbesondere ist der Umformvorgang zur Herstellung der Strukturierung ein Prägungsvorgang und/oder ein Rakelvorgang. Insbesondere kann der Umformvorgang zum gleichzeitigen Umformen, insbesondere Rakeln und/oder Prägen, der Diffusionsschicht und der Dichtschicht vorgesehen sein. Alternativ ist ein Urformvorgang denkbar, welcher insbesondere zu einer gemeinsamen Herstellung der Diffusionsschicht und der Dichtschicht vorgesehen sein kann.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest einen Strömungskanal aufweist, welcher zumindest teilweise von der Dichtschicht ausgebildet ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Abtransport von Prozesswasser verbessert werden und somit eine Verblockung entgegen gewirkt werden, wodurch besonders vorteilhaft eine Leistung verbessert werden kann. Unter einem „Strömungskanal“ soll insbesondere ein Kanal verstanden werden, der zumindest teilweise zu einer Führung einer Strömung, insbesondere eines Zustroms und/oder eines Abstroms eines Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und/oder zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, und/oder Wasser, insbesondere Kühlwassser und/oder Prozesswasser, vorgesehen ist, und der eine Strömung in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar zumindest teilweise, vorzugsweise auf drei Seiten und besonders vorteilhaft vollständig umschließt. Vorzugsweise ist eine Haupterstreckung des Strömungskanals parallel zur Strömungsrichtung der Strömung und zumindest 2-mal, insbesondere wenigstens 5-mal und vorteilhaft zumindest 10-mal länger als wenigstens eine Querschnittserstreckung des Strömungskanals.
-
Insbesondere bildet die Strukturierung, insbesondere Unterstrukturen der Strukturierung, Teilströmungskanäle aus.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Strömungsplatte aufweist, welche zumindest teilweise den Strömungskanal ausbildet. Hierdurch kann ein Strömungsverhalten verbessert werden. Insbesondere bilden die Strömungsplatte und die Dichtschicht, insbesondere die Strukturierung der Dichtschicht den Strömungskanal aus. Unter einer „Strömungsplatte“ soll insbesondere eine mechanische Einheit verstanden werden, welche zu einer insbesondere elektrischen Kontaktierung von zumindest einer Brennstoffzelle und/oder von zumindest zwei insbesondere benachbarter Brennstoffzellen und/oder zu einer Versorgung einer Brennstoffzelle mit einem Brenngas, insbesondere Wasserstoff, und/oder Sauerstoff, und/oder zu einer Entsorgung zumindest eines Reaktionsprodukts, insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, vorgesehen ist. Insbesondere kann die Strömungsplatte als eine Monopolarplatte, als eine Bipolarplatte und/oder als eine Endplatte ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Strömungsplatte zick-zack-förmig, wellenförmig und/oder insbesondere periodisch angeordnete Stege auf, wobei insbesondere eine Periodizität der Anordnung der Stege, verschieden ist von der Periodizität der Strukturierung. Insbesondere ist die Periodizität der Strukturierung kleiner als die Periodizität der Anordnung der Stege. Vorzugsweise ist die Strömungsplatte mit der Dichtschicht verbunden und insbesondere verpresst, so dass insbesondere zumindest ein Teil der Stege in Kontakt mit der Strukturierung sind. Die Stege weisen insbesondere entlang der Oberfläche der Dichtschicht eine größere Erstreckung aus, als die Teilstruktur der Strukturierung.
-
Um insbesondere einen Stromübergang zwischen Diffusionsschicht und Dichtschicht sicherzustellen wird ferner vorgeschlagen, dass die Dichtschicht zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt besteht die Dichtschicht zumindest teilweise aus einem Metall. Vorzugsweise ist die Paste, welche zur Ausbildung der Dichtschicht vorgesehen ist eine Metallpaste. Ferner ist denkbar, dass die Dichtschicht zumindest teilweise aus einem Kunststoff, wie beispielsweise aus einem Thermoplast besteht. Insbesondere um eine Durchleitung zu erreichen kann die Diffusionsschicht zumindest teilweise über die Dichtschicht hinaus ragen, wobei insbesondere dazu die mit dem Kunststoff abgedichtete Dichtschicht zumindest teilweise angeschliffen werden kann, um so die Diffusionsschicht zumindest teilweise, insbesondere für eine Kontaktierung, freizulegen.
