DE102019216867A1

DE102019216867A1 - Verfahren zur Vorbehandlung von Oberseiten oder Oberflächen von Einzelelementen einer Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102019216867A1
Application number: DE102019216867.1A
Authority: DE
Inventors: Anton Ringel; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-05-06
Also published as: WO2021083602A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbehandlung von Oberflächen (24) von Einzelelementen (22) einer Brennstoffzelle, wobei die Oberflächen (24) mit einem Kleb- oder Dichtstoff (10) benetzt werden. Es werden nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen:
Laserstrukturierung (98) der Oberflächen (24) der Einzelelemente (22) mit dem Erzeugen einer Aufrauhung (40) von Oberseiten (12) oder Oberflächen (24) der Einzelelemente (22) zur Darstellung einer Wegverlängerung (44), insbesondere einer Verlängerung des Diffusionsweges. Gleichzeitig erfolgt ein Aufbringen von Wechselwirkungsgruppen (16) oder von Oxidgruppen (18, 20) für den Kleb- oder Dichtstoff (10) auf die Oberseite (12) oder Oberflächen (24).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbehandlung von Oberseiten oder Oberflächen von Einzelelementen einer Brennstoffzelle, wobei die Oberseiten oder Oberflächen mit einem Kleb- oder Dichtstoff benetzt werden. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Vorbehandlung von Oberseiten oder Oberflächen von Einzelelementen eines Stapelaufbaus einer Brennstoffzelle.
Stand der Technik
DE 10 2015 115897 A1 bezieht sich auf eine Brennstoffzelle und ein Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodenanordnung, ferner ein poröses Element, welches auf einer Kathodenseite der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist und eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche und einen Endoberflächenabschnitt besitzt. Der Endoberflächenabschnitt befindet sich zwischen einem Endseitenabschnitt der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche. Eine Dichtplatte ist entlang des Endseitenabschnitts der ersten Oberfläche angeordnet, eine Separatorplatte ist auf der zweiten Oberfläche angeordnet. Das poröse Element führt Oxidationsgas über die erste Oberfläche hin zu der Membranelektrodenanordnung und führt Oxidations-Abgas über den Endoberflächenabschnitt zu einem Abführabschnitt der Brennstoffzelle. Die erste Oberfläche besitzt einen ersten Bereich, welcher der Dichtplatte zugewandt ist und sich zwischen der Dichtplatte und einem zweiten Bereich der zweiten Oberfläche befindet. Eine Hydrophilie des ersten Bereichs unterscheidet sich von der Hydrophilie des zweiten Bereiches.
DE 10 2006 053569 A1 bezieht sich auf eine Dichtungsstruktur an einem Trennstück einer Brennstoffzelle. Die Dichtungsstruktur ist an einem Trennstück einer Brennstoffzelle für Fahrzeuge angebracht. Ein erstes Dichtungsstück und ein zweites Dichtungsstück sind dicht an einer Frontfläche und einer Rückfläche eines Trennstücks einer Brennstoffzelle angeklebt, so dass herausleckendes Kühlmittel zur Außenseite des Trennstücks geführt wird, wodurch eine Membran-Elektroden-Anordnung vor einer Kontamination durch das ausgetretene Kühlmittel geschützt wird und die Wirksamkeit der Baugruppe verbessert und sichergestellt ist.
Es hat sich herausgestellt, dass die Oberflächen, auf welche ein Kleb- oder Dichtstoff innerhalb einer Brennstoffzelle aufgebracht wird, nicht die optimalen Bedingungen für eine dauerhafte Abdichtung bzw. Haftung des Kleb- oder Dichtstoffes über Lebensdauer aufweisen. Werden als Dichtmaterial flüssige bzw. niederviskose Materialien eingesetzt, die nach dem Applizieren aushärten, beispielsweise auf thermischem oder photochemischem Wege, sind besondere Vorkehrungen zu treffen.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Vorbehandlung von Oberseiten oder Oberflächen von Einzelelementen einer Brennstoffzelle vorgeschlagen, wobei die Oberseiten oder Oberflächen mit einem Kleb- oder Dichtstoff benetzt werden, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

a) Laserstrukturierung der Oberseiten oder Oberflächen der Einzelelemente,
b) Erzeugung einer Aufrauhung an den Oberseiten oder Oberflächen der Einzelelemente zur Darstellung einer Wegverlängerung, insbesondere einer Verlängerung des Diffusionswegs, und
c) Aufbringen von Wechselwirkungsgruppen oder Oxidgruppen für den Kleb- oder Dichtstoff auf die Oberseiten oder die Oberflächen gleichzeitig mit Verfahrensschritt b).

