DE102019207702A1

DE102019207702A1 - Bipolar plate

Info

Publication number: DE102019207702A1
Application number: DE102019207702.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Bauer; Silvan Hippchen; Peter Lindner; Armin Glock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239494A1

Abstract

Bipolarplatte (1) mit einer ersten Monopolarplatte (11) und einer zweiten Monopolarplatte (12). Zwischen der ersten Monopolarplatte (11) und der zweiten Monopolarplatte (12) ist eine Fluidbarriere (10) angeordnet ist.Bipolar plate (1) with a first monopolar plate (11) and a second monopolar plate (12). A fluid barrier (10) is arranged between the first monopolar plate (11) and the second monopolar plate (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, welche insbesondere für eine elektrochemische Zelle geeignet ist.The invention relates to a bipolar plate which is particularly suitable for an electrochemical cell.

Stand der TechnikState of the art

Eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle ist beispielsweise aus der DE 10 2006 000 112 A1 bekannt. Die bekannte Bipolarplatte umfasst eine erste Monopolarplatte und eine zweite Monopolarplatte, welche unter Ausbildung von dazwischenliegenden Fluidkanälen miteinander verbunden sind.A bipolar plate for a fuel cell is, for example, from DE 10 2006 000 112 A1 known. The known bipolar plate comprises a first monopolar plate and a second monopolar plate, which are connected to one another with the formation of fluid channels lying between them.

Weiterhin ist aus der DE10224185 B4 eine Bipolarplatte bekannt, welche Polymer und Graphit aufweist. Aus Polymer und Graphit gepresste Bipolarplatten sind bei hohem Graphitgehalt zwar gut elektrisch leitfähig und besitzen eine hohe Dauerhaltbarkeit im elektrochemischen Umfeld der Brennstoffzelle, haben jedoch in der Regel Poren und sind deswegen nicht gasdicht. Bei hohem Polymergehalt wiederum sind die Bipolarplatten zwar gasdicht, jedoch rücken die Graphitpartikel dadurch voneinander ab, und die elektrische Leitfähigkeit der Bipolarplatte ist dadurch vergleichsweise schlecht.Furthermore, from the DE10224185 B4 a bipolar plate is known which comprises polymer and graphite. Bipolar plates pressed from polymer and graphite are electrically conductive with a high graphite content and have a high durability in the electrochemical environment of the fuel cell, but usually have pores and are therefore not gas-tight. If the polymer content is high, the bipolar plates are gas-tight, but the graphite particles move away from one another and the electrical conductivity of the bipolar plate is therefore comparatively poor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zum einen mittels einer Fluidbarriere zu verhindern, dass statistisch vorhandene Restporen in einer Bipolarplatte zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite durchgängig vorhanden sind. Zum anderen muss gleichzeitig jedoch ein ausreichender elektrischer Pfad zwischen Anodenseite und Kathodenseite über die Fluidbarriere hinweg vorhanden sein.The object of the present invention is, on the one hand, to use a fluid barrier to prevent residual pores that are statistically present in a bipolar plate between the anode side and the cathode side. On the other hand, however, at the same time there must be a sufficient electrical path between the anode side and cathode side across the fluid barrier.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Dazu umfasst die Bipolarplatte eine erste Monopolarplatte und eine zweite Monopolarplatte. Zwischen der ersten Monopolarplatte und der zweiten Monopolarplatte ist eine Fluidbarriere angeordnet. Bevorzugt weist die Fluidbarriere eine Polymerlage auf, welche von einer Vielzahl von Kontaktelementen durchdrungen ist.For this purpose, the bipolar plate comprises a first monopolar plate and a second monopolar plate. A fluid barrier is arranged between the first monopolar plate and the second monopolar plate. The fluid barrier preferably has a polymer layer which is penetrated by a multiplicity of contact elements.

