DE102021115292B3

DE102021115292B3 - Contact device, method for producing a contact device, electrochemical cell and electrochemical cell stack

Info

Publication number: DE102021115292B3
Application number: DE102021115292.5A
Authority: DE
Inventors: Wiebke Germer; Leif-Arvid Schillert
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2021-06-14
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-06-15
Also published as: WO2022263128A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Kontaktvorrichtung (1) umfassend ein elektrisch leitfähiges Substrat (2) sowie mindestens ein elektrisch leitfähiges und verformbares, vorzugsweise stoffdurchlässiges, Kontaktmittel (3, 3'), wobei das Substrat (2) und das Kontaktmittel (3, 3') in einem Kontaktbereich stoffschlüssig und elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Das Substrat (2) und das Kontaktmittel (3,3') sind dabei in dem Kontaktbereich mittels eines Polymermaterials (4, 4') miteinander verschweißt. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktvorrichtung vorgeschlagen. Ferner wird eine elektrochemische Zelle sowie ein elektrochemischer Zellenstapel vorgeschlagen, welche jeweils die Kontaktvorrichtung umfassen.Proposed is a contact device (1) comprising an electrically conductive substrate (2) and at least one electrically conductive and deformable, preferably material-permeable, contact means (3, 3'), the substrate (2) and the contact means (3, 3') in are connected to one another in a material-locking and electrically conductive manner in a contact area. The substrate (2) and the contact means (3, 3') are welded to one another in the contact area by means of a polymer material (4, 4'). A method for manufacturing the contact device is also proposed. Furthermore, an electrochemical cell and an electrochemical cell stack are proposed, each of which includes the contact device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktvorrichtung, eine elektrochemische Zelle sowie einen elektrochemischen Zellenstapel.The invention relates to a contact device, a method for producing a contact device, an electrochemical cell and an electrochemical cell stack.

Kontaktvorrichtungen dienen zur elektrischen sowie bedarfsweise zur thermischen Kontaktierung mindestens zweier technischer Komponenten. Hierfür ist die Kontaktvorrichtung üblicherweise flächig ausgestaltet und wird zwischen die zwei zu kontaktierenden Komponenten gebracht, sodass ein beiderseitiger Kontakt zu den besagten Komponenten entsteht.Contact devices are used for electrical and, if necessary, thermal contacting of at least two technical components. For this purpose, the contact device is usually of flat design and is placed between the two components to be contacted, so that there is mutual contact with said components.

Zur elektrischen Kontaktierung weist die Kontaktvorrichtung eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Sofern zwischen den beiden elektrisch zu kontaktierenden Komponenten eine elektrische Spannung anliegt, führt die Anordnung der Kontaktvorrichtung zwischen den Komponenten zu einem Stromfluss durch die Kontaktvorrichtung.For electrical contacting, the contact device has a high electrical conductivity. If an electrical voltage is present between the two components to be electrically contacted, the arrangement of the contact device between the components leads to a current flow through the contact device.

Aus US 2016/231391 A1 ist ein Zellenüberwachungsverbinder bekannt, der das Lösen des Zellenüberwachungsverbinders von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer einfachen Konfiguration verhindern kann.Out of U.S. 2016/231391 A1 there is known a cell monitor connector that can prevent the cell monitor connector from being detached from a fuel cell device with a simple configuration.

Aus DE 10 2016 210 316 A1 ist ein Verfahren zum Kontaktieren von mehreren Separatorplatten eines Brennstoffzellensystems bekannt. Das Verfahren umfasst das Einführen von mindestens einem Verbindungselement eines Zellüberwachungssystems zwischen zwei unmittelbar benachbarten Separatorplatten, so dass zwei zueinander bewegliche Verbindungsteile des Verbindungselementes zumindest bereichsweise zwischen den unmittelbar benachbarten Separatorplatten angeordnet sind.Out of DE 10 2016 210 316 A1 a method for contacting several separator plates of a fuel cell system is known. The method includes the introduction of at least one connecting element of a cell monitoring system between two immediately adjacent separator plates, so that two mutually movable connecting parts of the connecting element are arranged at least in regions between the immediately adjacent separator plates.

Aus DE 10 2018 216 265 A1 ist ein Steckverbinder zur elektrischen Kontaktierung von einer Mehrzahl von eine Kontaktnut aufweisenden Bipolarplatten bekannt, mit einem aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Steckerkörper, durch den eine Mehrzahl von elektrisch voneinander getrennten Kontaktelementen geführt ist, von denen jeweils ein Kontaktelement in eine dazu korrespondierende Kontaktnut von einer der Bipolarplatten eingreift und dadurch die Bipolarplatte elektrisch kontaktiert.Out of DE 10 2018 216 265 A1 a plug connector for making electrical contact with a plurality of bipolar plates having a contact groove is known, with a plug body made of electrically insulating material, through which a plurality of electrically separate contact elements are guided, of which one contact element in each case fits into a corresponding contact groove of one of the Engages bipolar plates and thereby electrically contacts the bipolar plate.

Sofern kein Erfordernis nach einer elektrischen Isolation zwischen zwei thermisch zu verbindenden Komponenten besteht, kann die vorstehend beschriebene Kontaktvorrichtung auch zur thermischen Kontaktierung der Komponenten genutzt werden. Dabei stellt eine der Komponenten, z.B. ein Elektronikbauteil, eine Wärmequelle dar, während die andere der beiden Komponenten, z.B. ein Kühlelement, eine Wärmesenke darstellt.If there is no need for electrical insulation between two components to be thermally connected, the contact device described above can also be used for thermal contacting of the components. One of the components, e.g. an electronic component, represents a heat source, while the other of the two components, e.g. a cooling element, represents a heat sink.

Sowohl bei der elektrischen als auch bei der thermischen Kontaktierung ist die Stromleitung bzw. die Wärmeleitung maßgeblich von den jeweiligen Kontaktflächen zwischen der Kontaktvorrichtung und den beiden zu kontaktierenden Komponenten abhängig. Eine geringe Kontaktfläche zwischen mindestens einer Komponente und der Kontaktvorrichtung führt zu einem hohen elektrischen sowie zu einem hohen thermischen Kontaktwiderstand. Um den Kontaktwiderstand zur Erreichung einer guten elektrischen sowie thermischen Leitfähigkeit zu senken, ist es daher grundsätzlich erwünscht, die Kontaktfläche zwischen der Kontaktvorrichtung und mindestens einer der zu kontaktierenden Komponenten zu maximieren. Dies ist jedoch erschwert, wenn eine der zu kontaktierenden Komponenten eine unebene Oberfläche aufweist oder etwa als ungebundener Werkstoff, etwa als flüssiger Elektrolyt, vorliegt.Both in the electrical and in the thermal contacting, the current conduction or the heat conduction is largely dependent on the respective contact surfaces between the contact device and the two components to be contacted. A small contact area between at least one component and the contact device leads to a high electrical and high thermal contact resistance. In order to reduce the contact resistance in order to achieve good electrical and thermal conductivity, it is therefore fundamentally desirable to maximize the contact area between the contact device and at least one of the components to be contacted. However, this is made more difficult if one of the components to be contacted has an uneven surface or is present as an unbound material, such as a liquid electrolyte.

Eine bekannte Möglichkeit, die Kontaktfläche zwischen der Kontaktvorrichtung und einer zu kontaktierenden Komponente zu erhöhen, stellt die Ausgestaltung einer Kontaktvorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Substrat sowie einem elektrisch leitfähigen und verformbaren Kontaktmittel dar, wobei das Substrat und das Kontaktmittel in einem Kontaktbereich stoffschlüssig und elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.A known possibility of increasing the contact surface between the contact device and a component to be contacted is the design of a contact device with an electrically conductive substrate and an electrically conductive and deformable contact means, the substrate and the contact means being materially bonded and electrically conductive with one another in a contact area are connected.

Als Substrat kommen beispielweise metallische Bleche oder elektrisch leitfähige Kunststoffe zum Einsatz, welche mittels eines chemischen Klebemittels mit dem Kontaktmittel, z.B. Stahlwolle, verbunden werden. Zur elektrischen oder zur thermischen Kontaktierung wird das Kontaktmittel in Berührung mit der zu kontaktierenden Komponente gebracht. Dabei passt sich die Oberflächenkontur des Kontaktmittels an die Oberfläche der zu kontaktierenden Komponente an. Hierdurch wird die gemeinsame Kontaktfläche maximiert.For example, metal sheets or electrically conductive plastics are used as the substrate, which are connected to the contact medium, e.g. steel wool, using a chemical adhesive. For electrical or thermal contact, the contact means is brought into contact with the component to be contacted. The surface contour of the contact means adapts to the surface of the component to be contacted. This maximizes the common contact area.

Typischerweise ist das Kontaktmittel stoffdurchlässig, insbesondere porös ausgestaltet. Diese Eigenschaften sind insbesondere vorteilhaft, wenn das Kontaktmittel zur Kontaktierung eines Elektrolyten dient und hierzu in den Elektrolyten getaucht und/oder von diesem durchströmt werden kann. Die zu erhöhende Kontaktfläche wird dabei nicht nur durch die äußerliche Oberfläche des Kontaktmittels gebildet, sondern zu einem wesentlichen Teil auch durch innenliegende, von außen nicht sichtbare Oberflächen mindestens eines Zwischenraums innerhalb des Kontaktmittels. Üblicherweise ist ein solcher Zwischenraum als eine Pore oder als eine Vielzahl von Poren in dem Kontaktmittel ausgebildet.The contact means is typically permeable to substances, in particular porous. These properties are particularly advantageous if the contact means is used to make contact with an electrolyte and for this purpose can be immersed in the electrolyte and/or the electrolyte can flow through it. The contact area to be increased is not only formed by the outer surface of the contact means, but also to a significant extent by internal surfaces that are not visible from the outside of at least one intermediate space within the contact means. Such an intermediate space is usually formed as a pore or as a multiplicity of pores in the contact means.

Der Nachteil vorbekannter Kontaktvorrichtungen besteht darin, dass das Substrat vor dem Auftrag des chemischen Klebemittels aufwendig gereinigt werden muss. Dies ist erforderlich, um eine hohe Qualität der Klebeverbindung, vor allem hinsichtlich der erreichbaren Haftung und ihrer Lebensdauer, sicherstellen zu können. Darüber hinaus sind Klebeverbindungen Alterungsprozessen unterworfen, wodurch sich ihre Festigkeit verringert. Zudem können, je nach Art des Klebemittels, lange Aushärtezeiten erforderlich sein, bis die zu fügenden Bestandteile der Kontaktvorrichtung endgültig und hinreichend fest miteinander verbunden sind. Ferner gehen Klebeverbindungen mit Nachteilen einher, wenn das Kontaktmittel einem korrosiven Elektrolyten ausgesetzt ist. Dabei muss die Klebeverbindung eine gute, jedoch nur schwer und nur unter hohen Kosten erreichbare, chemische Beständigkeit aufweisen.The disadvantage of previously known contact devices is that the substrate has to be cleaned in a laborious manner before the chemical adhesive is applied. This is necessary in order to be able to ensure a high quality of the adhesive connection, especially with regard to the adhesion that can be achieved and its service life. In addition, adhesive bonds are subject to aging processes, which reduces their strength. In addition, depending on the type of adhesive, long curing times may be necessary before the components of the contact device to be joined are finally and sufficiently firmly connected to one another. Furthermore, adhesive connections are associated with disadvantages when the contact means is exposed to a corrosive electrolyte. The adhesive connection must have good chemical resistance, but this can only be achieved with difficulty and at high cost.