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung, vorgeschlagen, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt zumindest eine Dichtschicht mit einer von einer Funktionsschicht abgewandten Seite einer Diffusionsschicht einstückig verbunden, welche die Diffusionsschicht fluiddicht abdichtet. Es kann vorteilhaft eine Verbindung zwischen Dichtschicht und Diffusionsschicht verbessert werden.
-
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
- 1 einen Teil einer Brennstoffzelle mit einer Brennstoffzellenvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 einen Teil der Brennstoffzellenvorrichtung in einer Schnittansicht und
- 3 einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 und 2 zeigen einen Teil einer Brennstoffzelle 22 in einer schematisch perspektivischen Ansicht. Die Brennstoffzelle 22 ist als eine Polyelektrolyt-Brennstoffzelle ausgebildet. Die Brennstoffzelle 22 weist eine Brennstoffzellenvorrichtung auf. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die oben genannte Brennstoffzelle 22 und insbesondere die Brennstoffzellenvorrichtung der Brennstoffzelle. Alternativ oder zusätzlich können diese unmittelbar auf einen Elektrolyseur, insbesondere eine Elektrolyseurvorrichtung, welche der Elektrolyseur aufweist, übertragen werden.
-
Die Brennstoffzellenvorrichtung weist ein Funktionsschichtpaket 26 auf. Das Funktionsschichtpaket 26 bildet eine Polymermembran aus. 2 zeigt einen Teil des Funktionsschichtpakets 26 der Brennstoffzelle 22 in einer Schnittdarstellung. Das Funktionsschichtpaket 26 weist eine erste Funktionsschicht 10 auf. Die erste Funktionsschicht 10 ist eine Elektrodenschicht, und zwar insbesondere eine Kathodenschicht. Ferner weist das Funktionsschichtpaket 26 eine zweite Funktionsschicht 28 auf. Die zweite Funktionsschicht 28 ist eine Elektrolytschicht. Zudem weist das Funktionsschichtpaket 26 eine dritte Funktionsschicht 30 auf. Die dritte Funktionsschicht 30 ist eine weitere Elektrodenschicht, und zwar insbesondere eine Anodenschicht. Die zweite Funktionsschicht 28 ist zwischen der ersten Funktionsschicht 10 und der dritten Funktionsschicht 30 angeordnet. Die zweite Funktionsschicht 28 kontaktiert die erste Funktionsschicht 10 und ist insbesondere stoffschlüssig mit dieser verbunden. Die zweite Funktionsschicht 28 kontaktiert die dritte Funktionsschicht 30 und ist insbesondere stoffschlüssig mit dieser verbunden.
-
Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Diffusionsschicht 12 auf. Die Diffusionsschicht 12 ist an dem Funktionsschichtpaket 26, insbesondere des Funktionsschichtpakets 26, an einer Seite 32 angeordnet. Die Diffusionsschicht 12 ist an der ersten Funktionsschicht 10 angeordnet. Ferner kann die Diffusionsschicht 12 stoffschlüssig mit der ersten Funktionsschicht 10 verbunden sein. Die Diffusionsschicht 12 ist dazu vorgesehen, Luft durch Diffusion der Funktionsschicht 10, insbesondere dem Funktionsschichtpaket 26, zuzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine weitere Diffusionsschicht 12 aufweisen. Eine solche weitere Diffusionsschicht kann dann an der dritten Funktionsschicht 30 angeordnet sein und insbesondere mit dieser stoffschlüssig verbunden sein. Die weitere Diffusionsschicht kann dazu vorgesehen sein Prozessgase, wie beispielsweise Wasserstoff, durch Diffusion der Funktionsschicht 30, insbesondere dem Funktionsschichtpaket 26, zuzuführen.