In Weiterverfolgung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden als Kleb- oder Dichtstoff flüssige- oder niederviskose Materialien eingesetzt, welche nach dem Applizieren thermisch oder photochemisch ausgehärtet werden können. Als Materialien können beispielsweise Duromere, Thermoplasten, Elastomere und thermoplastische Elastomere eingesetzt werden. Beispiele für Polymere sind Duromere (wie Epoxide, Urethane, Harze, so zum beispielsweise Melaminharz und Phenolharz), als Thermoplasten lassen sich anführen: Fluorierte Polymere (PFDF, PTFE, Viton), Polyamide, PE, PP, ABS, PET, PEN. Als Elastomermaterialien kommen Kautschuk, so zum Beispiel EPDM, Silikone und PU in Frage. Als thermoplastische Elastomere können Materialien wie beispielsweise TPA, TPS, TPC und TPV eingesetzt werden.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird an den Grenzflächen zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff und den Einzelelementen, d.h. an den Fügepartnern, eine Grenzflächendiffusion durch Verlängerung eines Diffusionsweges minimiert.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann gemäß Verfahrensschritt c) eine Wechselwirkung zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff einerseits und dem Einzelelement, insbesondere einer metallischen Oberseite oder einer metallischen Oberfläche andererseits maximiert werden. Je größer die Wechselwirkungen ausfallen, eine desto innigere Verbindung ergibt sich zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff einerseits und der metallischen Oberseite bzw. Oberfläche des Einzelelementes andererseits. Dadurch wird insgesamt gesehen die Adhäsion bzw. die Gasdichtheit innerhalb eines Stapelaufbaus einer Brennstoffzelle signifikant verbessert.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird gemäß Verfahrensschritt c) ein kompakteres/dichteres Polymernetzwerk, organische Gruppen enthaltend, an der Grenzfläche ausgebildet. Dadurch wird die Dichtung des Kleb- oder Dichtstoffes bzw. einer Klebstoffmatrix am Fügepartner stimuliert und erheblich verbessert.
In vorteilhafter Weise kann beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) anstelle einer Laserstrukturierung eine Sandstrahlbehandlung vorgenommen werden und gleichzeitig mit dieser einerseits eine Aufrauhung insbesondere metallischer Oberflächen und andererseits in diesem Falle eine Silikatisierung der Grenzflächen erreicht werden. Anstelle der Laserstrukturierung kann durch die Sandstrahlbehandlung ein alternatives Behandlungsverfahren für die Aufrauhung, d.h. die Wegverlängerung an metallischen Fügepartnern bzw. metallischen Einzelelementen eingesetzt werden; gleichzeitig lässt sich eine Silikatisierung erreichen, welche die Haftung eines Kleb- oder Dichtstoffes signifikant verbessert.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann als Kleb- oder Dichtstoff, insbesondere ein fluoriertes Polymer eingesetzt werden Innerhalb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die Verfahrensschritte a) bis c) an Dichtungsstücken vorgenommen werden, die insbesondere Ränder von H₂- Ventilöffnungen, oder Kühlmittelöffnungen oder auch Luftöffnungen begrenzen. Werden die genannten Öffnungen im Stapelaufbau einer Brennstoffzelle an jeweilig ausgebildeten Einzelelementen übereinanderliegend aufeinandergeschichtet, ergeben sich Gaskanäle. Bei diesen Gaskanälen, die den Stapelaufbau einer Brennstoffzelle von einer Endplatte zur gegenüberliegenden Endplatte durchziehen, ist das Kriterium mit der höchsten Bedeutung die Gasdichtheit. Durch eine entsprechende Behandlung der Ränder dieser Kanäle, kann diese durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren signifikant verbessert werden.