Insgesamt sind bekannte Kontaktvorrichtungen aufwendig und unwirtschaftlich in der Herstellung und sind in ihren Einsatzmöglichkeiten begrenzt.Overall, known contact devices are expensive and uneconomical to produce and their possible uses are limited.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine vielseitig einsetzbare Kontaktvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine gute thermische und elektrische Kontaktierung bei gleichzeitig einfacher Herstellbarkeit erlaubt.The object on which the invention is based is therefore to provide a versatile contact device which allows good thermal and electrical contacting while at the same time being easy to manufacture.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Kontaktvorrichtung gemäß Anspruch 1, eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 8, einen elektrochemischen Zellenstapel gemäß Anspruch 15, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktvorrichtung gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved by the contact device according to claim 1, an electrochemical cell according to claim 8, an electrochemical cell stack according to claim 15, and a method for producing a contact device according to claim 16. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung umfasst in an sich bekannter Weise ein elektrisch leitfähiges Substrat sowie mindestens ein elektrisch leitfähiges und verformbares, vorzugsweise stoffdurchlässiges, Kontaktmittel. Das Substrat und das Kontaktmittel sind in einem Kontaktbereich stoffschlüssig und elektrisch leitfähig miteinander verbunden.The contact device according to the invention comprises, in a manner known per se, an electrically conductive substrate and at least one electrically conductive and deformable, preferably material-permeable, contact means. The substrate and the contact means are connected to one another in a materially bonded and electrically conductive manner in a contact area.

Wesentlich ist, dass das Substrat und das Kontaktmittel in dem Kontaktbereich mittels eines Polymermaterials miteinander verschweißt sind.It is essential that the substrate and the contact means are welded to one another in the contact area by means of a polymer material.

Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis ist, dass das Kontaktmittel sowie das Substrat bekannter Kontaktvorrichtungen jeweils eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Einerseits erlaubt diese in an sich bekannter Weise eine einfache elektrische und bedarfsweise thermische Kontaktierung zweier technischer Komponenten. Andererseits kann insbesondere die gute elektrische Leitfähigkeit der Komponenten dazu genutzt werden, auf einfache Weise eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel herzustellen.The finding on which the invention is based is that the contact means and the substrate of known contact devices each have good electrical and thermal conductivity. On the one hand, this allows, in a manner known per se, simple electrical and, if necessary, thermal contacting of two technical components. On the other hand, the good electrical conductivity of the components in particular can be used to produce a reliable connection between the substrate and the contact means in a simple manner.

Insbesondere können das Substrat und das Kontaktmittel dazu genutzt werden, mittels einer Schweißverbindung verbunden zu werden, indem ein elektrischer Strom zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel erzeugt wird. Das in dem Kontaktbereich angeordnete Polymermaterial, vorzugsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), bewirkt zumindest teilweise eine lokale Erhöhung des elektrischen Kontaktwiderstandes. Bei Erzeugung des Stromflusses bewirkt der erhöhte elektrische Kontaktwiderstand eine Wärmeentwicklung in dem Kontaktbereich, durch welche das Polymermaterial aufgeschmolzen wird. Dabei werden das Substrat und das Kontaktmittel stoffschlüssig und mit hoher mechanischer und korrosiver Beständigkeit miteinander verbunden.In particular, the substrate and the contact means can be used to be connected by means of a welded joint by generating an electric current between the substrate and the contact means. The polymer material arranged in the contact area, preferably polyvinylidene fluoride (PVDF), at least partially brings about a local increase in the electrical contact resistance. When the current flow is generated, the increased electrical contact resistance causes heat to develop in the contact area, as a result of which the polymer material is melted. The substrate and the contact means are connected to one another with a material bond and with high mechanical and corrosive resistance.

Zur Erzeugung der Schweißverbindung wird folglich eine physikalische Zustandsänderung zumindest des Polymermaterials oder der dem Kontaktmittel zugewandten Oberfläche des Substrats herbeigeführt, wodurch die beiden genannten Fügepartner in dem Kontaktbereich miteinander verbunden werden. Das Polymermaterial weist dabei eine physikalisch abbindende Wirkung in dem Kontaktbereich auf, und unterscheidet sich somit von Klebstoffen, welche eine chemisch abbindende Wirkung haben. Es handelt sich bei dem Polymermaterial folglich nicht lediglich um Klebstoff, in welchem eine Vernetzungsreaktion stattfinden muss, um die gewünschten Haftkräfte zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel zu erzeugen.To produce the welded connection, a physical change in the state of at least the polymer material or the surface of the substrate facing the contact means is consequently brought about, as a result of which the two mentioned joining partners are connected to one another in the contact area. The polymer material has a physical binding effect in the contact area, and thus differs from adhesives, which have a chemical binding effect. Consequently, the polymer material is not just an adhesive, in which a crosslinking reaction must take place in order to generate the desired adhesive forces between the substrate and the contact means.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Polymermaterial, welches grundsätzlich isolierende Eigenschaften hat, der Ausgestaltung eines guten elektrischen Kontakts zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel nicht entgegensteht. Es ist jedoch eine weitere Erkenntnis, dass die Gesamtmenge und/oder die Dichte des Polymermaterials in dem Kontaktbereich in Abhängigkeit davon eingestellt werden kann, welche Anforderungen an die Verbindung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel bestehen. Eine größere Menge an Polymermaterial geht dabei mit positiven Auswirkungen für die mechanischen Eigenschaften der Verbindung einher, während eine geringere Menge an Polymermaterial mit positiven Auswirkungen für die elektrische Leitfähigkeit einhergeht.The invention is based on the finding that the polymer material, which basically has insulating properties, does not prevent the formation of a good electrical contact between the substrate and the contact means. However, it is a further finding that the total amount and/or the density of the polymeric material in the contact area can be adjusted depending on the requirements for the connection between the substrate and the contact means. A larger amount of polymer material is associated with positive effects on the mechanical properties of the connection, while a smaller amount of polymer material is associated with positive effects on the electrical conductivity.

Eine weitere erfindungsbegründende Erkenntnis ist, dass die Wärmeentwicklung während des Schweißvorganges sich räumlich im Wesentlichen auf den Kontaktbereich beschränkt. Dies ermöglicht es insbesondere, das Substrat als dünnwandige Komponente auszubilden, welche sich durch den vorstehend beschriebenen Herstellprozess infolge geringer thermischer Einflüsse nur geringfügig verformt. Dadurch werden einerseits die Vorteile einer Schweißverbindung, insbesondere hinsichtlich hoher Festigkeit sowie chemischer Beständigkeit, erreicht, während die üblichen Nachteile von Schweißverbindungen, insbesondere hinsichtlich thermisch bedingter Verformungen, vollständig umgangen werden.A further finding on which the invention is based is that the heat generated during the welding process is spatially essentially limited to the contact area. This makes it possible in particular to form the substrate as a thin-walled component which only slightly deformed by the manufacturing process described above as a result of low thermal influences. On the one hand, this achieves the advantages of a welded connection, in particular with regard to high strength and chemical resistance, while the usual disadvantages of welded connections, in particular with regard to thermally induced deformations, are completely avoided.

Die Erfindung ist weiterhin in der Erkenntnis begründet, dass das Kontaktmittel zur Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung im Gegensatz zu bekannten Kontaktmitteln nur geringfügig, vorzugsweise jedoch nicht, herstellungsbedingt verformt werden muss. Üblicherweise muss zur Schaffung einer bekannten stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klebeverbindung, zwischen dem Kontaktmittel und dem Substrat ein hoher Anpressdruck in dem Kontaktbereich erzeugt werden. Hierbei wird das Kontaktmittel zumindest teilweise irreversibel verformt. Dies ist insbesondere bei porösen und/oder stoffdurchlässigen Kontaktmitteln nachteilig. Denn durch die Kompression des Kontaktmittels verschlechtert sich seine geometrische Anpassungsfähigkeit an eine zu kontaktierende Komponente. Sofern die zu kontaktierende Komponente ein Elektrolyt ist, verringert sich auch eine innenliegende Oberfläche des Kontaktmittels und der Strömungswiderstand in dem Kontaktmittel steigt.The invention is also based on the knowledge that, in contrast to known contact means, the contact means only has to be deformed slightly, but preferably not, for production reasons in order to produce the material connection. In order to create a known material connection, in particular an adhesive connection, a high contact pressure must usually be generated in the contact area between the contact means and the substrate. Here, the contact means is at least partially irreversibly deformed. This is particularly disadvantageous in the case of porous and/or permeable contact means. This is because the compression of the contact means degrades its geometric adaptability to a component to be contacted. If the component to be contacted is an electrolyte, an internal surface area of the contact means is also reduced and the flow resistance in the contact means increases.

Durch die Erzeugung einer Schweißverbindung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel können die vorstehend genannten Nachteile allesamt behoben werden. Denn die besagte Schweißverbindung erlaubt eine insgesamt bessere Anbindung des Kontaktmittels an das Substrat, sodass nahezu kein Anpressdruck in dem Kontaktbereich erforderlich ist und die Nachteile, die mit der Verformung des Kontaktmittels einhergehen, nicht erst entstehen können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kontaktvorrichtung ist das Kontaktmittel gegenüber einem unverformten Zustand vor dem Verschweißen mit Substrat um maximal 5% komprimiert.By creating a welded connection between the substrate and the contact means, all of the disadvantages mentioned above can be eliminated. This is because the said welded connection allows an overall better connection of the contact means to the substrate, so that almost no contact pressure is required in the contact area and the disadvantages associated with the deformation of the contact means cannot arise in the first place. In an advantageous embodiment of the contact device, the contact means is compressed by a maximum of 5% compared to an undeformed state before it is welded to the substrate.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Kontaktbereich zumindest teilweise punktuell oder in Gestalt einer ebenen oder gekrümmten Fläche zwischen dem Kontaktmittel und dem Substrat ausgebildet ist. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass der Kontaktbereich sich zumindest teilweise in das Substrat und/oder in das Kontaktmittel erstreckt, insbesondere wenn das verflüssigte Polymermaterial während des Aufschmelzens in das Substrat oder das Kontaktmittel eindringt oder etwa bereits vor dem Schmelzen in dem Substrat oder in dem Kontaktmittel enthalten ist.It is within the scope of the invention that the contact area is formed at least partially at points or in the form of a flat or curved surface between the contact means and the substrate. It is also within the scope of the invention that the contact area extends at least partially into the substrate and/or into the contact means, in particular if the liquefied polymer material penetrates into the substrate or the contact means during melting or, for example, before melting in the substrate or is contained in the contact means.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Kontaktmittel ein elektrisch leitfähiges Textilmaterial, vorzugsweise Grafitfilz. Ferner umfasst das Substrat bevorzugt ein Verbundmaterial mit einer Polymermatrix, in welcher eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger Partikel, insbesondere Graphitpartikel, gebunden sind.In an advantageous development, the contact means comprises an electrically conductive textile material, preferably graphite felt. Furthermore, the substrate preferably comprises a composite material with a polymer matrix in which a plurality of electrically conductive particles, in particular graphite particles, are bonded.