-
Die Brennstoffzellenvorrichtung weist eine Dichtschicht 14 auf. Die Dichtschicht 14 ist dazu vorgesehen die Diffusionsschicht 12 fluiddicht abzudichten. Die Dichtschicht 14 ist an einer von der Funktionsschicht 10 abgewandten Seite 32 der Diffusionsschicht 12 angeordnet. Die Dichtschicht 14 füllt Poren der Diffusionsschicht 12 zumindest an einer der Funktionsschicht 10, insbesondere dem Funktionsschichtpaket 26, abgewandten Seite 32, insbesondere Oberfläche 34 auf und dichtet diese insbesondere fluiddicht ab. Die Dichtschicht 14 liegt in zumindest einem Herstellvorgang, in welchem die Dichtschicht 14 noch nicht vollständig ausgebildet ist, als eine Paste vor. Die Paste ist zur Auftragung auf die der Funktionsschicht 10 abgewandten Seite 32 der Diffusionsschicht 12 vorgesehen. Die Paste ist in zumindest einem Herstellvorgang, bevor die Dichtschicht 14 vollständig ausgebildet ist, verformbar. Ferner ist die Paste zu einer vollständigen Herstellung der Dichtschicht 14 aushärtbar, insbesondere durch einen thermischen Behandlungsvorgang und zwar vorzugsweise einen Sintervorgang. Die Dichtschicht 14 erstreckt sich vollständig über eine der Funktionsschicht 10 abgewandte Oberfläche 34 der Diffusionsschicht 12.
-
Die Dichtschicht 14 ist einstückig mit der Funktionsschicht 10 verbunden. Die Dichtschicht 14 ist durch einen thermischen Behandlungsvorgang, insbesondere durch einen Sintervorgang, mit der Diffusionsschicht 12 einstückig verbunden, insbesondere zumindest teilweise mit dieser verschmolzen. Die Dichtschicht 14 ist zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Die Dichtschicht 14 besteht zumindest teilweise aus einem Metall. Die zur Ausbildung der Dichtschicht 14 vorgesehene Paste ist eine metallische Paste. Alternativ könnte auch eine Kunststoffpaste Verwendung finden.
-
Die Dichtschicht 14 weist zumindest eine Strukturierung 16 auf. Die Dichtschicht 14 weist die Strukturierung 16 an einer der Diffusionsschicht 12 abgewandten Seite 32 auf. Die Strukturierung 16 ist durch einen Umformvorgang, insbesondere durch ein Rakeln der Paste, herstellbar. Die Strukturierung 16 weist eine periodische Formgebung auf. Die Formgebung der Strukturierung 16 ist von einer Porosität eines Materials der Dichtschicht 14 verschieden und insbesondere dieser, insbesondere in Bezug auf eine Größenordnung übergeordnet. Insbesondere senkrecht zur Oberfläche 34 der Diffusionsschicht 12 geschnitten weist die die Strukturierung 16 vorzugsweise einen gezahnten Querschnitt auf. Ferner weist die Strukturierung 16 entlang einer Oberfläche der Dichtschicht 14 eine Periodizität auf. Die Strukturierung 16 weist Unterstrukturen 36 auf. Die Strukturierung 16 setzt sich aus den Unterstrukturen 36 zusammen. Die Unterstrukturen 36 liegen in Form von Zähnen oder Stufen vor. Ferner sind im vorliegenden Fall Unterstrukturen 36 als Mikrostrukturen ausgebildet.
-
Die Brennstoffzellenvorrichtung weist zumindest einen Strömungskanal 18 auf. Im vorliegenden Fall weist die Brennstoffzellenvorrichtung mehrere Strömungskanäle 18 auf. In den Figuren ist zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Strömungskanal 18 mit Bezugszeichen versehen. Die folgende Beschreibung des Strömungskanals 18 kann auf weitere Strömungskanäle übertragen werden. Der Strömungskanal 18 ist zumindest teilweise von der Dichtschicht 14 ausgebildet. Ferner bilden die Strukturierung 16, insbesondere Unterstrukturen 36 der Strukturierung 16, Teilströmungskanäle 38 des Strömungskanals 18 aus.