Die im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzten Kleb- und Dichtstoffe weisen vorzugsweise eine Shore-Härte D ≤ 85 auf. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Vorbehandlung von Oberseiten oder Oberflächen von Einzelelementen wie Trennstücken oder Bipolarplatten, die innerhalb eines Stapelaufbaus einer Brennstoffzelle übereinanderliegend angeordnet werden.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass diejenigen Oberflächen, auf welche ein Kleb- oder Dichtstoff innerhalb einer Brennstoffzelle insbesondere eines Stapelaufbaus aufgebracht werden, derart vorbehandelt sind, dass sich eine optimale Haftung des Kleb-/ Dichtstoffes und damit eine optimale Abdichtung und somit eine Gasdichtheit des Stapelaufbaus der Brennstoffzelle einstellt. Bei den Oberflächen, die mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren vorbehandelt werden, handelt es sich insbesondere um Randbereiche von Kanälen, beispielsweise Luftkanäle oder Brennstoffkanäle oder dergleichen mehr, deren Gasdichtheit innerhalb des Stapelaufbaus unbedingt aufrecht zu erhalten ist, um einen zuverlässigen, insbesondere gasdichten Betrieb einer Brennstoffzelle über Lebenszeit zu erreichen. Als eingesetzte Kleb-/ Dichtmaterialien eignen sich insbesondere flüssige oder niederviskose Materialien, welche nach dem Applizieren, insbesondere in den Randbereichen, die die Gaskanäle innerhalb des Stapelaufbaus begrenzen, thermisch oder photochemisch beispielsweise ausgehärtet werden können.
Insgesamt gesehen ermöglicht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren einer zweistufigen Vorbehandlung eine bessere Haftung bzw. Abdichtung von Dichtungen, die insbesondere im Randbereich von Gaskanälen innerhalb des Stapelaufbaus von Brennstoffzellen aufgebracht werden. Die zweistufige Vorbehandlung der entsprechenden Randbereiche kann entweder durch Laserstrukturierung oder Sandstrahlformung erfolgen, wobei gleichzeitig damit ein Aufbringen von Wechselwirkungsgruppen, Oxidgruppen, oder im Falle der Applikation des Sandstrahlverfahrens eine Silikatisierung der Randbereiche übereinanderliegend anzuordnender Einzelelemente im Stapelaufbau der Brennstoffzelle erreicht werden kann.
Zur Minimierung der Grenzflächendiffusion kann der Diffusionsweg gemäß der Fick'schen Gleichungen erheblich verringert werden, und gleichzeitig lassen sich in der Regel die Wechselwirkungen zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff und den Fügepartnern der metallischen Oberflächen der Einzelelemente maximieren. Durch Erzeugung eines kompakteren, dichteren polymeren Netzwerkes an den Grenzflächen zwischen den Einzelelementen stellt sich eine erschwerte Diffusion ein, was insbesondere das Wandern von Wasserstoffmolekülen von der anderen Seite auf die Kathodenseite erschwert. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren sind die oben genannten Wirkprinzipien in einem Verfahren vereint. Hier wird insbesondere auf die Laserstrukturierung abgestellt, weil neben einer Aufrauhung, d.h. einer Wegverlängerung, auch entsprechende Wechselwirkungsgruppen, seien es beispielsweise Oxide oder ionische Binder oder dergleichen für die Kleb- bzw. Dichtstoff aufgebracht werden können.
Anstelle der Laserstrukturierung kann auch eine Sandstrahlformung eingesetzt werden, wobei ebenfalls eine Wegverlängerung zur Minimierung der Grenzflächendiffusion erreicht wird und andererseits gleichzeitig mit dieser eine zusätzliche Silikatisierung, d.h. die Aufbringung spezifischer Wechselwirkungsgruppen auf die Oberseite bzw. die Oberfläche des jeweiligen Einzelelementes erfolgen kann.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann insbesondere durch eine Laserbehandlung und einen diesem vorgeschalteten Waschvorgang eine erhebliche Verbesserung der Zugscherfestigkeit zwischen den übereinander im Stapelaufbau angeordneten Einzelelementen der Brennstoffzelle erreicht werden. Als Kleb- oder Dichtstoff kann in vorteilhafter Weise ein fluoriertes Polymer eingesetzt werden. Darüber hinaus können Duromere, Thermoplaste, Elastomere und thermoplastische Elastomere eingesetzt werden. Beispiele für einsetzbare Polymere sind hinsichtlich Duromeren Epoxide, Urethane, Harze, so zum Beispiel Melaminharz und Phenolharz. Hinsichtlich des Einsatzes von Thermoplasten können fluorierte Polymere (PVDF, PTFW, Viton), Polyamide, PE, PP, ABS, PET, PEN eingesetzt werden. Als einzusetzende Elastomere bieten sich Kautschuke, zum Beispiel EPDM, Silikone und PU an. Als einsetzbare thermoplastische Elastomere sind TPA, TPS, TPC und TPV zu nennen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erlaubt die Herstellung von Brennstoffzellen, in deren Stapelaufbau ein Höchstmaß von Gasdichtheit bezüglich der Kathoden- und der Anodenseite gewährleistet ist.