Das elektrisch leitfähige Textilmaterial kann grundsätzlich einen beliebigen Bindungstyp aufweisen und somit beispielsweise als Gewebe oder Gelege vorliegen. Eine gute elektrische sowie bedarfsweise thermische Leitfähigkeit lässt sich erreichen, indem die in dem Textilmaterial verwendeten Fäden oder Fasern oder Faserbündel elektrisch und thermisch leitfähig ausgebildet sind. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass insbesondere Graphitfilz aufgrund seiner guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit mit besonderen Vorteilen bei der Ausgestaltung des Kontaktmittels einhergeht. Darüber hinaus weist Graphitfilz eine gute Handhabbarkeit auf und eignet sich in besonderem Maße als Fügepartner bei der Erzeugung der erfindungsgemäßen Schweißverbindung.The electrically conductive textile material can in principle have any type of weave and can therefore be present, for example, as a woven fabric or scrim. Good electrical and, if necessary, thermal conductivity can be achieved if the threads or fibers or fiber bundles used in the textile material are designed to be electrically and thermally conductive. Investigations by the applicant have shown that graphite felt, in particular, is associated with particular advantages in the design of the contact means due to its good electrical and thermal conductivity. In addition, graphite felt is easy to handle and is particularly suitable as a joining partner when producing the welded joint according to the invention.

Das Substrat umfasst ein Verbundmaterial mit einer Polymermatrix sowie einer, in der Polymermatrix nicht gelösten, zweiten Komponente, welche in Gestalt der elektrisch leitfähigen Partikel vorliegt. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass eine gute elektrische Leitfähigkeit des Substrats trotz elektrisch isolierender Eigenschaften der Polymermatrix erreicht werden kann, wenn die Dichte der leitfähigen Partikel, insbesondere Graphitpartikel, hinreichend hoch ist. Bevorzugt entspricht der Anteil der leitfähigen Partikel in der Polymermatrix 85%, um eine hohe Leitfähigkeit zu erzielen.The substrate comprises a composite material with a polymer matrix and a second component which is not dissolved in the polymer matrix and is present in the form of the electrically conductive particles. Investigations by the applicant have shown that good electrical conductivity of the substrate can be achieved in spite of the electrically insulating properties of the polymer matrix if the density of the conductive particles, in particular graphite particles, is sufficiently high. The proportion of conductive particles in the polymer matrix preferably corresponds to 85% in order to achieve high conductivity.

Um eine besonders hohe Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung zu erreichen, weisen die Polymermatrix und das Polymermaterial Stoffe aus derselben Stoffgruppe auf, z.B. der Stoffgruppe der Thermoplasten.In order to achieve a particularly high strength of the material connection, the polymer matrix and the polymer material contain substances from the same group of substances, e.g. the group of thermoplastics.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Polymermaterial zumindest teilweise in der Polymermatrix enthalten.In an advantageous development, the polymer material is at least partially contained in the polymer matrix.

Gemäß vorstehend beschriebener Weiterbildung weist die Polymermatrix des Substrats eine homogen verteilte oder eine in dem Kontaktbereich konzentrierte Menge des Polymermaterials auf. Während der Erzeugung der Schweißverbindung wird somit das Substrat in dem Kontaktmittel lokal aufgeschmolzen und die stoffschlüssige Schweißverbindung zu dem Kontaktmittel geschaffen. Ein Vorteil, der mit der vorstehend beschriebenen Weiterbildung einhergeht, ist, dass gänzlich auf zusätzlich erforderliche Hilfsstoffe verzichtet werden kann, wodurch in der Herstellung der Kontaktvorrichtung insgesamt weniger Handhabungsaufwand entsteht.According to the development described above, the polymer matrix of the substrate has a quantity of the polymer material that is homogeneously distributed or concentrated in the contact area. During the creation of the welded connection, the substrate is thus melted locally in the contact means and the material-to-material welded connection to the contact means is created. An advantage associated with the development described above is that additional auxiliary materials required can be dispensed with entirely, as a result of which there is less overall handling effort in the production of the contact device.

Alternativ oder zusätzlich kann die Verwendung eines zusätzlichen Hilfsstoffes zu einer erhöhten Festigkeit der Schweißverbindung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel führen.Alternatively or additionally, the use of an additional auxiliary can lead to an increased strength of the welded connection between the substrate and the contact means.

In einer vorteilhaften Weiterbildung liegt das Polymermaterial daher zumindest teilweise als ein Hilfsstoff vor, welcher in dem Kontaktbereich zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel angeordnet ist.In an advantageous development, the polymer material is therefore at least partially present as an auxiliary substance which is arranged in the contact area between the substrate and the contact means.

Durch die vorstehend beschriebene Weiterbildung lässt sich die Festigkeit der Schweißverbindung, wie oben beschrieben, verbessern. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass das Polymermaterial in dem Substrat enthalten ist. Vorzugsweise ist das Polymermaterial nicht in dem Substrat enthalten. Vielmehr ist es eine Erkenntnis der Anmelderin, dass sich die Eigenschaften der Bestandteile der Kontaktvorrichtung hinsichtlich verschiedener Anforderungen besser optimieren lassen, wenn das Substrat durch sein Material nicht zur Ausgestaltung der stoffschlüssigen Verbindung dienen muss. Stattdessen können das Substrat sowie das Kontaktmittel durch eine geeignete Materialwahl alleine in Hinblick auf eine gute elektrische und bedarfsweise thermische Leitfähigkeit hin optimiert sein, während der in dem Kontaktbereich angeordnete Hilfsstoff alleine in Hinblick auf einen niedrigen Schmelzpunkt sowie eine hohe Festigkeit hin optimiert ist. Dadurch wird eine einfache Herstellung der Kontaktvorrichtung bei gleichzeitig guten mechanischen, elektrischen sowie thermischen Eigenschaften ermöglicht.The strength of the welded connection, as described above, can be improved by the development described above. However, it is not absolutely necessary that the polymer material is contained in the substrate. Preferably, the polymeric material is not included in the substrate. Rather, the applicant has found that the properties of the components of the contact device can be better optimized with regard to various requirements if the material of the substrate does not have to be used to form the material connection. Instead, the substrate and the contact means can be optimized solely with regard to good electrical and, if necessary, thermal conductivity through a suitable choice of material, while the auxiliary material arranged in the contact area is optimized solely with regard to a low melting point and high strength. This enables the contact device to be manufactured easily while at the same time having good mechanical, electrical and thermal properties.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Kontaktbereich mindestens zwei Teilbereiche auf, wobei in einem der Teilbereiche eine größere Menge an Polymermaterial angeordnet ist als in dem anderen der beiden Teilbereiche.In an advantageous development, the contact area has at least two sub-areas, with a larger amount of polymer material being arranged in one of the sub-areas than in the other of the two sub-areas.

Untersuchungen der Anmelderin zeigten weiterhin, dass das in dem Kontaktbereich befindliche Polymermaterial nicht notwendigerweise homogen in dem Kontaktbereich verteilt werden muss, sondern zur Verbesserung der mechanischen sowie der elektrischen und thermischen Eigenschaften inhomogen verteilt sein kann. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Dichte des Polymermaterials in denjenigen Bereichen reduziert ist, in denen ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand von Vorteil ist, während die Dichte des Polymermaterials in denjenigen Bereichen erhöht ist, in denen eine hohe mechanische Festigkeit sowie hohe korrosive Beständigkeit vorteilhaft ist.Investigations by the applicant also showed that the polymer material located in the contact area does not necessarily have to be distributed homogeneously in the contact area, but can be distributed inhomogeneously to improve the mechanical as well as the electrical and thermal properties. It is advantageous here that the density of the polymer material is reduced in those areas in which a low electrical contact resistance is advantageous, while the density of the polymer material is increased in those areas in which high mechanical strength and high corrosive resistance are advantageous.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist einer der Teilbereiche frei von Polymermaterial, wobei das Kontaktmittel in dem Teilbereich, welcher frei von Polymermaterial ist, unmittelbar elektrisch leitfähig mit dem Substrat verbunden ist.In an advantageous development, one of the partial areas is free of polymer material, with the contact means being directly electrically conductively connected to the substrate in the partial area which is free of polymer material.

Die vorstehend beschriebene vorteilhafte Weiterbildung erlaubt es, eine konstruktive Funktionstrennung innerhalb des Kontaktbereiches vorzusehen, wobei der eine der Teilbereiche alleine zur Ausgestaltung der stoffschlüssigen Verbindung und der andere der Teilbereiche alleine zur Ausgestaltung einer guten elektrisch leitenden Verbindung dient. Der Teilbereich, in welchem die größere Menge an Polymermaterial angeordnet ist, dient zur Schaffung der stoffschlüssigen Schweißverbindung, während der Teilbereich, in welchem kein Polymermaterial angeordnet ist, zur Schaffung der elektrisch leitenden Verbindung dient. The advantageous development described above makes it possible to provide a constructive separation of functions within the contact area, with one of the sub-areas serving solely to form the integral connection and the other of the sub-sections solely serving to form a good electrically conductive connection. The partial area in which the larger quantity of polymer material is arranged serves to create the material-to-material welded connection, while the partial area in which no polymer material is arranged serves to create the electrically conductive connection.

Es liegt im Rahmen der vorteilhaften Weiterbildung, dass die Teilbereiche jeweils eine geometrische Form haben, welche die Wärme- oder Stromdichteverteilung in der Ebene der Kontaktvorrichtung, insbesondere im Substrat, begünstigt. So kann das Polymermaterial in einem regelmäßigen Muster, z.B. in Form von Streifen oder konzentrischen Kreisen in dem Kontaktbereich angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Kontaktbereich in mehr als zwei Teilbereiche unterteilt.It is within the scope of the advantageous development that the partial areas each have a geometric shape that promotes the heat or current density distribution in the plane of the contact device, in particular in the substrate. Thus the polymeric material can be arranged in a regular pattern, for example in the form of stripes or concentric circles in the contact area. The contact area is preferably divided into more than two partial areas.

Es liegt ferner im Rahmen der vorteilhaften Weiterbildung, das Substrat in Abhängigkeit der Anzahl und/oder Geometrie und/oder der Lage der Teilbereiche auszubilden. Hierbei weist das Substrat selbst mindestens einen Bereich auf, in dem das Polymermaterial eingebracht ist und daher mit einer guten Schweißbarkeit einhergeht. Bei der vorteilhaften Ausführungsform, bei der das Substrat als Verbundmaterial aus einer Polymermatrix mit darin gebundenen leitfähigen Partikeln ausgestaltet ist, ist die Dichte der Partikel in dem Bereich der stoffschlüssigen Verbindung vorzugswese geringer, als die Dichte der Partikel in demjenigen Bereich, in dem das Substrat zur elektrischen Kontaktierung unmittelbar mit dem Kontaktmittel verbunden ist.It is also within the scope of the advantageous development to design the substrate depending on the number and/or geometry and/or the position of the partial areas. In this case, the substrate itself has at least one area in which the polymer material is introduced and is therefore associated with good weldability. In the advantageous embodiment, in which the substrate is designed as a composite material made of a polymer matrix with conductive particles bonded therein, the density of the particles in the area of the material connection is preferably lower than the density of the particles in the area in which the substrate is electrical contact is directly connected to the contact means.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Substrat auf einer dem Kontaktmittel abgewandten Seite in einem zweiten Kontaktbereich stoffschlüssig und elektrisch leitfähig mit einem zweiten Kontaktmittel verbunden, wobei das Substrat und das zweite Kontaktmittel mittels eines zweiten Polymermaterials miteinander verschweißt sind.In an advantageous development, the substrate is materially and electrically conductively connected to a second contact means on a side facing away from the contact means in a second contact region, the substrate and the second contact means being welded to one another by means of a second polymer material.