-
Die Brennstoffzellenvorrichtung weist zumindest eine Strömungsplatte 40 auf. In der Figur ist zur besseren Übersichtlichkeit nur einer Strömungsplatte 40 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung kann insbesondere, wenn diese ein Brennstoffzellenstack ausbildet weitere Strömungsplatten 40 aufweisen. Die folgende Beschreibung kann unmittelbar auf weitere Strömungsplatten übertragbar.
-
Im vorliegenden Fall ist die Strömungsplatte 40 ist eine kathodenseitige Strömungsplatte. Die Strömungsplatte 40 und die Dichtschicht 14 bilden gemeinsam den Strömungskanal 18, insbesondere mehrere Strömungskanäle 18, aus. Die Strömungsplatte 40 ist an der Dichtschicht 14 angeordnet. Zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen den Strömungsplatten 40 und der Dichtschicht 14 ist die Strömungsplatte 40 mit der Dichtschicht 14 verbunden, insbesondere verpresst.
-
Die Strömungsplatte 40 weist zick-zack-förmig und/oder wellenförmig und insbesondere periodisch angeordnete Stege 42 auf. Eine Periodizität der Anordnung der Stege 42 ist verschieden von einer Periodizität der Strukturierung 16. Die Periodizität der Strukturierung 16 ist kleiner als die Periodizität der Anordnung der Stege 42. Zumindest ein Teil der Stege 42 ist in Kontakt mit der Strukturierung 16. Die Stege 42 weisen insbesondere entlang einer Oberfläche der Dichtschicht 14 eine größere Erstreckung aus, als die Unterstruktur 36 der Strukturierung 16. Die Stege 42 und die Unterstrukturen 36 bilden, insbesondere in einem Bereich in welchem sich die Strömungsplatte 40 und die Dichtschicht 14 kontaktieren, in einem Kontaktbereich einen gemeinsamen Teilströmungskanäle 38 aus.
-
In 3 ist schematisch ein beispielhafter Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung dargestellt. Das Verfahren kann insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyseurs übertragen werden.
-
Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt 44. In dem Verfahrensschritt 44 wird ein Aufbringungsvorgang durchgeführt. Auf die Diffusionsschicht 12 wird eine Paste aufgetragen. Die Paste ist zu einer Ausbildung der Dichtschicht 14 vorgesehen. Die Paste wird auf die Oberfläche 34 der Diffusionsschicht 12 aufgetragen welche der Funktionsschicht 10, insbesondere dem Funktionsschichtpaket 26, abgewandt ist. Die Paste ist formbar. Die Paste wird ferner in Poren an einer Oberfläche 34 der Dichtschicht 14eingebracht. Die Paste verschließt die Poren.
-
Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt 46. In dem weiteren Verfahrensschritt 46 wird ein Umformvorgang durchgeführt. Die Strukturierung 16 wird durch einen Umformvorgang, insbesondere aus der Paste, hergestellt. Die insbesondere zuvor aufgebrachte Paste wird mit einer Rakel umgeformt. Alternativ könnte die Strukturierung 16 auch durch einen anderen Umformprozess der Paste erfolgen, wie beispielsweise durch Prägen.
-
Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt 24. In dem weiteren Verfahrensschritt 24 wird ein thermischer Behandlungsvorgang durchgeführt. Der thermische Behandlungsvorgang ist ein Sintervorgang. Die insbesondere zuvor umgeformte Paste wird zusammen mit der Diffusionsschicht 12 gesintert. Die Paste wird durch den thermischen Behandlungsvorgang ausgehärtet und bildet die Dichtschicht 14 aus. Die Dichtschicht 14 und die Diffusionsschicht 12 werden teilweise miteinander versintert. Die Dichtschicht 14 und die Diffusionsschicht 12 werden durch den thermischen Behandlungsvorgang einstückig miteinander verbunden.
