DE102020130760A1 - Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels, umfassend die Schritte:
- Bilden einer Vielzahl an mehrlagiger Stapel mit jeweils unterschiedlichem Aufbau aus der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente,
- Messen des Gesamtwiderstands jedes gebildeten Stapels,
- Aufstellen einer Gleichung für den Widerstand jedes Stapels, bei dem der gemessene Gesamtwiderstand des Stapels gleichgesetzt wird mit der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen,
- Bilden eines Gleichungssystems aus den für die Stapel aufgestellten Gleichungen, und
- Ermitteln jedes Bulkwiderstands und jedes Kontaktwiderstands durch Lösen des Gleichungssystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung dabei ein Verfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstands von geschichteten Materialkombinationen in Brennstoffzellen.
  • Brennstoffzellenvorrichtungen werden für die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit, die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer, beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Mehrzahl zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasster Brennstoffzellen wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff (H2) oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch mittels einer Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über eine weitere Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Dieses Wasser muss aus der Brennstoffzelle und dem Brennstoffzellenstapel herausgeführt werden, bis ein Feuchteniveau erreicht ist, das zum Betrieb des Brennstoffzellensystems erforderlich ist.
  • In Brennstoffzellenvorrichtungen bzw. in Brennstoffzellen-Systemen werden die verschiedenen Komponenten, wie Gas-Diffusionslagen (GDL), Bipolarplatten (BPP), Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) aufeinander zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt. Der elektrische Widerstand des gesamten Stapels setzt sich dabei aus der Summe der einzelnen Materialwiderstände des Vollmaterials der Einzelkomponenten (Bulkwiderstand) und den Kontaktwiderständen an den entsprechenden Grenzflächen zusammen. Die Bestimmung der einzelnen Beiträge von Bulkwiderstand und Kontaktwiderstand ist für die Auslegung und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle von Bedeutung, wobei eine genaue Bestimmung der elektrischen Eigenschaften notwendig ist.
  • Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Gas-Diffusionslagen für Brennstoffzellen wurde bisher nur als Gesamtwiderstand durch Kontaktierung zwischen zwei Platten und Messung des Widerstands bestimmt. Da sich der elektrische Widerstand aus einzelnen Beiträgen zusammensetzt, konnten diese nicht getrennt werden. Vorteilhaft ist eine Ermittlung aller Eigenschaften innerhalb einer Messreihe unter auch in Brennstoffzellen vorliegenden Betriebsbedingungen.
  • In der DE 11 2004 002 294 T5 ist zur Effizienzsteigerung einer Brennstoffzelle ein Verfahren zur Verbesserung von Gasdiffusionslagen hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften von Wasserdampf beschrieben, um zu gewährleisten, dass die Elektrolytmembran nicht austrocknet.
  • In der US 2017 / 0 005 350 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem aus einer funktionsfähigen Brennstoffzelle durch Messung der Polarisationskennlinie (Strom-Spannungs-Kennlinie) im realen Betrieb Daten gewonnen werden, wobei eine Bestimmung des Widerstands des gesamten, im Betrieb befindlichen Brennstoffzellenstapels erfolgen kann.
  • E. Okel, B. Schaar, O. Kanoun: „Simultaneous Measurement of Bulk and Contact Resistance of Conductive Materials for Fuel Cells“; Artikel in „Conference Record - IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference“, May 2008, beschreibt eine Möglichkeit, um den Bulkwiderstand von Materialien einer Brennstoffzelle zu bestimmen.