Die Kontaktelemente sind harte, elektrisch leitfähige Materialien, bevorzugt Glaskohlenstoffpartikel. Durch sie wird die Fluidbarriere elektrisch durchkontaktiert. Die Polymerlage wiederum umgibt die Kontaktelemente derart, dass der Verbund aus Kontaktelementen und Polymerlage, also die Fluidbarriere, gasdicht ist. Die elektrische Leitfähigkeit zwischen der ersten Monopolarplatte und der zweiten Monopolarplatte ist aufgrund der Kontaktelemente sehr gut. Durch diese Anordnung ist es möglich preiswerte und zugleich gasdichte Bipolarplatten herzustellen. Die Monopolarplatten können dabei beispielsweise aus tiefgezogener Graphit-Verbundfolie gefertigt sein.The contact elements are hard, electrically conductive materials, preferably glassy carbon particles. The fluid barrier is electrically contacted through them. The polymer layer in turn surrounds the contact elements in such a way that the composite of contact elements and polymer layer, that is to say the fluid barrier, is gas-tight. The electrical conductivity between the first monopolar plate and the second monopolar plate is very good due to the contact elements. This arrangement makes it possible to produce inexpensive and at the same time gas-tight bipolar plates. The monopolar plates can for example be made of deep-drawn graphite composite foil.

In bevorzugten Ausführungen weist die Fluidbarriere eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Kontaktelemente auf. Dadurch ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen den beiden Monopolarplatten über die gesamte Fläche sehr gut, die elektrische Leitfähigkeit ist quasi statistisch homogen.In preferred embodiments, the fluid barrier has a large number of electrically conductive contact elements. As a result, the electrical conductivity between the two monopolar plates is very good over the entire area, the electrical conductivity is virtually statistically homogeneous.

In vorteilhaften Ausführungen weist die Fluidbarriere eine Polymerlage aus PE, PP, PVDF, PTFE oder NBR (Nitrilkautschuk) auf. Die Abdichtung in den Trennflächen zu den Kontaktelementen ist dann besonders gut.In advantageous embodiments, the fluid barrier has a polymer layer made of PE, PP, PVDF, PTFE or NBR (nitrile rubber). The seal in the interfaces with the contact elements is then particularly good.

Vorzugsweise durchdringen die Kontaktelemente die Polymerlage. Dadurch kann die Polymerlage sehr einfach elektrisch durchkontaktiert werden.The contact elements preferably penetrate the polymer layer. As a result, the polymer layer can be electrically contacted through very easily.

In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Polymerlage eine Polymerfolie. Insbesondere hinsichtlich einer Serienproduktion kann die Bipolarplatte so kostengünstig hergestellt werden.In advantageous developments, the polymer layer is a polymer film. The bipolar plate can thus be manufactured inexpensively, particularly with regard to series production.

In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung weist die Fluidbarriere eine Metallfolie auf, welche wiederum auf einer Seite die als eine Polymerbeschichtung ausgebildete Polymerlage aufweist. Die Funktion der Gasdichtheit wird dabei von der Polymerbeschichtung übernommen. Durch die Metallfolie ist die Fluidbarriere vergleichsweise steif und fest.In an alternative advantageous further development, the fluid barrier has a metal foil, which in turn has the polymer layer formed as a polymer coating on one side. The function of gas tightness is taken over by the polymer coating. Due to the metal foil, the fluid barrier is comparatively stiff and strong.

In bevorzugten Ausführungen weist die Metallfolie auf einer weiteren Seite eine weitere Polymerbeschichtung auf. Somit ist die Metallfolie auf beiden Seiten mit Polymer beschichtet. Die Metallfolie ist dadurch besonders gut vor Oxidation und Wasserstoffversprödung geschützt, zusätzlich ist die Abdichtung weiter verbessert. Die Beschichtungen zu beiden Seiten sind dann jeweils von einer Vielzahl von Kontaktelementen durchdrungen.In preferred embodiments, the metal foil has a further polymer coating on a further side. Thus the metal foil is coated with polymer on both sides. The metal foil is thereby particularly well protected against oxidation and hydrogen embrittlement, and the seal is further improved. The coatings on both sides are then each penetrated by a large number of contact elements.