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine vergleichsweise höhere Adhäsion beziehungsweise mechanische Verkrallung durch die erzeugten Hinterschnitte zwischen der Klebung beziehungsweise Dichtung erreichen. Die Fügepartner bieten des Weiteren auch eine höhere Robustheit beziehungsweise Zuverlässigkeit über deren Lebensdauer gesehen.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Darstellung miteinander zu fügender Fügepartner, mit einem Kleb- oder Dichtstoff einerseits, und einem eine metallische Oberfläche aufweisenden Einzelelementes andererseits,
2 eine vergrößerte Darstellung einer Wegverlängerung zwischen den Fügepartnern,
3, 3.1 und 3.2 Laserbehandelte metallische Oberflächen eines Einzelelementes,
4 Gegenüberstellung verschiedener Zugscherfestigkeiten, verklebter, unterschiedlich vorbehandelter metallischer Proben, in diesem Falle Kupferproben, vor und nach Feuchteeinlagerung unter Verwendung eines Epoxyklebstoffs,
5 Dichtungen, die beidseits eines Trennelementes aufgebracht werden, und
6 Beispiele für Dichtungen.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt übereinanderliegend einen Kleb- oder Dichtstoff 10, dessen Oberseite 12 einer Oberfläche 24 eines bevorzugt metallischen Einzelelementes 22 zuweist. Der Kleb- oder Dichtstoff 10, hier dargestellt als Klebstoffmatrix, weist SI-O-Verbindungen auf und insbesondere an seiner Oberseite 12 verschiedene Oxidgruppen, so zum Beispiel OH-Gruppen 18 beziehungsweise O₂-Gruppen 20. Diese sind in unregelmäßiger Abfolge an der Oberseite 12 des Kleb- oder Dichtstoffes 10 angebracht.
Die Oxidgruppen 18 bzw. 20 bilden Wechselwirkungsgruppen 16, um die Haftung zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff 10 einerseits und dem, bevorzugt aus metallischem Material gefertigten Einzelelement 22 andererseits zu optimieren.
Aus 1 geht des Weiteren hervor, dass auf der Oberfläche 24 des aus metallischem Material gefertigten Einzelelementes 22 organische Gruppen 34 CMH_MN_X aufgebracht sind. An der Oberseite 12 des Kleb- oder Dichtstoffes 10 und der Oberfläche 24 des metallischen Einzelelementes 22 stellen sich beispielsweise kovalente Bindungen 26 oder Wasserstoffbindungen (?) 28 sowie ionische Bindungen 30 und Dipolinteraktionen 32 ein.
Insgesamt gesehen wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, insbesondere durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren, durch das Aufbringen der Wechselwirkungsgruppen 16 auf beide Fügepartner 10 bzw. 22 eine Verbesserung der Haftung insbesondere des Kleb- oder Dichtstoffes 10 am Fügepartner, insbesondere am metallischen Einzelelement 22 erreicht.
2 zeigt einen weiteren Aspekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, wobei zwischen den beiden miteinander zu fügenden Fügepartnern, d.h. dem Kleb- oder Dichtstoff 10 einerseits und dem insbesondere metallischen Einzelelement 22 andererseits durch eine Aufrauhung - die beispielsweise durch eine Laserbehandlung 58 erreicht werden kann - eine Wegverlängerung 44 erreicht wird. Die Wegverlängerung 44, die in der Darstellung gemäß 2 zwischen den beiden Fügepartnern in stark vergrößertem Maßstab dargestellt ist, verlängert den Diffusionsweg gemäß den Fick'schen Gleichungen, so dass an den Grenzflächen eine erschwerte Diffusion ermöglicht wird.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren werden die beiden Wirkprinzipien in einem Verfahren vereint. Durch die Laserstrukturierung 58 wird neben einer Aufrauhung 40, d.h. einer Wegverlängerung 44 einerseits, auch ein Aufbringen entsprechender Wechselwirkungsgruppen 16, insbesondere der Oxidgruppen 18, 20, für den Kleb- oder Dichtstoff ermöglicht.
Die 3, 3.1. und 3.2 zeigen wie beispielsweise ein Bauteil 46 aus Kupfer im Wege einer Laserstrahlformung 48, vgl. 3.1, mit einer Aufrauhung 40 versehen wird. Diese Aufrauhung 40 trägt zur in 2 dargestellten Wegverlängerung 44 an der Grenzfläche zwischen den beiden zu fügenden Partnern, d.h. dem Kleb- oder Dichtstoff 10 einerseits und dem metallischen Einzelelement 22 andererseits bei.