  • Hierbei wird der Bulkwiderstand der Bipolarplatte durch Abgriff mit Nadeln bestimmt. Der Bulkwiderstand der Gasdiffusionslage wird dabei durch eine weitere, separate Messung bestimmt, was sehr aufwändig ist. Ferner wird bei der Messung des Bulkwiderstands häufig der Kontaktwiderstand vernachlässigt, wenn die Gasdiffusionslage nur groß genug ist, was eine nicht sichere Annahme darstellt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine demgegenüber vereinfachte, und verbesserte Bestimmung aller Bulkwiderstände und aller Kontaktwiderstände eines wenigstens zwei unterschiedliche Komponenten umfassenden Systems erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei insbesondere die folgenden Schritte:
    • - Bilden einer Vielzahl an mehrlagiger Stapel mit jeweils unterschiedlichem Aufbau aus der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente,
    • - Messen des Gesamtwiderstands jedes gebildeten Stapels,
    • - Aufstellen einer Gleichung für den Widerstand jedes Stapels, bei dem der gemessene Gesamtwiderstand des Stapels gleichgesetzt wird mit der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen,
    • - Bilden eines Gleichungssystems aus den für die Stapel aufgestellten Gleichungen, und
    • - Ermitteln jedes Bulkwiderstands und jedes Kontaktwiderstands durch Lösen des Gleichungssystems.
  • Dieses Verfahren weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den Vorteil auf, dass der Bulkwiderstand durch die Kombination geeigneter Schichtungen und die Lösung des Gleichungssystems bestimmt wird, wodurch lediglich ein elektrischer Abgriff an einer der äußeren Komponenten des Komponentenstapels zur Gesamtwiderstandsbestimmung notwendig ist. Vorzugsweise wird der Abgriff in 4-Pol-Messung ausgeführt. Die Messgenauigkeit kann durch mehrlagige Stapel durch mögliche Mittelung über mehrere Komponenten (Bulkmaterial und Kontaktflächen) vergrößert werden.
  • Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren bringt aber auch noch einen weiteren entscheidenden Vorteil mit sich. Während bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Kontaktwiderstand, insbesondere bei dünnen Schichten der Komponenten schlichtweg vernachlässigt wird, kann mit dem Verfahren der Kontaktwiderstand mit ein- und derselben Messmethodik durch Lösung des aufgestellten linearen Gleichungssystems ebenfalls bestimmt werden. Dieses Gleichungssystem wird alleine aufgrund von der Vermessung geeigneter Schichtungen aufgestellt oder bestimmt. Dies ist auch mit kleinen Probengrößen möglich und lässt sich durch mehrere Lagen im Stapel mitteln.
  • Da es insbesondere von Interesse ist, genau über das elektrische Verhalten der Bestandteile eines Brennstoffzellenstapels Bescheid zu wissen, um dessen Effizienz zu maximieren, ist es besonders sinnvoll, wenn der Komponentenstapel ein Brennstoffzellenstapel einer Brennstoffzellenvorrichtung ist, und wenn die erste Komponente eine Gasdiffusionslage und die zweite Komponente eine Bipolarplatte des Brennstoffzellenstapels sind.
  • Um die Anzahl an zu vermessenden Einzelteilen gering zu halten, ist es sinnvoll, wenn die einzelnen Stapel für die Messung zeitlich nacheinander durch Umverteilen der Komponenten gebildet werden oder vorliegen, um den jeweiligen Gesamtwiderstand zu messen. Dies ist aber meist nur sinnvoll für Bipolarplatten, denn Gasdiffusionslagen werden durch Kompression irreversibel in ihren elektrischen Eigenschaften verändert und können dann nicht wiederverwendet werden.
  • Wenn eine besonders rasche Vermessung oder eine besonders rasche Aufstellung des linearen Gleichungssystems gewünscht ist, so ist es sinnvoll, wenn die Stapel gleichzeitig vorliegen, um den jeweiligen Gesamtwiderstand zu messen.
  • Eine weitergehende Verbesserung des Verfahrens umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte:
    • - Bilden eines ersten Stapels mit einer Folge aus Bipolarplatte und Gasdiffusionslage, wobei der Gesamtwiderstand des ersten Stapels gemessen und eine erste Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des ersten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines zweiten Stapels mit einer Folge aus Bipolarplatte, Gasdiffusionslage und Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des zweiten Stapels gemessen und eine zweite Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des zweiten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines dritten Stapels mit einer Folge aus vier Bipolarplatten, wobei der Gesamtwiderstand des dritten Stapels gemessen und eine dritte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des dritten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines vierten Stapels mit einer Folge aus drei Bipolarplatten, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des vierten Stapels gemessen und eine vierte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des vierten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines fünften Stapels mit einer Folge aus zwei Bipolarplatten, einer Gasdiffusionslage, einer Bipolarplatte, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des fünften Stapels gemessen und eine fünfte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des fünften Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, und
    • - Lösen des Gleichungssystems aus der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Gleichung und Bestimmen der Bulkwiderstände und der Kontaktwiderstände.