In besonders bevorzugten Ausführungen sind die Kontaktelemente Glaskohlenstoffpartikel. Überraschend hat sich gezeigt, dass Glaskohlenstoffpartikel, die als kugelförmiges Pulver in verschiedenen Durchmessern erhältlich sind, eine ausreichend große Härte für den Durchkontaktiervorgang der Polymerlage besitzen. Die elektrische Leitfähigkeit der Glaskohlenstoffpartikel ist gut und die elektrochemische Beständigkeit hervorragend. Die Kohlenstoffatome der Glaskohlenstoffpartikel haben eine sp2-Bindung und sind in Ebenen mit hexagonaler Symmetrie angeordnet. Die Glaskohlenstoffpartikel lassen sich gut mit dem Polymer verkleben, so dass es beim Eindrücken der Glaskohlenstoffpartikel keine Leckage zwischen den Glaskohlenstoffpartikeln und dem Polymer gibt. Die Körner der Glaskohlenstoffpartikel liegen somit ideal eingebettet im Polymer.In particularly preferred embodiments, the contact elements are glass carbon particles. Surprisingly, it has been shown that vitreous carbon particles, which are available as spherical powder in various diameters, have a sufficiently high hardness for the through-plating process of the polymer layer. The electrical conductivity of the glassy carbon particles is good and the electrochemical stability is excellent. The carbon atoms of the glassy carbon particles have an sp2 bond and are arranged in planes with hexagonal symmetry. The glassy carbon particles can be easily glued to the polymer, so that when the glassy carbon particles are pressed in there is no leakage between the glassy carbon particles and the polymer. The grains of the glassy carbon particles are therefore ideally embedded in the polymer.

In vorteilhaften Weiterbildungen besteht die erste Monopolarplatte und/oder die zweite Monopolarplatte aus einem metallischen Schaum. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, dass in den Monopolarplatten makroskopische Kanäle für Wasserstoff bzw. Oxidationsmittel ausgeprägt sind.In advantageous developments, the first monopolar plate and / or the second monopolar plate consists of a metallic foam. As a result, it is no longer necessary for macroscopic channels for hydrogen or oxidizing agent to be formed in the monopolar plates.

In vorteilhaften alternativen Ausführungen besteht die erste Monopolarplatte und/oder die zweite Monopolarplatte aus einem Polymer-Graphit-Composite. Dieser kann kostengünstig hergestellt werden und erfüllt hinreichende Anforderungen an Strömungsführung und elektrische Leitfähigkeit.In advantageous alternative embodiments, the first monopolar plate and / or the second monopolar plate consists of a polymer-graphite composite. This can be produced inexpensively and meets sufficient requirements for flow guidance and electrical conductivity.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte nach einer der obigen Ausführungen, wobei die Fluidbarriere eine Polymerlage und eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Kontaktelemente aufweist, wobei die Kontaktelemente Glaskohlenstoffpartikel sind. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Erwärmen der Polymerlage.
- Bestäuben der Polymerlage mit der Vielzahl von Kontaktelementen.
- Verpressen der Fluidbarriere mit zumindest einer der Monopolarplatten.

The invention further comprises a method for producing a bipolar plate according to one of the above embodiments, wherein the fluid barrier has a polymer layer and a multiplicity of electrically conductive contact elements, the contact elements being glass carbon particles. The procedure comprises the following procedural steps:

- heating the polymer layer.
- Dusting the polymer layer with the large number of contact elements.
- Pressing the fluid barrier with at least one of the monopolar plates.

Alternativ zu dem Bestäuben der Polymerlage mit den Kontaktelementen ist auch eine elektrostatische Aufladung der Polymerlage möglich. Dabei würden die Kontaktelemente dann bevorzugt gleichmäßig oder sogar als Muster aufgetragen bzw. aufgedruckt.
Vorteilhafterweise erfolgt damit mittels elektrostatischer Aufladung der Polymerlage - und optional auch der Kontaktelemente - ein Bedrucken der Polymerlage mit den Kontaktelementen.As an alternative to dusting the polymer layer with the contact elements, electrostatic charging of the polymer layer is also possible. The contact elements would then preferably be applied or printed on evenly or even as a pattern.
Advantageously, the polymer layer - and optionally also the contact elements - are thus printed on the polymer layer with the contact elements by means of electrostatic charging.

Das Verpressen der Fluidbarriere mit der Monopolarplatte führt dazu, dass die Polymerlage von den Glaskohlenstoffpartikeln durchdrungen wird. Das Erwärmen der Polymerlage kann direkt erfolgen oder aber auch indirekt, indem beispielsweise die Metallfolie induktiv erwärmt wird und sich somit die darauf angeordneten Polymerbeschichtungen ebenfalls erwärmen.The pressing of the fluid barrier with the monopolar plate leads to the fact that the polymer layer is penetrated by the glassy carbon particles. The heating of the polymer layer can take place directly or also indirectly, for example by inductively heating the metal foil and thus the polymer coatings arranged thereon likewise heating.