Die vorstehend beschriebene Weiterbildung der Kontaktvorrichtung ermöglicht eine gute elektrische oder bedarfsweise thermische Kontaktierung zweier Komponenten, welche beide eine unebene Oberfläche aufweisen oder ungebunden, z.B. in Gestalt eines Elektrolyten vorliegen. Die zwei Kontaktbereiche sind räumlich voneinander getrennt. Die Erzeugung der stoffschlüssigen Schweißverbindung erfolgt zwischen dem Substrat und den beiden Kontaktmitteln, indem das Substrat zwischen den beiden Kontaktmitteln angeordnet wird und das jeweils zwischen dem Substrat den beiden Kontaktmitteln angeordnete erste und zweite Polymermaterial mittels eines elektrischen Stromes aufgeschmolzen wird.The development of the contact device described above enables good electrical or, if necessary, thermal contacting of two components, both of which have an uneven surface or are unbound, for example in the form of an electrolyte. The two contact areas are spatially separated from one another. The material-to-material welded connection is created between the substrate and the two contact means by arranging the substrate between the two contact means and first and second polymer material arranged between the substrate and the two contact means is melted by means of an electric current.

Es liegt im Rahmen der vorteilhaften Weiterbildung, dass das zweite Polymermaterial zumindest teilweise die gleiche Stoffzusammensetzung aufweist wie das erste Polymermaterial, oder sich von diesem unterscheidet.It is within the scope of the advantageous development that the second polymer material at least partially has the same material composition as the first polymer material or differs from it.

Es liegt ferner im Rahmen der vorteilhaften Weiterbildung, dass die beiden Schweißverbindungen identisch oder jedoch unterschiedlich ausgestaltet sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Substrat an einer Seite zumindest teilweise aus Polymermaterial besteht, welches oberflächennah aufgeschmolzen wird, um die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und dem einem Kontaktmittel zu erzeugen, während auf der anderen Seite ein Hilfsstoff aufgetragen ist, welcher das zweite Polymermaterial enthält, und ebenfalls aufgeschmolzen wird, um die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und dem anderen Kontaktmittel zu erzeugen.It is also within the scope of the advantageous development that the two welded joints are configured identically or differently. It is advantageous if the substrate consists at least partially of polymer material on one side, which is melted close to the surface in order to create the material connection between the substrate and one contact means, while an auxiliary substance is applied to the other side, which the second polymer material contains, and is also melted in order to produce the material connection between the substrate and the other contact means.

Die eingangs genannte Aufgabe ist weiterhin durch eine erfindungsgemäße, elektrochemische Zelle gelöst. Diese weist in an sich bekannter Weise einen Zellraum, eine ionendurchlässige Zellmembran und eine Elektrode auf. Der Zellraum ist dabei zu mindestens einer Seite durch die Zellmembran begrenzt und die Elektrode ist in dem Zellraum angeordnet.The object mentioned at the outset is also achieved by an electrochemical cell according to the invention. In a manner known per se, this has a cell space, an ion-permeable cell membrane and an electrode. The cell space is delimited on at least one side by the cell membrane and the electrode is arranged in the cell space.

Es ist wesentlich für die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle, dass die Elektrode zumindest teilweise als erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung oder eine vorteilhafte Weiterbildung davon ausgestaltet ist. Das Substrat ist im Wesentlichen parallel zu der Zellmembran angeordnet. Das Kontaktmittel ist zwischen dem Substrat und der Zellmembran angeordnet und füllt den Zellraum zumindest teilweise aus.It is essential for the electrochemical cell according to the invention that the electrode is designed at least partially as a contact device according to the invention or an advantageous development thereof. The substrate is arranged essentially parallel to the cell membrane. The contact means is arranged between the substrate and the cell membrane and at least partially fills the cell space.

Es ist eine erfindungswesentliche Erkenntnis, dass die oben beschriebene Kontaktvorrichtung eine besonders gute Eignung für einen Einsatz als Elektrode zur Kontaktierung eines Elektrolyten in einer elektrochemischen Zelle aufweist. Denn gegenüber bereits bekannten Kontaktvorrichtungen weist die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung aufgrund der Schweißverbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Substrat und dem elektrisch leitfähigen Kontaktmittel eine hohe korrosive Beständigkeit auf. Gleichzeitig geht die Verbindung mit einer hohen Festigkeit einher ohne das Kontaktmittel in der Herstellung komprimieren zu müssen. Insbesondere ist es vorteilhaft das Kontaktmittel stoffdurchlässig auszubilden. Denn bei einer geringen Komprimierung des Kontaktmittels, verringert sich der Strömungswiderstand innerhalb des Kontaktmittels und die Kontaktfläche für den zu kontaktierenden Elektrolyten wird maximiert.It is a finding that is essential to the invention that the contact device described above is particularly well suited for use as an electrode for contacting an electrolyte in an electrochemical cell. Because compared to already known contact devices, the contact device according to the invention has a high corrosive resistance due to the welded connection between the electrically conductive substrate and the electrically conductive contact means. At the same time, the connection is very strong without having to compress the contact means during production. In particular, it is advantageous to design the contact means to be material-permeable. This is because with a low compression of the contact medium, the flow resistance within the contact medium is reduced and the contact surface for the electrolyte to be contacted is maximized.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Zellrahmenelement zwischen der Zellmembran und dem Substrat angeordnet, wobei das Zellrahmenelement das Kontaktmittel randseitig begrenzt.In an advantageous development, a cell frame element is arranged between the cell membrane and the substrate, the cell frame element delimiting the contact means at the edge.

Die vorstehend beschriebene Anordnung des Zellrahmenelements ermöglicht es, auch bei der Montage der elektrochemischen Zelle sicherzustellen, dass das Kontaktmittel nicht übermäßig, insbesondere um nicht mehr als 5% gegenüber einem unverformten Zustand vor dem Verschweißen mit dem Substrat komprimiert wird. Gleichzeitig können die Komponenten der elektrochemischen Zelle in an sich bekannter Weise geschichtet werden, sodass keine zusätzlichen Maßnahmen vorgesehen werden müssen, um das Kontaktmittel mechanisch zu schonen.The arrangement of the cell frame element described above makes it possible to ensure, even during assembly of the electrochemical cell, that the contact means is not excessively compressed, in particular by no more than 5% compared to an undeformed state before welding to the substrate. At the same time, the components of the electrochemical cell can be layered in a manner known per se, so that no additional measures have to be taken to mechanically protect the contact means.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der elektrochemischen Zelle ist das Substrat auf einer dem Kontaktmittel abgewandten Seite mit einem Stromsammler elektrisch kontaktiert.In an advantageous development of the electrochemical cell, the substrate is electrically contacted with a current collector on a side facing away from the contact means.

Gemäß vorstehend beschriebener Weiterbildung dient die Kontaktvorrichtung einerseits zur elektrischen Kontaktierung des Elektrolyten in der elektrochemischen Zelle und andererseits zur elektrischen Kontaktierung des Stromsammlers. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Substrat sowie der Stromsammler jeweils eine glatte Oberfläche aufweisen, an denen sie aneinander anliegen. Es liegt jedoch auch im Rahmen der vorteilhaften Weiterbildung, dass das Substrat und der Stromsammler zueinander korrespondierende Kontaktmittel aufweisen, welche zur Verringerung des elektrischen Kontaktwiderstandes und/oder zur gegenseitigen Ausrichtung des Substrats und des Stromsammlers während der Montage dienen.According to the development described above, the contact device serves on the one hand for making electrical contact with the electrolyte in the electrochemical cell and on the other hand for making electrical contact with the current collector. It is advantageous here if the substrate and the current collector each have a smooth surface on which they rest against one another. However, it is also within the scope of the advantageous development that the substrate and the current collector have mutually corresponding contact means, which are used to reduce the electrical contact resistance and/or to mutually align the substrate and the current collector during assembly.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist das Substrat der Kontaktvorrichtung zweiseitig mit jeweils einem Kontaktmittel verschweißt. Das eine Kontaktmittel ist dabei in bereits erläuterter Weise in den Zellraum der elektrochemischen Zelle gewandt, während das andere Kontaktmittel in einen Zellraum einer benachbarten elektrochemischen Zelle gewandt ist. Das Substrat ist hierbei als Bipolarplatte ausgestaltet.In another advantageous development, the substrate of the contact device is welded on two sides, each with a contact means. In the manner already explained, one contact means faces into the cell space of the electrochemical cell, while the other contact means faces into a cell space of an adjacent electrochemical cell. In this case, the substrate is designed as a bipolar plate.

Die vorstehend beschriebene Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass die Kontaktvorrichtung dazu genutzt werden kann, die Zellräume zweier benachbarter elektrochemischer Zellen räumlich voneinander zu trennen und gleichzeitig die in den Zellräumen befindlichen Elektrolyten mit einer großen Kontaktfläche und hoher korrosiver Beständigkeit zu kontaktieren. Dabei dient das Substrat, entsprechend vorstehender Beschreibung als Bipolarplatte, welche einen Ladungsträgerfluss zwischen den getrennten Elektrolyten ermöglicht, ohne jedoch eine Vermengung der Elektrolyte zuzulassen.The development described above has the advantage that the contact device can be used to spatially separate the cell spaces of two adjacent electrochemical cells from one another and at the same time the electrolytes located in the cell spaces with a large ßen contact surface and high corrosive resistance to contact. In this case, the substrate, according to the above description, serves as a bipolar plate, which enables a charge carrier flow between the separate electrolytes, but without allowing the electrolytes to mix.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Substrat auf einer dem Zellraum zugewandten Seite mindestens eine Vertiefung auf, welche durch mindestens einen Steg begrenzt ist und der Kontaktbereich zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel zumindest teilweise auf dem Steg ausgebildet ist.In an advantageous development, the substrate has at least one depression on a side facing the cell space, which is delimited by at least one web and the contact area between the substrate and the contact means is formed at least partially on the web.

Die zumindest einseitig angeordnete Vertiefung dient vorzugsweise dazu, einen in die elektrochemische Zelle eingebrachten Stoffstrom zu leiten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der besagte Stoffstrom den Zellraum der elektrochemischen Zelle durchströmt. Die Vertiefung ist vorzugsweise mäanderartig auf einer dem Kontaktmittel zugewandten Seite des Substrats ausgestaltet. Vorzugsweise weist das Substrat mehrere Vertiefungen auf.The indentation arranged at least on one side preferably serves to guide a material flow introduced into the electrochemical cell. This is particularly advantageous when said material flow flows through the cell space of the electrochemical cell. The depression is preferably configured in a meandering manner on a side of the substrate facing the contact means. The substrate preferably has a plurality of depressions.