  • Auf diese Weise lassen sich durch Lösung des so entstandenen Gleichungssystems zuverlässig der Bulkwiderstand einer Gasdiffusionslage, der Bulkwiderstand einer Bipolarplatte, der Kontaktwiderstand zwischen zwei Gasdiffusionslagen, der Kontaktwiderstand zwischen zwei Bipolarplatten, und der Kontaktwiderstand zwischen einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionslage bestimmen.
  • Zur Bewertung der Effizienz des Brennstoffzellenstapels ist es sinnvoll, wenn nachfolgend die elektrische Leitfähigkeit bestimmt wird. Vorzugsweise werden allen Verfahren zugrundeliegende Messungen durchgeführt bei einer vorgegeben Spannkraft oder vorgegeben Verpresskraft über die gestapelten Schichten hinweg.
  • Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Messungen des Gesamtwiderstands jedes Stapels unter einer variierenden Spannkraft auf den jeweiligen Stapel zur Ermittlung des optimalen Widerstands durchgeführt werden.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Stapels aus Gasdiffusionslagen (schraffierte Rechtecke, z.B. reines GDL-Substrat) und Bipolarplatten (unschraffierte Rechtecke), wobei die Kontaktwiderstände und die materialspezifischen Bulkwiderstände hervorgehoben sind, und wobei ein Ersatzschaltbild für die dadurch entstehende Widerstandsschaltung einem Gesamtwiderstand gegenübergestellt dargestellt ist, und
    • 2 eine exemplarische Zusammensetzung mehrerer Stapel zur Aufstellung von Widerstandsgleichungen, die ein eindeutig lösbares Widerstandsgleichungssystem bilden, um alle vorhandenen Bulkwiderstände und Kontaktwiderstände von Gasdiffusionslagen (schraffierte Rechtecke) und Bipolarplatten (unschraffierte Rechtecke) zu bestimmen.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung eines Stapels aus Gasdiffusionslagen (schraffierte Rechtecke) und Bipolarplatten (unschraffierte Rechtecke) gezeigt.
  • Die links neben den beiden Komponenten stehenden Pfeile kennzeichnen im Einzelnen von oben nach unten den elektrischen Bulkwiderstand der Bipolarplatte (RB-BPP), den elektrischen Kontaktwiderstand zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionslage (RC-BPP-GDL), den elektrischen Bulkwiderstand der Gasdiffusionslage (RB-GDL), den elektrischen Kontaktwiderstand zwischen der Gasdiffusionslage und einer weiteren Gasdiffusionslage (RC-GDL-GDL) und, fast ganz unten, den elektrischen Kontaktwiderstand zwischen der Bipolarplatte und einer weiteren Bipolarplatte (RC-BPP-BPP).
  • Auf diese Weise ergeben sich in diesem Beispiel insgesamt fünf Parameter, aus denen sich der von den Außenflächen des Stapel abgreifbare elektrische Gesamtwiderstand (RGes) zusammensetzt.