Die Erfindung schließt weiterhin auch eine Brennstoffzelle mit einer Bipolarplatte nach einer der oben beschriebenen Ausführungen ein. Dabei sind Fluidkanäle zwischen der ersten Monopolarplatte und der zweiten Monopolarplatte ausgebildet. Die Brennstoffzelle weist, wie üblich, eine Kathodenseite und eine Anodenseite auf. Die erste Monopolarplatte begrenzt die Anodenseite der Brennstoffzelle bzw. ist auf dieser angeordnet. Die Fluidbarriere ist an die erste Monopolarplatte angeschmiegt.The invention also includes a fuel cell with a bipolar plate according to one of the embodiments described above. Fluid channels are formed between the first monopolar plate and the second monopolar plate. As usual, the fuel cell has a cathode side and an anode side. The first monopolar plate delimits the anode side of the fuel cell or is arranged on it. The fluid barrier is nestled against the first monopolar plate.

Dadurch ist die Fluidbarriere zur Wasserstoffseite der Brennstoffzelle angeordnet, so dass ein Eindiffundieren des Wasserstoffs in die Fluidkanäle verhindert wird. Dies ist also insbesondere für PEM-Brennstoffzellen sehr vorteilhaft. Durch die Fluidkanäle fließt üblicherweise Kühlmittel; auf einen Wasserstoffabscheider innerhalb des Kühlkreises kann demzufolge in dieser Ausführung verzichtet werden.As a result, the fluid barrier is arranged on the hydrogen side of the fuel cell, so that diffusion of the hydrogen into the fluid channels is prevented. So this is very advantageous especially for PEM fuel cells. Coolant usually flows through the fluid channels; a hydrogen separator within the cooling circuit can therefore be dispensed with in this embodiment.

FigurenlisteFigure list

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen:

1 schematisch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
2 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Bipolarplatte im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
3 schematisch noch eine weitere erfindungsgemäße Bipolarplatte im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
4 schematisch noch eine weitere erfindungsgemäße Bipolarplatte im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Show it:

1 schematically a bipolar plate according to the invention in cross section, only the essential areas being shown.
2 schematically a further bipolar plate according to the invention in cross section, only the essential areas being shown.
3 schematically yet another bipolar plate according to the invention in cross section, only the essential areas being shown.
4th schematically yet another bipolar plate according to the invention in cross section, only the essential areas being shown.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt schematisch eine Bipolarplatte 1 im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Bipolarplatte 1 trennt bevorzugt eine Anodenseite 14a einer Brennstoffzelle bzw. elektrochemischen Zelle von einer Kathodenseite 15a einer benachbarten Brennstoffzelle bzw. elektrochemischen Zelle. 1 shows schematically a bipolar plate 1 in cross section, only the essential areas being shown. The bipolar plate 1 preferably separates one anode side 14a a fuel cell or electrochemical cell from a cathode side 15a an adjacent fuel cell or electrochemical cell.

Die Bipolarplatte 1 weist eine erste Monopolarplatte 11 und eine zweite Monopolarplatte 12 auf. In der Ausführung der 1 sind die beiden Monopolarplatten 11, 12 so ausgeführt und zueinander angeordnet, dass sie zwischen den beiden Monopolarplatten 11, 12 Fluidkanäle 13 ausbilden, bevorzugt um ein Kühlmittel für eine nicht dargestellte Brennstoffzelle zu führen.The bipolar plate 1 has a first monopolar plate 11 and a second monopolar plate 12th on. In the execution of the 1 are the two monopolar plates 11 , 12th designed and arranged to each other that they are between the two monopolar plates 11 , 12th Fluid channels 13 form, preferably to lead a coolant for a fuel cell, not shown.

Die Bipolarplatte 1 weist erfindungsgemäß eine Fluidbarriere 10, welche zwischen den beiden Monopolarplatten 11, 12 angeordnet ist, auf. Die Fluidbarriere 10 ist insbesondere dazu geeignet eine Wasserstoffdiffusion durch die Bipolarplatte 1 zu verhindern. Bevorzugt ist die Fluidbarriere 10 eine Polymerlage 2 aus PE, PP, PVDF, PTFE oder NBR und damit elektrisch isolierend ausgeführt. In der Ausführung der 1 ist die Polymerlage als Polymerfolie 2 ausgeführt. Zur elektrischen Verbindung der ersten Monopolarplatte 11 mit der zweiten Monopolarplatte 12 weist die Bipolarplatte 1 eine Vielzahl von Kontaktelementen 5 auf, welche elektrisch leitfähig sind und die Polymerfolie 2 durchdringen. Bevorzugt werden harte Kontaktelemente 5 verwendet, die bei der Herstellung der Bipolarplatte 1 die Polymerfolie 2 komplett durchdringen können.The bipolar plate 1 according to the invention has a fluid barrier 10 , which between the two monopolar plates 11 , 12th is arranged on. The fluid barrier 10 a hydrogen diffusion through the bipolar plate is particularly suitable for this 1 to prevent. The fluid barrier is preferred 10 a Polymer layer 2 made of PE, PP, PVDF, PTFE or NBR and therefore electrically insulating. In the execution of the 1 is the polymer layer as a polymer film 2 executed. For electrical connection of the first monopolar plate 11 with the second monopolar plate 12th has the bipolar plate 1 a variety of contact elements 5 which are electrically conductive and the polymer film 2 penetrate. Hard contact elements are preferred 5 used in the manufacture of the bipolar plate 1 the polymer film 2 can penetrate completely.