Der Darstellung gemäß 4 ist eine Gegenüberstellung verschiedener erreichbarer Zugscherfestigkeiten 50, aufgetragen über jeweils unterschiedlich vorbehandelte Werkstückproben, zu entnehmen. In diesem Fall handelt es sich um Einzelelemente 22 aus Kupfer. In der Darstellung gemäß 4 ist durch Bezugszeichen 52 ein gewaschener Zustand dargestellt, wobei die linke Säule einen blanken Zustand einer Kupferprobe darstellt, die rechte Säule in der entsprechenden Zugscherfestigkeit 50 nach einer Woche Exposition bei 85°C und 85% Luftfeuchtigkeit wiedergibt.
Bezugszeichen 54 bezeichnet einen Zustand der Kupferprobe gewaschen und geflammt, deren Zugscherfestigkeit 50im blanken Zustand dem in 52 dargestellten Zustand entspricht, wohingegen nach einer Woche Exposition bei 85°C und 85% Luftfeuchtigkeit die Zugscherfestigkeit 50 erheblich abgenommen hat. Auf dem Wege des Sandstrahlverfahrens vorbehandelte Kupferproben zeigen einen Zustand 56, der im Wesentlichen dem Zustand 52 gewaschene Kupferprobe entspricht, was die Absolutwerte für die Zugscherfestigkeiten 50 betrifft.
Bezugszeichen 58 zeigt eine Laservorbehandlung blanken Materials in der linken Säule, während in der rechten Säule bei Position 58 ein deutlich verringerter Wert für die Zugscherfestigkeit 50 nach einer Woche Exposition bei einer Temperatur von 85°C und bei einer Luftfeuchtigkeit von 85% erreicht wird.
Bezugszeichen 60 schließlich zeigt optimale Werte für die Zugscherfestigkeit 50 sowohl bei blankem Kupfermaterial wie auch nach einer Woche Exposition einer Temperatur von 85°C bei einer Feuchtigkeit von 85%. Die Zugscherfestigkeit 50 im Zustand gewaschen und Laserbehandlung übertreffen die Zugscherfestigkeiten 50 jeweils für die Zustände 52, 54, 56 und 58, insbesondere was die Zugscherfestigkeit 50 nach einer Woche Exposition der entsprechenden Kupferprobe bei einer Temperatur von 85°C sowie einer Luftfeuchtigkeit von 85% betrifft.
5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Einzelelementes 22, das in einem nicht näher dargestellten Stapelaufbau einer Brennstoffzelle aufgenommen ist. 5 zeigt, dass ein Trennstück 80 einer H₂-Ventilöffnung 82, mindestens eine Kühlmittel-Ventilöffnung 84 sowie mindestens eine Luft-Ventilöffnung 86 aufweist. Gleiches gilt für ein erstes Dichtungsstück 88 wie es sich in der Darstellung gemäß 5 oberhalb des Trennstückes 80 befindet, ebenso wie für ein zweites Dichtungsstück 84, welches sich in der Explosionsdarstellung gemäß 5 unterhalb des Trennstücks 80 befindet. Die jeweiligen Öffnungen für die H2-Ventilöffnung 82, die Kühlmittel-Ventilöffnung 84, sowie die Luft-Ventilöffnung 86 verlaufen fluchtend übereinander.
Im übereinanderliegenden Zustand der einzelnen Trennstücke 80, zwischen diesen aufgenommenen Dichtungsstücken 88 bzw. 94 im Stapelaufbau der Brennstoffzelle, werden durch die H₂-Ventilöffnungen 82, die Kühlmittel-Ventilöffnungen 84 sowie die Luft-Ventilöffnungen 86, die im Stapelaufbau übereinander liegen, jeweils Gaskanäle innerhalb des Stapelaufbaus der Brennstoffzelle gebildet. Deren Gasdichtigkeit wird durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Vorbehandlung signifikant verbessert.
5 zeigt weiterhin, dass bei beiden Dichtungsstücken 88 bzw. 94 eine erste Dichtung 90, eine zweite Dichtung 92 sowie in Bezug auf das zweite Dichtungsstück 94 eine dritte Dichtung 96 und eine vierte Dichtung 98 vorgesehen sind. Diese Dichtungen befinden sich insbesondere in den Randbereichen, und liegen am Trennstück 80 auf beiden Seiten insbesondere entlang der Randbereiche auf, die die H2-Ventilöffnung 82 bzw. die Kühlmittel-Ventilöffnung 84 sowie die Luft-Ventilöffnung 86 begrenzen.