  • Das rechts neben dem Stapel dargestellte Ersatzschaltbild zeigt, dass in dem exemplarischen Stapel viermal der Bulkwiderstand der Bipolarplatte (RB-BPP), dreimal der Bulkwiderstand der Gasdiffusionslage (RB-GDL), einmal der Kontaktwiderstand zwischen zwei Gasdiffusionslagen (RC-GDL-GDL), viermal der Kontaktwiderstand zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionslage (RC-BPP-GDL) und einmal der Kontaktwiderstand zwischen zwei Bipolarplatten (RC-BPP-BPP) vorhanden sind. Diese ergeben aufsummiert - aufgrund der elektrischen Reihenschaltung der Widerstände - den messbaren Gesamtwiderstand (RGes), womit sich die folgende Gleichung ergibt: R G e s = 4 ⋅ R B − B P P + 3 ⋅ R B − G D L + 1 ⋅ R C − G D L − G D L + 4 ⋅ R C − B P P − G D L + 1 ⋅ R C − B P P − B P P
    Figure DE102020130760A1_0001
  • Dies vorausgesetzt ist es nun möglich, bei einem Stapel aus wenigstens zwei Komponenten die Bulkwiderstände und die Kontaktwiderstände zu ermitteln, ohne dabei mit Messsonden oder Messnadeln „ins Innere“ des zu bildenden Stapels eingreifen zu müssen. Vielmehr genügt die Messung des Gesamtwiderstandes des durch geeignetes Kombinieren der Schichtung der beiden Komponenten gebildeten Stapels. Geeignete Schichtungen können durch Kombinatorik von Schichtungen zu Gleichungssystemen und Bewertung deren eindeutigen Lösbarkeit mit mathematischen Mitteln gefunden werden.
  • Hierzu wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels vorgeschlagen, welches insbesondere die folgenden Schritte umfasst:
    • - Bilden einer Vielzahl an mehrlagiger Stapel mit jeweils unterschiedlichem Aufbau aus der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente,
    • - Messen des Gesamtwiderstands jedes gebildeten Stapels,
    • - Aufstellen einer Gleichung für den Widerstand jedes Stapels, bei dem der gemessene Gesamtwiderstand des Stapels gleichgesetzt wird mit der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen,
    • - Bilden eines Gleichungssystems aus den für die Stapel aufgestellten Gleichungen, und
    • - Ermitteln jedes Bulkwiderstands und jedes Kontaktwiderstands durch Lösen des entstandenen Gleichungssystems.
  • Dieses Verfahren lässt sich anhand von 2 nachvollziehen, bei dem unterschiedlich kombinierte Stapel vorliegen aus Gasdiffusionslagen (schraffierte Darstellung, z.B. nur GDL-Substrat) und Bipolarplatten (unschraffierte Darstellung). Rechts neben dem Stapel ist die Gleichung zu erkennen, die sich durch die Bildung des jeweiligen Stapels ergibt. Dabei wird insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt:
    • - Bilden eines ersten Stapels mit einer - von oben nach unten dargestellten
      • - Folge aus Bipolarplatte und Gasdiffusionslage, wobei der Gesamtwiderstand des ersten Stapels gemessen und eine erste Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des ersten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kon-taktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines zweiten Stapels mit einer - von oben nach unten dargestellten
      • - Folge aus Bipolarplatte, Gasdiffusionslage und Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des zweiten Stapels gemessen und eine zweite Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des zweiten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines dritten Stapels mit einer - von oben nach unten dargestellten
      • - Folge aus vier Bipolarplatten, wobei der Gesamtwiderstand des dritten Stapels gemessen und eine dritte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des dritten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines vierten Stapels mit einer - von oben nach unten dargestellten
      • - Folge aus drei Bipolarplatten, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des vierten Stapels gemessen und eine vierte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des vierten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird,
    • - Bilden eines fünften Stapels mit einer - von oben nach unten dargestellten
      • - Folge aus zwei Bipolarplatten, einer Gasdiffusionslage, einer Bipolarplatte, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des fünften Stapels gemessen und eine fünfte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des fünften Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, und
    • - Lösen des Gleichungssystems aus der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Gleichung und Bestimmen der Bulkwiderstände und der Kontaktwiderstände.