Der Steg dient zur Begrenzung der Vertiefung. Die Oberfläche des Steges dient zur Ausgestaltung zumindest eines Teils des Kontaktbereichs zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel. Das Kontaktmittel ist vorzugsweise flächig ausgestaltet, und entspricht in seiner Grundform im Wesentlichen der Grundform des Substrats. Dabei muss die Geometrie des Kontaktmittels nicht an den Verlauf der Vertiefung oder etwa der Lage des Steges angepasst sein. Vielmehr können das Kontaktmittel und das Substrat während der Herstellung der Kontaktvorrichtung flächig aneinander angeordnet und lediglich in den Bereichen der Stege und nur dort, wo das Polymermaterial angeordnet ist, stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Vorzugsweise ist das Kontaktmittel jedoch nicht in der Vertiefung angeordnet, sondern nur an der Oberfläche des Steges. Dadurch ist der Strömungswiderstand in der Vertiefung reduziert.The web serves to limit the depression. The surface of the web serves to form at least part of the contact area between the substrate and the contact means. The contact means is preferably designed to be flat and its basic shape essentially corresponds to the basic shape of the substrate. In this case, the geometry of the contact means does not have to be adapted to the course of the depression or, for example, to the position of the web. Rather, the contact means and the substrate can be arranged flat against one another during the manufacture of the contact device and materially connected to one another only in the areas of the webs and only where the polymer material is arranged. However, the contact means is preferably not arranged in the recess, but rather only on the surface of the web. This reduces the flow resistance in the recess.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die elektrochemische Zelle als Redox-Flow-Zelle ausgestaltet und der Zellraum mit einem Elektrolyten, vorzugweise einem Vanadium enthaltenden Elektrolyten, durchströmbar.In an advantageous development, the electrochemical cell is configured as a redox flow cell and an electrolyte, preferably an electrolyte containing vanadium, can flow through the cell chamber.

Eine Redox-Flow-Zelle ist üblicherweise ein Bestandteil eines Redox-Flow-Systems, welches zwei Elektrolyttanks mit jeweils einer Pumpvorrichtung umfasst. In den Elektrolyttanks sind Elektrolyten gespeichert, welche mittels ihrer jeweiligen Pumpvorrichtung durch jeweils einen von mindestens zwei Zellräumen der Redox-Flow-Zelle gefördert werden. Die Zellräume sind dabei durch die ionenpermeable Membran voneinander getrennt.A redox flow cell is usually part of a redox flow system, which includes two electrolyte tanks, each with a pump device. Electrolytes are stored in the electrolyte tanks, which are conveyed through one of at least two cell chambers of the redox flow cell by means of their respective pump device. The cell spaces are separated from each other by the ion-permeable membrane.

Bei der Durchströmung mit dem Elektrolyten findet in den Zellräumen eine elektrochemische Reaktion statt, wobei aus dem einen Elektrolyten, welcher einen der Zellräume durchströmt, Ionen sowie Elektronen gelöst werden. Die Ionen gelangen durch die ionenpermeable Membran in den anderen Zellraum der Redox-Flow-Zelle, während die Elektronen über das Kontaktmittel in die Kontaktvorrichtung gelangen und über eine mittelbare oder unmittelbare elektrische Kontaktierung als elektrischer Strom nutzbar gemacht werden.When the electrolyte flows through, an electrochemical reaction takes place in the cell spaces, with ions and electrons being released from the one electrolyte that flows through one of the cell spaces. The ions pass through the ion-permeable membrane into the other cell space of the redox flow cell, while the electrons pass through the contact means into the contact device and are made usable as electrical current via direct or indirect electrical contact.

In vorbekannten Redox-Flow-Zellen werden Kontaktvorrichtungen eingesetzt, welche ein elektrisch leitfähiges und stoffdurchlässiges Kontaktmittel sowie ein elektrisch leitfähiges Substrat umfassen. Allerdings sind die Komponenten bekannter Kontaktvorrichtungen nicht miteinander verschweißt. Vielmehr werden das Kontaktmittel und das Substrat in bereits beschriebener Weise miteinander verklebt oder mittels der Gehäusekomponenten der Redox-Flow-Zelle verpresst und dabei gegenüber einem unverformten Zustand um 20%-30% komprimiert. Dadurch ist das Kontaktmittel nur unter hohem Druck mit einem Elektrolyten durchströmbar. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektrode kann der Elektrolyt somit im Vergleich zu Redox-Flow-Zellen mit konventionellen Kontaktvorrichtungen und stark verformten Kontaktmitteln bei gleichem Volumenstrom mit geringerem Druck in den Zellraum gefördert werden.In previously known redox flow cells, contact devices are used which include an electrically conductive and material-permeable contact means and an electrically conductive substrate. However, the components of known contact devices are not welded together. Rather, the contact means and the substrate are glued together in the manner already described or pressed by means of the housing components of the redox flow cell and are thereby compressed by 20%-30% compared to an undeformed state. As a result, an electrolyte can only flow through the contact medium under high pressure. Due to the configuration of the electrode according to the invention, the electrolyte can thus be conveyed into the cell chamber with the same volume flow with a lower pressure than in redox flow cells with conventional contact devices and heavily deformed contact means.

Die Ausgestaltung der Elektrode als erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung unterscheidet die erfindungsgemäße Redox-Flow-Zelle von vorbekannten Redox-Flow-Zellen. Der Einsatz der Kontaktvorrichtung, bei der das Substrat und das Kontaktmittel miteinander verschweißt sind, erlaubt es, die Gesamteffizienz im Betrieb einer Redox-Flow-Zelle deutlich zu steigern, da das Kontaktmittel nicht oder nur geringfügig komprimiert ist und die erforderliche Pumpenleistung aufgrund des geringen Strömungswiderstandes entsprechend gering dimensioniert sein kann.The configuration of the electrode as a contact device according to the invention distinguishes the redox flow cell according to the invention from previously known redox flow cells. The use of the contact device, in which the substrate and the contact medium are welded together, makes it possible to significantly increase the overall efficiency in the operation of a redox flow cell, since the contact medium is not or only slightly compressed and the required pump capacity due to the low flow resistance can be dimensioned accordingly small.

Ferner ist die Herstellung der Redox-Flow-Zelle vereinfacht, da die Komponenten der Kontaktvorrichtung mittels des Polymermaterials fest miteinander verbunden sind, sodass nur wenige Handhabungs- und Montageschritte erforderlich sind, um die Redox-Flow-Zelle zu montieren. Ferner geht die Schweißverbindung mit einer hohen mechanischen Stabilität für die Kontaktvorrichtung einher. Dies reduziert signifikant die Anzahl der im Stackbau zu montierenden Einzelkomponenten bei gleicher Stackgröße.Furthermore, the production of the redox flow cell is simplified since the components of the contact device are firmly connected to one another by means of the polymer material, so that only a few handling and assembly steps are required to assemble the redox flow cell. Furthermore, the welded connection is associated with high mechanical stability for the contact device. This significantly reduces the number of individual components to be assembled in stack construction with the same stack size.

Die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktmittel und dem Elektrolyten ist ferner vorteilhaft, wenn die Redox-Flow-Halbzelle von einem Vanadium enthaltenden Elektrolyten durchströmbar ist. Ein derartiger Elektrolyt ist stark korrosiv, sodass die Vorteile der Schweißverbindung einer erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung nicht durch eine bekannte Verklebung zwischen dem Kontaktmittel und dem Substrat erreichbar sind.The welded connection between the contact means and the electrolyte is also advantageous if the redox flow half-cell from a vana dium-containing electrolyte can flow through. Such an electrolyte is highly corrosive, so that the advantages of the welded connection of a contact device according to the invention cannot be achieved by a known adhesive bond between the contact means and the substrate.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich für die Ausgestaltung von Redox-Flow-Zellen, wenn das Kontaktmittel als Graphitfilz ausgestaltet ist und das Substrat als Verbundmaterial mit einer Polymermatrix und einer Mehrzahl darin gebundener Graphitpartikel ausgestaltet ist. Ein derart ausgestaltetes Verbundbauteil weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, so dass insbesondere im Vergleich zu bekannten Redox-Flow-Zellen keine starke Kompression zur Senkung des Kontaktwiderstands notwendig ist. Gleichzeitig bleibt die hohe Porosität und Stoffdurchlässigkeit des Filzes erhalten. Dies verbessert die Strömungseigenschaften des Elektrolyten und seine Verteilung in der elektrochemischen Zelle und damit auch die Bereitstellung der Reaktionskomponenten für die Redoxreaktionen zum Laden und Entladen der Zelle. Insbesondere verbessert sich die Durchströmbarkeit des Filzes und führt zu einer Reduktion der erforderlichen Pumpleistung.A particular advantage results for the design of redox flow cells if the contact means is designed as a graphite felt and the substrate is designed as a composite material with a polymer matrix and a plurality of graphite particles bonded therein. A composite component designed in this way has good electrical conductivity, so that, in particular in comparison to known redox flow cells, no strong compression is necessary to reduce the contact resistance. At the same time, the high porosity and permeability of the felt are retained. This improves the flow properties of the electrolyte and its distribution in the electrochemical cell and thus also the provision of the reaction components for the redox reactions for charging and discharging the cell. In particular, the flow through the felt improves and leads to a reduction in the required pumping power.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die elektrochemische Zelle als Brennstoffzelle ausgestaltet, wobei der Zellraum mit einem Fluid, welches einen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, oder ein Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff, enthält, durchströmbar ist.In an advantageous development, the electrochemical cell is configured as a fuel cell, with a fluid containing a fuel, in particular hydrogen, or an oxidizing agent, in particular oxygen, being able to flow through the cell chamber.

Es ist eine weitere Erkenntnis der Anmelderin, dass die elektrochemische Zelle nicht alleine für den Einsatz als Redox-Flow-Zelle geeignet ist. Vielmehr liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die elektrochemische Zelle als Brennstoffzelle ausgestaltet ist, wobei der Zellraum, entsprechend obiger Beschreibung, mit einem Fluid, welches den Brennstoff oder das Oxidationsmittel enthält, durchströmbar ist. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel können jeweils in einem flüssigem oder in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen.It is a further finding of the applicant that the electrochemical cell alone is not suitable for use as a redox flow cell. Rather, it is within the scope of the invention for the electrochemical cell to be designed as a fuel cell, with a fluid containing the fuel or the oxidizing agent being able to flow through the cell chamber, as described above. The fuel and the oxidizing agent can each be present in a liquid or in a gaseous state of aggregation.

Zwar unterscheidet sich die Bauweise einer Brennstoffzelle grundsätzlich von der Struktur einer Redox-Flow-Zelle. Allerdings sind insbesondere die Elektroden bekannter Brennstoffzellen nahezu identisch zu den Elektroden bekannter Redox-Flow-Zellen ausgestaltet. Somit können durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung als Elektrode einer Brennstoffzelle im Wesentlichen die gleichen Vorteile erreicht werden, wie bei einer Redox-Flow-Zelle.The design of a fuel cell differs fundamentally from the structure of a redox flow cell. However, in particular the electrodes of known fuel cells are configured almost identically to the electrodes of known redox flow cells. Thus, by using a contact device according to the invention as an electrode of a fuel cell, essentially the same advantages can be achieved as with a redox flow cell.

Die eingangs genannte Aufgabe ist weiterhin durch einen erfindungsgemäßen Zellenstapel gelöst. Der erfindungsgemäße Zellenstapel umfasst mindestens zwei elektrochemischen Zellen, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dabei ist zumindest eine der elektrochemischen Zellen gemäß der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon ausgestaltet.The object mentioned at the outset is also achieved by a cell stack according to the invention. The cell stack according to the invention comprises at least two electrochemical cells which are electrically connected in series. At least one of the electrochemical cells is designed according to the electrochemical cell according to the invention or an advantageous development thereof.