6 zeigt die beiden Dichtungsstücke 88 bzw. 94 gemäß der Darstellung in 5, die jeweils lange Seiten 100 aufweisen, die sich an den Längsseiten, beispielsweise entlang des Trennstückes 80, erstrecken, sowie kurze Seiten 102, welche an den Stirnseiten des Trennstückes 80 gemäß der Darstellung in 5 verlaufen. Es sind jeweils vorbehandelte Flächen der Fügepartner entlang einer projizierten Klebe-/Dichtfläche dargestellt. Die einzelnen Dichtungen 90, 92 in Bezug auf das erste Dichtungsstück 88 bzw. die dritte und die vierte Dichtung 96, 98 am zweiten Dichtungsstück 94, beranden die jeweiligen H₂-Ventilöffnungen 82, die Kühlmittel-Ventilöffnungen 84 sowie die Luft-Ventilöffnungen 86, sodass im Stapelaufbau eine hohe Gasdichtigkeit der durch die einzelnen Öffnungen im Stapelaufbau gebildeten Gaskanäle erreicht werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015115897 A1 [0002]
DE 102006053569 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Vorbehandlung von Oberseiten (12) oder Oberflächen (24) von Einzelelementen (22) einer Brennstoffzelle, wobei die Oberseiten (12) oder Oberflächen (24) mit einem Kleb- oder Dichtstoff (10) benetzt werden, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Laserstrukturierung (48) der Oberseiten (12) oder Oberflächen (24) der Einzelelemente (22), b) Erzeugung einer Aufrauhung (40) an den Oberseiten (12) oder den Oberflächen (24) der Einzelelemente (22) zur Darstellung einer Wegverlängerung (44), insbesondere einer Verlängerung des Diffusionsweges, c) Aufbringen von Wechselwirkungsgruppen (16) oder Oxidgruppen (18, 20) für den Kleb- oder Dichtstoff (10) auf die Oberseiten (12) oder die Oberflächen (24) gleichzeitig mit Verfahrensschritt (b).
Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Kleb- oder Dichtstoff (10) flüssige oder niederviskose Materialien eingesetzt werden, welche nach dem Applizieren thermisch oder photochemisch ausgehärtet werden, ausgewählt aus Duromeren, wie beispielsweise Epoxide, Urethane, Harze, Melaminharz, Phenolharz, Thermoplasten, wie fluorierte Polymere, PVDF, PTFE, Viton, Polyamide, PE, PP, ABS, PET, PEN, aus Elastomeren, wie Kautschuke, EPTM, Silikone, PU oder thermoplastischen Elastomeren, wie beispielsweise TPA, TPS, TPC, TPV.
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Grenzflächen (12, 24) zwischen den Kleb- oder Dichtstoffen (10) und den Einzelelementen (22) eine Grenzflächendiffusion durch Verlängerung eines Diffusionsweges minimiert wird.
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) eine Wechselwirkung zwischen dem Kleb- oder Dichtstoff (10) einerseits und den Einzelelementen (22), insbesondere einer metallischen Oberseite (12) oder einer metallischen Oberfläche (24) andererseits maximiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) ein kompakteres/ dichteres Polymernetzwerk organische Gruppen (34) umfassend an der Grenzfläche (42) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) anstelle einer Laserstrukturierung (48) eine Sandstrahlbehandlung vorgenommen wird und gleichzeitig mit einer Aufrauhung (0), insbesondere metallischer Oberflächen (24) eine Silikatisierung der Grenzflächen (42) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kleb- oder Dichtstoff (10) ein fluoriertes Polymer eingesetzt wird.
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) bis c) an Dichtungsstücken (88, 94) vorgenommen werden, die Ränder von H₂-Ventilöffnungen (82) oder Kühlmittelöffnungen (84) und/oder Luftöffnungen (86) begrenzen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Kleb- oder Dichtstoff (10) flüssige oder niederviskose Materialien eingesetzt werden, die eine Shore-Härte D ≤ 85 aufweisen.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Vorbehandlung von Oberseiten (12) oder Oberflächen (24) von Einzelelementen (22), wie beispielsweise Trennstücken (80) oder Bipolarplatten innerhalb eines Stapelaufbaus einer Brennstoffzelle.