Überraschend hat sich gezeigt, dass Glaskohlenstoffpartikel (SP2-Graphit, ungeordnet), die als kugelförmiges Pulver in verschiedenen Durchmessern erhältlich sind, eine ausreichend große Härte für die Durchdringung der Polymerfolie 2 besitzen. Die elektrische Leitfähigkeit der Glaskohlenstoffpartikel ist gut und die elektrochemische Beständigkeit hervorragend. Die Kontaktelemente 5 sind somit vorzugsweise als Glaskohlenstoffpartikel ausgeführt.Surprisingly, it has been shown that glassy carbon particles (SP2 graphite, disordered), which are available as spherical powder in various diameters, have a sufficiently high hardness for penetration of the polymer film 2 have. The electrical conductivity of the glassy carbon particles is good and the electrochemical stability is excellent. The contact elements 5 are thus preferably designed as glassy carbon particles.

Vorteilhafterweise ist die Fluidbarriere 10 auf der Monopolarplatte aufgebracht, welche auf der der Fluidbarriere 10 entgegengesetzten Seite Wasserstoffkanäle 14 ausbildet bzw. mit Wasserstoff in Berührung kommt, also auf der Anodenseite 14a; in der Darstellung der 1 ist die Fluidbarriere 10 somit auf der ersten Monopolarplatte 11 aufgebracht bzw. an diese angeschmiegt. Die zweite Monopolarplatte 12, welche Luftkanäle 15 ausbilden bzw. begrenzen kann und auf der Kathodenseite 15a angeordnet ist, ist dann im Bereich der Fluidkanäle 13 nicht mit der Fluidbarriere 10 in direktem Kontakt. In einer alternativen Ausführung kann die Fluidbarriere 10 auch auf die Kontaktstellen von der ersten Monopolarplatte 11 zur zweiten Monopolarplatte 12 begrenzt sein, also lediglich zwischen den Fluidkanälen 13 aufgetragen sein; siehe dazu auch das Ausführungsbeispiel der 4.The fluid barrier is advantageous 10 applied to the monopolar plate, which is on the fluid barrier 10 opposite side hydrogen channels 14th forms or comes into contact with hydrogen, i.e. on the anode side 14a ; in the representation of the 1 is the fluid barrier 10 thus on the first monopolar plate 11 applied or nestled against them. The second monopolar plate 12th which air ducts 15th can train or limit and on the cathode side 15a is arranged, is then in the area of the fluid channels 13 not with the fluid barrier 10 in direct contact. In an alternative embodiment, the fluid barrier 10 also on the contact points of the first monopolar plate 11 to the second monopolar plate 12th be limited, so only between the fluid channels 13 be applied; see also the embodiment of FIG 4th .

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Fluidbarriere 10 umfasst in dieser Ausführung eine Metallfolie 20, wie beispielsweise eine Aluminium Doppelnullfolie, sowie vorzugsweise auf beiden Seiten eine Polymerlage, welche in der Ausführung der 2 als Polymerbeschichtungen ausgeführt sind, bevorzugt aus PE, PP, PVDF, PTFE oder NBR; in der Ausführung der 2 weist die Metallfolie 20 somit auf der einen Seite eine Polymerbeschichtung 21 und auf der anderen Seite eine weitere Polymerbeschichtung 22 auf. Die Metallfolie 20 kann im Herstellprozess dabei von elektrisch isolierenden Oxidschichten befreit werden und wird durch die beiden Polymerbeschichtungen 21, 22 zuverlässig vor Oxidation geschützt. 2 shows a further embodiment of the bipolar plate according to the invention 1 in cross section, only the essential areas being shown. The fluid barrier 10 comprises in this embodiment a metal foil 20th , such as an aluminum double zero foil, and preferably a polymer layer on both sides, which in the execution of the 2 are designed as polymer coatings, preferably made of PE, PP, PVDF, PTFE or NBR; in the execution of the 2 exhibits the metal foil 20th thus a polymer coating on one side 21st and another polymer coating on the other side 22nd on. The metal foil 20th can be freed of electrically insulating oxide layers in the manufacturing process and is made by the two polymer coatings 21st , 22nd reliably protected against oxidation.