Durch die vorstehend beschriebene Anordnung mindestens zweier elektrochemischer Zellen, lässt sich die elektrische Spannung, welche durch lediglich eine elektrochemische Zelle erzeugt wird, bedarfsweise und in unmittelbarer Abhängigkeit von der Anzahl in Reihe geschalteter Zellen vergrößern. Gegenüber vorbekannten Zellenstapeln (auch: Zellenstacks) ist es möglich, die für den Stackbau relevante Repetitionseinheit, welche im Stand der Technik aus einer Schicht aus dem Kontaktmittel, dem Substrat sowie gegebenenfalls einem weiteren Kontaktmittel besteht, zu einer einzigen und dauerhaft verbundenen Verbundkomponente zu reduzieren. Da während der Montage des Stacks üblicherweise zunächst alle Einzelkomponenten aufeinandergestapelt werden und erst abschließend durch einen äußeren Kraftschluss, z.B. durch Fügen von Gehäusekomponenten, final fixiert und abgedichtet werden, vereinfacht eine Verringerung der Anzahl der Einzelkomponenten den Herstellungsprozess, senkt die Fehlerquote und vereinfacht die Qualitätssicherung.The above-described arrangement of at least two electrochemical cells allows the electric voltage, which is generated by just one electrochemical cell, to be increased as needed and directly as a function of the number of cells connected in series. Compared to previously known cell stacks (also: cell stacks), it is possible to reduce the repetition unit relevant for the stack construction, which in the prior art consists of a layer of the contact means, the substrate and, if necessary, another contact means, to a single and permanently connected composite component. Since during the assembly of the stack all individual components are usually first stacked on top of each other and only finally fixed and sealed by an external frictional connection, e.g. by joining housing components, a reduction in the number of individual components simplifies the manufacturing process, lowers the error rate and simplifies quality assurance.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktvorrichtung. Dabei werden in einem Verfahrensschritt A) mindestens ein elektrisch leitfähiges und verformbares, vorzugsweise stoffdurchlässiges, Kontaktmittel, sowie ein elektrisch leitfähiges Substrat bereitgestellt;
In einem Verfahrensschritt B) wird das Substrat und das Kontaktmittel zur Ausbildung eines gemeinsamen Kontaktbereichs geschichtet, wobei ein in dem Substrat enthaltenes Polymermaterial und/oder ein Hilfsstoff, welcher das Polymermaterial enthält, in dem Kontaktbereich angeordnet ist;
In einem Verfahrensschritt C) wird ein elektrischer Strom zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel in dem Kontaktbereich erzeugt und das Polymermaterial aufgeschmolzen, um das Substrat und das Kontaktmittel zu verschweißen.The invention also relates to a method for manufacturing a contact device. In a process step A), at least one electrically conductive and deformable, preferably material-permeable, contact means and an electrically conductive substrate are provided;
In a method step B), the substrate and the contact means are layered to form a common contact region, with a polymer material contained in the substrate and/or an auxiliary substance containing the polymer material being arranged in the contact region;
In a method step C), an electric current is generated between the substrate and the contact means in the contact area and the polymer material is melted in order to weld the substrate and the contact means.

Vorzugsweise dient das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung oder zur Herstellung einer vorteilhaften Weiterbildung der Kontaktvorrichtung, einer elektrochemischen Zelle oder eines Zellenstapels.The method described above is preferably used to produce the contact device according to the invention or to produce an advantageous development of the contact device, an electrochemical cell or a cell stack.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das in Verfahrensschritt A) bereitgestellte Substrat das Polymermaterial, vorzugsweise in einem Randbereich, welcher zu späteren Ausgestaltung des Kontaktbereichs dient. Zusätzlich oder alternativ kann das Polymermaterial zumindest teilweise in Gestalt eines Hilfsstoffes auf das Substrat und/oder auf das Kontaktmittel aufgetragen werden.In order to carry out the method according to the invention, the substrate provided in method step A) contains the polymer material, preferably in an edge area which is used for the subsequent configuration of the contact area. Additionally or alternatively, the polymer material can be at least partially in the form of an auxiliary substance the substrate and/or be applied to the contact means.

In Verfahrensschritt B) werden das Substrat und das Kontaktmittel derart geschichtet, sodass der gemeinsame Kontaktbereich entsteht, in welchem das Polymermaterial angeordnet ist. Die Schichtung erfolgt manuell und/oder automatisiert.In method step B), the substrate and the contact means are layered in such a way that the common contact area is formed, in which the polymer material is arranged. Stratification is done manually and/or automatically.

Daraufhin wird in Verfahrensschritt C) mittels einer Stromquelle ein Strom mit einer einstellbaren und/oder regelbaren Stromstärke erzeugt, wobei der Strom zwischen dem Substrat und dem Kontakt fließt. Infolge eines hohen Kontaktwiderstandes zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel entwickelt sich Wärme, welche ein Aufschmelzen des Polymermaterials in dem Kontaktbereich innerhalb kurzer Zeit bewirkt. Die Stromdichte und Dauer des Schweißprozesses werden hierbei vorzugsweise von den zu fügenden Materialien, insbesondere dem Substrat und dem Kontaktmittel, und/oder deren Abmessungen und Geometrien und/der von der Gesamtanzahl zu fügender Komponenten abhängig gewählt.Then, in method step C), a current with an adjustable and/or controllable current intensity is generated by means of a current source, the current flowing between the substrate and the contact. As a result of a high contact resistance between the substrate and the contact means, heat develops, which causes the polymer material in the contact area to melt within a short time. The current density and duration of the welding process are preferably selected as a function of the materials to be joined, in particular the substrate and the contact means, and/or their dimensions and geometries and/or the total number of components to be joined.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens liegt der Hilfsstoff in Verfahrensschritt B) zumindest teilweise als Pulver und/oder als Folie vor.In an advantageous development of the method, the auxiliary substance in method step B) is at least partially present as a powder and/or as a film.

Bei einer Ausgestaltung des Hilfsstoffes als ein Pulver lässt sich eine räumliche Dichteverteilung des Polymers in dem Kontaktbereich zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel auf einfache Weise graduell einstellen. Dies wirkt sich begünstigend auf die stoffschlüssige Verbindung sowie die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel aus.If the auxiliary is in the form of a powder, a spatial density distribution of the polymer in the contact area between the substrate and the contact means can be gradually adjusted in a simple manner. This has a beneficial effect on the integral connection and the electrically conductive connection between the substrate and the contact means.

Bei einer Ausgestaltung des Hilfsstoffes als eine Folie lässt sich bedarfswese eine gleichmäßige Dichteverteilung des Polymermaterials einstellen. Bedarfsweise weist die Folie Öffnungen auf, durch welche die gleichmäßige Dichteverteilung unterbrochen ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Substrat als eine Bipolarplatte mit mindestens einer Vertiefung und einem Steg ausgestaltet ist. Dabei ist die Position oder die Kontur der Öffnung in der Folie an die Position und/oder die Geometrie der Vertiefung bzw. des Steges angepasst und wird während der Herstellung der Kontaktvorrichtung entsprechend der Lage der Vertiefung oder des Steges an dem Substrat angeordnet. Während des Schweißens wird die stoffschlüssige Verbindung somit nur in dem Bereich eines Steges geschaffen. Die Vertiefung bleibt hingegen frei von jeglichem Polymermaterial. Die für eine elektrochemische Zelle vorteilhafte Fluidleitung mittels der Vertiefung bleibt somit unbeeinträchtigt.If the auxiliary substance is designed as a film, a uniform density distribution of the polymer material can be set as required. If necessary, the film has openings through which the uniform distribution of density is interrupted. This is particularly advantageous when the substrate is designed as a bipolar plate with at least one depression and one web. The position or the contour of the opening in the film is adapted to the position and/or the geometry of the depression or the web and is arranged during the production of the contact device according to the position of the depression or the web on the substrate. During the welding, the material connection is thus created only in the area of a web. The indentation, on the other hand, remains free of any polymer material. The fluid conduction by means of the recess, which is advantageous for an electrochemical cell, thus remains unimpaired.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Kontaktmittel vor dem Verfahrensschritt C) mittels einer Schweißelektrode elektrisch kontaktiert und gegenüber einem unkomprimierten Volumen um höchstens 5% komprimiert.In an advantageous development of the method, prior to method step C), the contact means is electrically contacted by means of a welding electrode and compressed by at most 5% compared to an uncompressed volume.

Die Schweißelektroden werden unter Aufbringung einer geringen Kraft, z.B. entsprechend einer maximalen Kompression des Graphitfilzes um 5% gegenüber einem unverformten Zustand mit dem Substrat und dem Kontaktmittel in Verbindung gebracht. Der zwischen den Elektroden erzeugte Strom wird senkrecht zum Kontaktbereich durch das Substrat und das Kontaktmittel geleitet. Durch den Kontaktwiderstand kommt es, in bereits erläuterter Weise, zu einer lokalen Wärmeentwicklung, wodurch das Polymermaterial verflüssigt wird. Vorzugsweise wird das Substrat hierbei nur geringfügig, vorzugsweise überhaupt nicht, aufgeschmolzen. Auf diese Weise wird eine flächige, stoffschlüssige Verbindung der von außen nicht zugänglichen Grenzflächen der einzelnen Bauteile hin zur Verbundkomponente ermöglicht.The welding electrodes are brought into connection with the substrate and the contact means by applying a small force, e.g. corresponding to a maximum compression of the graphite felt by 5% compared to an undeformed state. The current generated between the electrodes is conducted perpendicularly to the contact area through the substrate and the contact means. As already explained, the contact resistance leads to a local development of heat, as a result of which the polymer material is liquefied. The substrate is preferably melted only slightly, preferably not at all. In this way, a surface-to-material connection of the boundary surfaces of the individual components, which are not accessible from the outside, to the composite component is made possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird vor Verfahrensschritt C) ein elektrisch isolierender Schweißrahmen an einem Randbereich des Kontaktmittels angeordnet, sodass in Verfahrensschritt C) die Schweißelektrode zumindest teilweise auf dem Schweißrahmen aufliegt.In an advantageous development of the method, an electrically insulating welding frame is arranged on an edge region of the contact means before method step C), so that in method step C) the welding electrode rests at least partially on the welding frame.

Der Schweißrahmen ermöglicht es, während des Schweißprozesses, eine übermäßige Kompression des Kontaktmittels auf einfache Weise zu vermeiden, um die Kontaktvorrichtung mit einer hohen geometrischen Anpassungsfähigkeit des Kontaktmittels sowie einem geringen Strömungswiderstand auszubilden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) ein elektrischer Widerstand in dem Kontaktbereich ermittelt und der elektrische Strom in Abhängigkeit des ermittelten Widerstandes in dem Kontaktbereich geregelt.The welding frame makes it possible to easily avoid excessive compression of the contact means during the welding process, in order to form the contact device with a high degree of geometric adaptability of the contact means and low flow resistance. In an advantageous development of the method, an electrical resistance in the contact area is determined in method step C) and the electric current is regulated as a function of the determined resistance in the contact area.