  • Auf diese Weise ergeben sich fünf Gleichungen mit fünf Unbekannten, so dass das Gleichungssystem als lineares Gleichungssystem vorliegt, das gelöst wird, beispielsweise mithilfe eines Gauß-Algorithmus. Auf diese Weise lassen sich durch eine einzige Messmethodik sowohl die Bulkwiderstände als auch die Kontaktwiderstände für die beiden Komponenten eines Brennstoffzellenstapels ermitteln, wodurch sich ein Rückschluss über die zu erwartende Effizienz des Brennstoffzellenstapels ziehen lässt, insbesondere dann wenn die elektrische Leitfähigkeit der Einzelkomponenten bestimmt wird. Sollte ein Gleichungssystem entstehen, das unterbestimmt ist, also mehr Parameter als Gleichungen umfasst, so kann dieses auch mittels eines numerischen Verfahrens gelöst werden, insbesondere mittels eines numerischen Näherungsverfahrens. Vorzugsweise werden die Schichtungen in der Weise vorgegeben, in der das entsprechende Gleichungssystem eindeutig lösbar ist. Dies erfolgt durch mathematische Bewertung der Lösbarkeit der aus Kombinationen entstehenden Gleichungssysteme der Schichtungen.
  • Die Erfindung zeichnet sich im Ergebnis durch eine sehr einfache Messmethodik aus, da lediglich die Gesamtwiderstände gemessen werden müssen, aus welchen sich dann eine Trennung der Anteile des elektrischen Widerstands aufgrund der unterschiedlichen Stapelung der einzelnen Stapel ergibt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112004002294 T5 [0005]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Bulkwiderstandes und des Kontaktwiderstandes von einer ersten Komponente und/oder wenigstens einer zweiten Komponente eines mehrlagig gebildeten Komponentenstapels, umfassend die Schritte: - Bilden einer Vielzahl an mehrlagiger Stapel mit jeweils unterschiedlichem Aufbau aus der ersten Komponente und/oder der zweiten Komponente, - Messen des Gesamtwiderstands jedes gebildeten Stapels, - Aufstellen einer Gleichung für den Widerstand jedes Stapels, bei dem der gemessene Gesamtwiderstand des Stapels gleichgesetzt wird mit der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen, - Bilden eines Gleichungssystems aus den für die Stapel aufgestellten Gleichungen, und - Ermitteln jedes Bulkwiderstands und jedes Kontaktwiderstands durch Lösen des Gleichungssystems.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Komponentenstapel ein Brennstoffzellenstapel einer Brennstoffzellenvorrichtung ist, und dass die erste Komponente eine Gasdiffusionslage und die zweite Komponente eine Bipolarplatte des Brennstoffzellenstapels sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapel zeitlich nacheinander durch Umverteilen der Komponenten vorliegen, um den jeweiligen Gesamtwiderstand zu messen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapel gleichzeitig vorliegen, um den jeweiligen Gesamtwiderstand zu messen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Bilden eines ersten Stapels mit einer Folge aus Bipolarplatte und Gasdiffusionslage, wobei der Gesamtwiderstand des ersten Stapels gemessen und eine erste Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des ersten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, - Bilden eines zweiten Stapels mit einer Folge aus Bipolarplatte, Gasdiffusionslage und Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des zweiten Stapels gemessen und eine zweite Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des zweiten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, - Bilden eines dritten Stapels mit einer Folge aus vier Bipolarplatten, wobei der Gesamtwiderstand des dritten Stapels gemessen und eine dritte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des dritten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, - Bilden eines vierten Stapels mit einer Folge aus drei Bipolarplatten, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des vierten Stapels gemessen und eine vierte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des vierten Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, - Bilden eines fünften Stapels mit einer Folge aus zwei Bipolarplatten, einer Gasdiffusionslage, einer Bipolarplatte, zwei Gasdiffusionslagen und einer Bipolarplatte, wobei der Gesamtwiderstand des fünften Stapels gemessen und eine fünfte Gleichung aufgestellt wird, bei der der gemessene Gesamtwiderstand des fünften Stapels der Summe der als Parameter in der Gleichung enthaltenen Bulkwiderständen und Kontaktwiderständen gleichgesetzt wird, und - Lösen des Gleichungssystems aus der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Gleichung und Bestimmen der Bulkwiderstände und der Kontaktwiderstände.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend die elektrische Leitfähigkeit bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen des Gesamtwiderstands jedes Stapels unter derselben Spannkraft auf den jeweiligen Stapel durchgeführt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Gesamtwiderstands jedes Stapels unter einer variierenden Spannkraft auf den jeweiligen Stapel zur Ermittlung des optimalen Widerstands durchgeführt werden.
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