In einer günstigeren Alternative ist die Metallfolie 20 nur einseitig mit einer Polymerbeschichtung 21 versehen. Vorzugsweise ist die Polymerbeschichtung 21 dann zur Kathodenseite 15a, also zur Seite mit den Luftkanälen 15 angeordnet, um eine Oxidation der Metallfolie 20 zu verhindern. Weiter bevorzugt ist die Fluidbarriere 10, also die Metallfolie 20 mit der Polymerbeschichtung 21, dabei an die Monopolarplatte 11 zu den Wasserstoffkanälen 14 angeschmiegt, um eine Diffusion von Wasserstoff in das durch die Fluidkanäle 13 strömende Kühlmittel zu verhindern; siehe dazu die Ausführung der 3.The metal foil is a cheaper alternative 20th only one side with a polymer coating 21st Mistake. Preferably the polymer coating is 21st then to the cathode side 15a , so to the side with the air ducts 15th arranged to oxidize the metal foil 20th to prevent. The fluid barrier is also preferred 10 , so the metal foil 20th with the polymer coating 21st , at the same time to the monopolar plate 11 to the hydrogen channels 14th snuggled to a diffusion of hydrogen into it through the fluid channels 13 prevent coolant flowing; see the execution of the 3 .

In der Ausführung der 3 ist die Metallfolie 20 nur zur Sauerstoff- bzw. Luftseite, also zur zweiten Monopolarplatte 12, welche die Luftkanäle 15 begrenzt, mit einer Polymerbeschichtung 21 versehen, um die Metallfolie 20 vor durch etwaige Poren der zweiten Monopolarplatte 12 diffundierten Sauerstoff zu schützen. Das Eindiffundieren von Wasserstoff in die Fluidkanäle 13 durch etwaige Poren in der ersten Monopolarplatte 11 wird dadurch verhindert, dass die Fluidbarriere an die erste Monopolarplatte 11 angeschmiegt ist.In the execution of the 3 is the metal foil 20th only to the oxygen or air side, i.e. to the second monopolar plate 12th showing the air ducts 15th limited, with a polymer coating 21st provided to the metal foil 20th before through any pores of the second monopolar plate 12th to protect diffused oxygen. The diffusion of hydrogen into the fluid channels 13 through any pores in the first monopolar plate 11 this prevents the fluid barrier from reaching the first monopolar plate 11 is snugly.

In den Ausführungen der 1 bis 3 sind die Kontaktelemente 5 auf die Bereiche zwischen den Fluidkanälen 13 begrenzt, also auf die Bereiche in denen die Fluidbarriere 10 sowohl mit der ersten Monopolarplatte 11 als auch mit der zweiten Monopolarplatte 12 in direktem Kontakt steht. Dies ist vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich und ist maßgeblich durch den Herstellprozess bestimmt.In the statements of the 1 to 3 are the contact elements 5 on the areas between the fluid channels 13 limited, i.e. to the areas in which the fluid barrier 10 both with the first monopolar plate 11 as well as with the second monopolar plate 12th is in direct contact. This is advantageous, but not absolutely necessary, and is largely determined by the manufacturing process.

In den Ausführungen, in welchen die Fluidbarriere 10 eine Metallfolie 20 mit einer beidseitigen Polymerbeschichtung 21, 22 aufweist, wie beispielsweise in 2 gezeigt, sind eine Anzahl der Kontaktelemente 5 die Polymerbeschichtung 21 durchdringend und eine weitere Anzahl der Kontaktelemente 5 die weitere Polymerbeschichtung 22 durchdringend angeordnet, so dass einerseits der elektrische Kontakt zwischen der ersten Monopolarplatte 11 und der Metallfolie 20 und andererseits der elektrische Kontakt zwischen der zweiten Monopolarplatte 12 und der Metallfolie 20 hergestellt ist.In the versions in which the fluid barrier 10 a metal foil 20th with a polymer coating on both sides 21st , 22nd has, for example in 2 shown are a number of the contact elements 5 the polymer coating 21st penetrating and a further number of contact elements 5 the further polymer coating 22nd arranged penetrating, so that on the one hand the electrical contact between the first monopolar plate 11 and the metal foil 20th and on the other hand the electrical contact between the second monopolar plate 12th and the metal foil 20th is made.

In der Ausführung der 4 ist die Fluidbarriere 10 lediglich zwischen den Fluidkanälen 13 angeordnet, das heißt die erste Monopolarplatte 11 ist von der zweiten Monopolarplatte 12 entweder durch die Fluidbarriere 10 oder durch das die Fluidkanäle 13 durchströmende Kühlmittel getrennt; in diesem Fall übernimmt das Kühlmittel die Funktion einer Fluidsperre zwischen den beiden Monopolarplatten 11, 12 im Bereich der Fluidkanäle 13.In the execution of the 4th is the fluid barrier 10 only between the fluid channels 13 arranged, that is, the first monopolar plate 11 is from the second monopolar plate 12th either through the fluid barrier 10 or through the fluid channels 13 coolant flowing through separately; in this case the coolant takes on the function of a fluid barrier between the two monopolar plates 11 , 12th in the area of the fluid channels 13 .

5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 im Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. In der Ausführung der 5 sind keine Kanäle 13, 14, 15 in den Monopolarplatten 11, 12 ausgebildet. Derartige Ausführungen können am Rand der Bipolarplatte 1 sinnvoll sein, oder aber falls die Monopolarplatten 11, 12 anderweitige Strömungsführungen, beispielsweise in Form von Porositäten aufweisen. Vorzugsweise sind dabei die beiden Monopolarplatten 11, 12 als metallische Schäume ausgeführt. Bevorzugt ist die Polymerlage dabei als Polymerfolie 2 ausgeführt. 5 shows yet another embodiment of the bipolar plate according to the invention 1 in cross section, with only the essential areas are shown. In the execution of the 5 are not channels 13 , 14th , 15th in the monopolar plates 11 , 12th educated. Such designs can be at the edge of the bipolar plate 1 be useful, or if the monopolar plates 11 , 12th have other flow guides, for example in the form of porosities. The two monopolar plates are preferred 11 , 12th executed as metallic foams. The polymer layer is preferred as a polymer film 2 executed.

In einem erfindungsgemäßen Herstellverfahren einer Bipolarplatte 1 werden die Kontaktelemente 5, vorzugsweise Glaskohlenstoffpartikel auf die Oberfläche der Fluidbarriere 10 oder der Monopolarplatte 11, 12 aufgebracht. Vorzugsweise wird dabei eine Metallfolie 20, welche eine Polymerbeschichtung 21, 22 von beispielsweise 5µm bis 10µm aufweist, erwärmt und mit 10µm bis 15µm Glaskohlenstoffpartikel bestäubt. Anschließend wird die Metallfolie 20 wieder abgekühlt. So kleben die Glaskohlenstoffpartikel nur oberflächlich an und können beim Verpressen der Fluidbarriere 10 mit der Monopolarplatte 11, 12 tief in die Polymerlage 2 eindringen. Das Verpressen selbst erfolgt bei einer Temperatur, bei der das Polymer der Fluidbarriere 10 zumindest erweicht wurde, so dass das Polymer plastifizieren und sich um die Kontaktelemente 5 schmiegen kann. Beim Verpressen durchstoßen die Glaskohlenstoffpartikel das Polymer sehr leicht und stellen den elektrischen Kontakt zur gegenüberliegenden Monopolarplatte 11, 12 oder zur eingelegten Metallfolie 20 her. Die Oberflächen der Glaskohlenstoffpartikel verbinden sich dabei gleichzeitig mit dem Polymer, so dass Spalte vermieden werden. Der Herstellprozess kann analog auch für Ausführungen mit einer Polymerfolie 2 durchgeführt werden, indem die Polymerfolie 2 erwärmt wird.In a manufacturing method according to the invention of a bipolar plate 1 become the contact elements 5 , preferably glassy carbon particles on the surface of the fluid barrier 10 or the monopolar plate 11 , 12th upset. A metal foil is preferably used 20th , which is a polymer coating 21st , 22nd of, for example, 5 µm to 10 µm, heated and dusted with 10 µm to 15 µm glassy carbon particles. Then the metal foil 20th cooled down again. The glassy carbon particles only stick to the surface and can when the fluid barrier is pressed 10 with the monopolar plate 11 , 12th deep into the polymer layer 2 penetration. The compression itself takes place at a temperature at which the polymer of the fluid barrier 10 has at least been softened so that the polymer plasticize and become around the contact elements 5 can nestle. During pressing, the glassy carbon particles pierce the polymer very easily and make electrical contact with the opposite monopolar plate 11 , 12th or to the inserted metal foil 20th here. The surfaces of the glassy carbon particles bond with the polymer at the same time, so that gaps are avoided. The manufacturing process can also be used for designs with a polymer film 2 be carried out by the polymer film 2 is heated.

Die Fluidbarriere 10 ist bei der Herstellung gasdicht und porenfrei. Beim Verpressen mit den Glaskohlenstoffpartikeln schmiegt sich das Polymer aus der Fluidbarriere 10 (also entweder die Polymerfolie 2 oder die Polymerbeschichtung 21, 22) um die Glaskohlenstoffpartikel und sorgt somit für eine sehr gute Abdichtung; die Glaskohlenstoffpartikel stellen den elektrischen Kontakt zwischen den beiden Monopolarplatten 11, 12 her.The fluid barrier 10 is gas-tight and pore-free during manufacture. When pressed with the glassy carbon particles, the polymer hugs the fluid barrier 10 (So either the polymer film 2 or the polymer coating 21st , 22nd ) around the glassy carbon particles and thus ensures a very good seal; the glassy carbon particles make the electrical contact between the two monopolar plates 11 , 12th here.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102006000112 A1 [0002]
DE 10224185 B4 [0003]

Claims

Bipolar plate (1) with a first monopolar plate (11) and a second monopolar plate (12), characterized in that a fluid barrier (10) is arranged between the first monopolar plate (11) and the second monopolar plate (12).

Bipolar plate (1) Claim 1 characterized in that the fluid barrier (10) has a plurality of electrically conductive contact elements (5).

Bipolar plate (1) Claim 2 characterized in that the fluid barrier (10) has a polymer layer (2, 21, 22) which preferably consists of PE, PP, PVDF, PTFE or NBR.

Bipolar plate (1) Claim 3 , characterized in that the contact elements (5) penetrate the polymer layer (2, 21, 22).

Bipolar plate (1) Claim 3 or 4th characterized in that the polymer layer is a polymer film (2).

Bipolar plate (1) Claim 3 or 4th characterized in that the fluid barrier (10) has a metal foil (20) which has the polymer layer formed as a polymer coating (21) on one side.

Bipolar plate (1) Claim 6 characterized in that the metal foil (20) has a further polymer coating (22) on a further side.

Bipolar plate (1) according to one of the Claims 2 to 7th characterized in that the contact elements (5) are glass carbon particles.

Bipolar plate (1) according to one of the Claims 1 to 8th characterized in that the first monopolar plate (11) and / or the second monopolar plate (12) consists of a metallic foam.

Bipolar plate (1) according to one of the Claims 1 to 8th characterized in that the first monopolar plate (11) and / or the second monopolar plate (12) consists of a polymer-graphite composite.

Method for producing a bipolar plate (1) according to Claim 8 , the fluid barrier (10) having a polymer layer (2, 21, 22), comprising the following process steps: - heating the polymer layer (2, 21, 22) - dusting the polymer layer (2, 21, 22) with the plurality of contact elements (5) - pressing the fluid barrier (10) with at least one of the monopolar plates (11, 12)

Method for producing a bipolar plate (1) according to Claim 8 wherein the fluid barrier (10) has a polymer layer (2, 21, 22), comprising the following method steps: - heating the polymer layer (2, 21, 22) - electrostatic charging of the polymer layer (2, 21, 22) - application of the plurality of contact elements (5) on the polymer layer (2, 21, 22) - pressing the fluid barrier (10) with at least one of the monopolar plates (11, 12)

Fuel cell with a bipolar plate (1) according to one of the Claims 1 to 10 , wherein fluid channels (13) are formed between the first monopolar plate (11) and the second monopolar plate (12), the first monopolar plate (11) delimiting an anode side (14a) of the fuel cell, characterized in that the fluid barrier (10) to the first monopolar plate (11) is nestled.