Es ist eine Erkenntnis der Anmelderin, dass sowohl die Produktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch die Qualität der hergestellten Kontaktvorrichtungen verbessert werden, wenn die Stromstärke des elektrischen Stromes zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel in Abhängigkeit des elektrischen, vorzugsweise ohmschen Widerstandes in dem Kontaktbereich geregelt wird. In einer vorteilhaft einfachen Ausführungsform wird dabei während des Schweißvorganges die Spannung zwischen dem Substrat und dem Kontaktmittel, vorzugsweise über jeweils einen Messkontakt an den Schweißelektroden gemessen. Die gemessene Spannung wird gemeinsam mit der eingestellten Stromstärke dazu verwendet, den elektrischen Widerstand zu ermitteln. Gemäß einer Erkenntnis der Anmelderin, verringert sich insbesondere der ohmsche Widerstand während des Schweißvorganges. Sobald der ermittelte elektrische Widerstand einen zuvor festgelegten Mindestwert unterschreitet, kann der Strom reduziert oder unterbrochen werden, um den Schweißprozess zu beenden. Zusätzlich oder alternativ ist die Stromstärke in Abhängigkeit einer einstellbaren Zeitdauer steuerbar. Insbesondere beträgt die Zeitdauer für die Durchführung des Schweißverfahrens in dem Verfahrensschritt C) höchstens 10 Sekunden.The applicant has found that both the productivity of the method according to the invention and the quality of the contact devices produced are improved if the amperage of the electrical current between the substrate and the contact means is controlled as a function of the electrical, preferably ohmic, resistance in the contact area. In an advantageously simple embodiment, the voltage between the substrate and the contact means is measured during the welding process, preferably via a respective measuring contact on the welding electrodes. The measured voltage is used together with the set current to determine the electrical resistance. According to a finding of the applicant, the particular decreases ohmic resistance during the welding process. As soon as the determined electrical resistance falls below a predetermined minimum value, the current can be reduced or interrupted in order to end the welding process. Additionally or alternatively, the current intensity can be controlled as a function of an adjustable period of time. In particular, the time required for carrying out the welding process in process step C) is at most 10 seconds.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den nachfolgend beschriebenen Figuren anhand von Ausführungsbeispielen gezeigt.Further advantageous configurations are shown in the figures described below using exemplary embodiments.

Es zeigen

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung;
2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung der Kontaktvorrichtung;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Redox-Flow-Zellenstapels mit der Kontaktvorrichtung;
4 ein Diagramm, in welchem die Energieeffizienz einer Redox-Flow-Zelle mit der Kontaktvorrichtung in Abhängigkeit von einer Betriebszyklenzahl und einem Kompressionsgrad des Kontaktmittels im Vergleich zu nicht gefügten Einzelkomponenten dargestellt ist.

Show it

1 an embodiment of a contact device according to the invention;
2 an embodiment of a device for producing the contact device;
3 an embodiment of a redox flow cell stack with the contact device;
4 a diagram in which the energy efficiency of a redox flow cell with the contact device is shown as a function of a number of operating cycles and a degree of compression of the contact means in comparison to non-joined individual components.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung 1 mit einem elektrisch leitfähigen Substrat 2, welches flächig ausgestaltet ist und in zwei Kontaktbereichen jeweils mittels eines Polymermaterials 4 bzw. 4' mit einem Kontaktmittel 3 bzw. 3' stoffschlüssig verschweißt ist. 1 shows an embodiment of a contact device 1 according to the invention with an electrically conductive substrate 2, which is flat and is welded in two contact areas by means of a polymer material 4 or 4′ to a contact means 3 or 3′.

Das gemäß 1 gezeigte Substrat 2 besteht aus einem Verbundmaterial mit einer Polymermatrix sowie einer Mehrzahl elektrisch leitfähiger Graphitpartikel, welche in der Polymermatrix gebunden sind. Die Kontaktmittel 3, 3' bestehen jeweils aus einem elektrisch leitfähigen, verformbaren und stoffdurchlässigen Graphitfilz.That according to 1 The substrate 2 shown consists of a composite material with a polymer matrix and a plurality of electrically conductive graphite particles which are bound in the polymer matrix. The contact means 3, 3' each consist of an electrically conductive, deformable and material-permeable graphite felt.

Die Kontaktvorrichtung 1 ist dazu geeignet, zwei technische Komponenten (nicht gezeigt) elektrisch leitfähig, und sofern kein Erfordernis nach elektrischer Isolation besteht, thermisch leitfähig zu verbinden. Die Verformbarkeit der Kontaktmittel 3, 3' ermöglicht es, auch uneben ausgestaltete Komponenten mit einer großen Kontaktfläche zu kontaktieren, indem sich die Geometrien der Kontaktmittel 3, 3' an die Konturen der jeweiligen zu kontaktierenden Komponenten anpassen. Dadurch wird die gemeinsame Kontaktfläche maximiert, wodurch sich der elektrische sowie der thermische Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktvorrichtung 1 und der kontaktierten Komponente verringert.The contact device 1 is suitable for connecting two technical components (not shown) in an electrically conductive manner and, if there is no requirement for electrical insulation, in a thermally conductive manner. The deformability of the contact means 3, 3' also makes it possible to contact unevenly designed components with a large contact surface, in that the geometries of the contact means 3, 3' adapt to the contours of the respective components to be contacted. This maximizes the common contact area, which reduces the electrical and thermal contact resistance between the contact device 1 and the contacted component.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Kontaktmittel 3, 3' eine Höhe von 40 mm, eine Breite von 60 mm sowie eine Dicke von 4,6 mm auf. Bei dem Polymermaterial 4, 4' handelt es sich um Polyvinylidenfluorid (PVDF), welches vor der Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung als Pulver in einer Menge von 3,7 mg je Kontaktmittel auf die Kontaktmittel aufgetragen wurde. Das Substrat 2 weist eine Höhe von 76 mm, eine Breite von 86 mm sowie eine Dicke von 0,6 mm auf.In the exemplary embodiment shown, the contact means 3, 3' have a height of 40 mm, a width of 60 mm and a thickness of 4.6 mm. The polymer material 4, 4' is polyvinylidene fluoride (PVDF), which was applied to the contact means as a powder in an amount of 3.7 mg per contact means before the material connection was produced. The substrate 2 has a height of 76 mm, a width of 86 mm and a thickness of 0.6 mm.

Die Kontaktmittel 3, 3' sind in dem gemäß 1 gezeigten Zustand jeweils gegenüber einem unverformten Zustand um maximal 5% verformt. Da die in dem Graphitfilz vorhandenen Zwischenräume zwischen einzelnen Graphitfasern nur geringfügig komprimiert sind, weisen die Kontaktmittel 3, 3' jeweils eine gute Stoffdurchlässigkeit auf. Diese äußert sich in einem geringen Strömungswiderstand, wenn die Kontaktmittel 3,3` jeweils mit einem Fluid durchströmt sind. Gleichzeitig weist die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat 2 und den Kontaktmitteln 3, 3' eine hohe Festigkeit sowie hohe korrosive Beständigkeit auf. Letztere ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kontaktvorrichtung 1 zur elektrischen Kontaktierung eines Elektrolyten in einer elektrochemischen Zelle verwendet wird.The contact means 3, 3 'are in accordance with 1 shown state deformed by a maximum of 5% compared to an undeformed state. Since the spaces between the individual graphite fibers in the graphite felt are only slightly compressed, the contact means 3, 3' each have good material permeability. This manifests itself in a low flow resistance when a fluid flows through the contact means 3,3'. At the same time, the integral connection between the substrate 2 and the contact means 3, 3' has a high level of strength and high resistance to corrosion. The latter is particularly advantageous if the contact device 1 is used for making electrical contact with an electrolyte in an electrochemical cell.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schweißvorrichtung 5, welche zur Herstellung der in 1 gezeigten Kontaktvorrichtung 1 dient. Zur Herstellung der Kontaktvorrichtung 1 wird das Substrat 2 sowie die zwei Kontaktmittel 3, 3' zunächst, in hier nicht gezeigter Weise, homogen mit einem Pulver, welches das Polymermaterial enthält, beschichtet. 2 shows an embodiment of a welding device 5, which is used to produce the in 1 shown contact device 1 is used. To produce the contact device 1, the substrate 2 and the two contact means 3, 3' are first coated homogeneously with a powder containing the polymer material in a manner not shown here.

Anschließend werden das Substrat 2 sowie die Kontaktmittel 3 und 3' geschichtet und dadurch zwei Kontaktbereiche ausgestaltet, in denen sich das zuvor aufgetragene Polymermaterial befindet. Die Kontaktmittel 3 und 3' werden jeweils mittels einer Schweißelektrode 6 bzw. 6' elektrisch kontaktiert. Dabei werden die Kontaktmittel 3, 3' jeweils gegenüber einem unverformten Zustand nur um maximal 5% komprimiert. Dies wird erreicht, indem ein elektrisch isolierender Schweißrahmen (hier nicht gezeigt) randseitig an jeweils einem der Kontaktmittel 3 und/oder 3' angeordnet wird. Während des sich anschließenden Schweißvorganges liegen die Schweißelektroden 6, 6' jeweils zumindest teilweise auf dem jeweiligen Schweißrahmen auf, sodass die Verformung der Kontaktmittel 3, 3' durch den Schweißrahmen begrenzt ist und von seinen Abmessungen abhängig ist.The substrate 2 and the contact means 3 and 3' are then layered, thereby forming two contact areas in which the previously applied polymer material is located. The contact means 3 and 3' are each electrically contacted by means of a welding electrode 6 or 6'. The contact means 3, 3' are each only compressed by a maximum of 5% compared to an undeformed state. This is achieved by arranging an electrically insulating welding frame (not shown here) at the edge of one of the contact means 3 and/or 3'. During the subsequent welding process, the welding electrodes 6, 6' rest at least partially on the respective welding frame, so that the deformation of the contact means 3, 3' is limited by the welding frame and depends on its dimensions.

Mittels des Netzgerätes 7 wird ein Stromfluss zwischen den beiden Schwei-ßelektroden 6 und 6' und somit auch durch die Schicht aus den Kontaktmitteln 3, 3' und dem zwischen den Kontaktmitteln 3, 3' befindlichen Substrat 2 erzeugt.The power supply 7 is used to generate a current flow between the two welding electrodes 6 and 6' and thus also through the layer made up of the contact means 3, 3' and the substrate 2 located between the contact means 3, 3'.

In den Kontaktbereichen zwischen dem Substrat 2 und den beiden Kontaktmitteln 3, 3' weist die Kontaktvorrichtung 1 jeweils einen erhöhten elektrischen Kontaktwiderstand auf. Infolge des erhöhten elektrischen Kontaktwiderstandes findet während des Stromflusses eine Wärmeentwicklung statt, welche dazu führt, dass das in den Kontaktbereichen befindliche Polymermaterial aufschmilzt.In the contact areas between the substrate 2 and the two contact means 3, 3′, the contact device 1 has an increased electrical contact resistance in each case. As a result of the increased electrical contact resistance, heat is generated during the current flow, which causes the polymer material located in the contact areas to melt.

Während des Aufschmelzens des Polymermaterials sinken die elektrischen Widerstände in den Kontaktbereichen. Das Netzgerät 7 ist dazu ausgestaltet, die elektrische Spannung zwischen den Elektroden zu messen. Eine Regeleinheit, auf welcher eine Software 8 gespeichert ist, nutzt die gemessene elektrische Spannung zusammen mit der eingestellten Stromstärke des erzeugten Stromes (hier: 85 A) zur Ermittlung des abfallenden Kontaktwiderstandes. Unterschreitet der ermittelte Widerstand einen gespeicherten Mindestwert, wird die Stromstärke des Stromes durch das Netzteil 7 reduziert und der Schweißvorgang beendet. Anschließend werden die Elektroden 6, 6' entfernt und die Kontaktvorrichtung 1 aus der Schweißvorrichtung 5 entnommen.During the melting of the polymer material, the electrical resistances in the contact areas decrease. The power supply unit 7 is designed to measure the electrical voltage between the electrodes. A control unit on which software 8 is stored uses the measured electrical voltage together with the set amperage of the current generated (here: 85 A) to determine the falling contact resistance. If the determined resistance falls below a stored minimum value, the amperage of the current is reduced by the power pack 7 and the welding process is ended. The electrodes 6, 6' are then removed and the contact device 1 is removed from the welding device 5.

Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Schweißverfahrens besteht darin, dass einerseits eine stoffschlüssige Verbindung mit hoher Festigkeit zwischen dem Substrat 2 und den Kontaktmitteln 3 und 3' erzeugt wird und die Kontaktmittel 3, 3' dabei nur geringfügig verformt werden. Da die Kontaktmittel aus Graphitfilz hergestellt sind, weist eine derart hergestellte Kontaktvorrichtung 1 eine besonders gute Eignung für den Einsatz als Elektrode in einer Redox-Flow-Zelle auf.The advantage of the welding method described above is that, on the one hand, an integral connection with high strength is produced between the substrate 2 and the contact means 3 and 3' and the contact means 3, 3' are only slightly deformed in the process. Since the contact means are made of graphite felt, a contact device 1 produced in this way is particularly suitable for use as an electrode in a redox flow cell.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zellenstapels 9, bei dem eine Mehrzahl an Redox-Flow-Zellen 10, von denen nur eine mit Bezugszeichen versehen ist, elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Redox-Flow-Zellen 10 weisen jeweils zwei Zellräume 11 und 12 auf, welche durch eine ionendurchlässige Membran 13 voneinander gentrennt sind. In den Zellräumen und 11, 12 ist ferner jeweils eine Elektrode angeordnet. Die Elektroden derjenigen Redox-Flow-Zellen, welche zu zwei anderen Redox-Flow-Zellen benachbart angeordnet sind, sind in identischer Weise als Kontaktvorrichtung 1 gemäß 1 ausgestaltet. Bei einer solchen Kontaktvorrichtung dient das Substrat 2 als Bipolarplatte, während eines der Kontaktmittel (Kontaktmittel 3 gemäß 3) in den Zellraum 12 der Redox-Flow-Zelle 10 gerichtet ist und das jeweils andere Kontaktmittel (Kontaktmittel 3' gemäß 3) in den Zellraum einer benachbarten Redox-Flow-Zelle gerichtet ist. Die Elektroden derjenigen Redox-Flow-Zellen, welche randseitig in dem Zellenstapel 9 angeordnet sind, umfassen ebenfalls ein als Bipolarplatte dienendes Substrat, welches jedoch nur einseitig mit einem Kontaktmittel verschweißt ist. Auf der dem Kontaktmittel abgewandten Seite ist das Substrat mit einem Stromsammler 14 oder 15 kontaktiert. 3 shows an embodiment of a cell stack 9, in which a plurality of redox flow cells 10, only one of which is provided with reference numerals, are electrically connected in series. The redox flow cells 10 each have two cell chambers 11 and 12 which are separated from one another by an ion-permeable membrane 13 . In each of the cell spaces 11 and 12 there is also an electrode. The electrodes of those redox flow cells which are arranged adjacent to two other redox flow cells are identical to the contact device 1 according to FIG 1 designed. In such a contact device, the substrate 2 serves as a bipolar plate, while one of the contact means (contact means 3 according to 3 ) is directed into the cell space 12 of the redox flow cell 10 and the respective other contact means (contact means 3 'according to 3 ) is directed into the cell space of a neighboring redox flow cell. The electrodes of those redox flow cells which are arranged at the edge in the cell stack 9 also comprise a substrate which serves as a bipolar plate, but which is only welded to a contact means on one side. On the side facing away from the contact means, the substrate is contacted with a current collector 14 or 15 .

Die Zellräume 11 und 12 der Redox-Flow-Zelle 10 sind jeweils mit einem von zwei Elektrolyttanks (nicht gezeigt) verbunden. Eine Pumpenvorrichtung (nicht gezeigt) dient dazu, das jeweilige Elektrolyt in einen der Zellräume 11 oder 12 zu fördern, in denen eine elektrochemische Reaktion von statten geht. Bei einem hier beispielhaft beschriebenen Entladevorgang werden aus einem der Elektrolyten Ionen gelöst, welche durch die ionendurchlässige Membran aus dem Zellraum 12 in den Zellraum 11 (oder umgekehrt) gelangen und dort von dem anderen der beiden Elektrolyten aufgenommen werden. Zeitgleich werden aus dem Elektrolyten, welcher die Ionen in dem Zellraum 12 abgibt, auch Elektronen gelöst, welche durch das Kontaktmittel 3 in das Substrat 2 und von dort durch den gesamten Zellenstapel 9 zu dem Stromsammler 14 gelangen. Durch elektrische Kontaktierung der Stromsammler 14 und 15 lässt sich der erzeugte Strom nutzbar machen.The cell chambers 11 and 12 of the redox flow cell 10 are each connected to one of two electrolyte tanks (not shown). A pump device (not shown) serves to convey the respective electrolyte into one of the cell spaces 11 or 12 in which an electrochemical reaction takes place. In a discharging process described here as an example, ions are released from one of the electrolytes and pass through the ion-permeable membrane from cell space 12 into cell space 11 (or vice versa) and are taken up there by the other of the two electrolytes. At the same time, electrons are also released from the electrolyte, which releases the ions in the cell space 12 , and pass through the contact means 3 into the substrate 2 and from there through the entire cell stack 9 to the current collector 14 . By making electrical contact with the current collectors 14 and 15, the current generated can be made usable.

Während der Montage des Zellenstapels 9 werden die in 3 gezeigten Bestandteile des Zellenstapels 9 durch Gehäusekomponenten (nicht gezeigt) eingehaust. Dabei dienen Zellrahmenelemente, von denen nur eines mit dem Bezugszeichen 16 versehen ist, dazu, eine Verformung der Kontaktmittel 3, 3' auf maximal 5% zu beschränken. Dadurch lässt sich für die Kontaktmittel 3, 3' auch im montierten Zustand eine gute Stoffdurchlässigkeit erreichen. Die positiven Einflüsse der guten Stoffdurchlässigkeit sowie der Schweißverbindung zwischen den Substraten und den Kontaktmitteln lässt sich aus dem Diagramm, welches in 4 gezeigt ist, entnehmen.During assembly of the cell stack 9, the 3 shown components of the cell stack 9 by housing components (not shown) housed. In this case, cell frame elements, only one of which is provided with the reference number 16, serve to limit a deformation of the contact means 3, 3' to a maximum of 5%. As a result, good material permeability can be achieved for the contact means 3, 3' even in the assembled state. The positive influences of the good material permeability and the welded connection between the substrates and the contact means can be seen from the diagram in 4 is shown.

4 zeigt ein Diagramm 17, in welchem die Energieeffizienz dreier unterschiedlicher Zellenstapel in Abhängigkeit einer Anzahl an Lade-/ und Entladezyklen dargestellt ist. 4 shows a diagram 17 in which the energy efficiency of three different cell stacks is shown as a function of a number of charging and discharging cycles.

Die in dem Diagramm 17 gezeigte Kurve 18 beschreibt die Energieeffizienz eines Zellenstapels mit einem Aufbau gemäß 3, welcher über eine Anzahl von 100 Zyklen mit einer Stromdichte von 80mA geladen und entladen wurde. Die Redox-Flow-Zellen des besagten Zellenstapels weisen mindestens eine Kontaktvorrichtung auf, deren Substrat und mindestens ein Kontaktmittel mittels eines Polymermaterials verschweißt sind und das Kontaktmittel nur geringfügig und um nicht mehr als 5% komprimiert ist.Curve 18 shown in diagram 17 describes the energy efficiency of a cell stack with a structure according to FIG 3 , which was charged and discharged over a number of 100 cycles with a current density of 80mA. The redox flow cells of said cell stack have at least one contact device whose substrate and at least one contact means are welded by means of a polymer material and the contact means is only slightly compressed by no more than 5%.

Die in dem Diagramm gezeigte Kurve 19 beschreibt die Energieeffizienz eines Zellenstapels, welcher eine Mehrzahl an konventionell ausgestaltete Redox-Flow-Zellen umfasst. Diese weisen ebenfalls mindestens eine Kontaktvorrichtung mit einem Substrat und einem Kontaktmittel auf, welches um maximal 5% komprimiert ist, allerdings sind das Substrat und das Kontaktmittel lediglich mittels der Gehäusekomponenten verpresst, sodass keine stoffschlüssige Schweißverbindung vorliegt.The curve 19 shown in the diagram describes the energy efficiency of a cell stack which includes a plurality of conventionally designed redox flow cells. These wise if there is at least one contact device with a substrate and a contact means, which is compressed by a maximum of 5%, but the substrate and the contact means are only pressed by means of the housing components, so that there is no material-to-material welded connection.

Die in dem Diagramm gezeigte Kurve 20 beschreibt die Energieeffizienz eines Zellenstapels, welcher ebenfalls eine Mehrzahl an konventionell ausgestaltete Redox-Flow-Zellen umfasst, deren Kontaktmittel jedoch um 20% komprimiert sind.The curve 20 shown in the diagram describes the energy efficiency of a cell stack, which also includes a plurality of conventionally configured redox flow cells, but whose contact means are compressed by 20%.

Wie in Diagramm 17 gezeigt ist, führt die stoffschlüssige Schweißverbindung sowie die geringe Kompression der Kontaktmittel in dem Zellenstapel insgesamt zu einer hohen Energieeffizienz des Zellenstapels (vgl. Kurve 18). Insbesondere ist die Energieeffizienz tendenziell höher als die Energieeffizient eines Zellenstapels, dessen Kontaktmittel in konventioneller Weise lediglich durch Anpressen der verwendeten Gehäusekomponenten gefügt sind, wodurch deren Kompression um 20% (vgl. Kurve 20) bedingt wird, und deutlich höher ist als die Energieeffizienz eines solchen konventionellen Zellenstapels, dessen Kontaktmittel um 5% komprimiert wurden (vgl. Kurve 19).As shown in Diagram 17, the material-to-material welded connection and the low compression of the contact means in the cell stack lead to a high overall energy efficiency of the cell stack (cf. curve 18). In particular, the energy efficiency tends to be higher than the energy efficiency of a cell stack whose contact means are joined in a conventional manner simply by pressing the housing components used, which causes them to be compressed by 20% (cf. curve 20), and is significantly higher than the energy efficiency of such a cell stack conventional cell stack whose contact means have been compressed by 5% (cf. curve 19).

Claims

Contact device (1) comprising an electrically conductive substrate (2) and at least one electrically conductive and deformable, preferably material-permeable, contact means (3,3'), the substrate (2) and the contact means (3,3') cohesively in a contact area and are connected to one another in an electrically conductive manner, characterized in that the substrate (2) and the contact means (3,3') are welded to one another in the contact area by means of a polymer material (4,4').

contact device claim 1 , characterized in that the contact means (3,3 ') comprises an electrically conductive textile material, preferably graphite felt, and the substrate (2) comprises a composite material with a plurality of electrically conductive particles, in particular graphite, and a polymer matrix in which the conductive particles are bound.

contact device claim 2 , characterized in that the polymer material (4,4 ') is at least partially contained in the polymer matrix.

Contact device according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the polymer material (4,4') is at least partially present as an auxiliary substance which is arranged in the contact area between the substrate (2) and the contact means (3,3').

Contact device according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the contact area has at least two sub-areas, wherein a larger quantity of polymer material (4,4') is arranged in one of the sub-areas than in the other of the two sub-areas.

contact device claim 5 , characterized in that one of the partial areas is free of polymer material (4,4'), wherein the contact means (3,3') in the partial area which is free of polymer material (4,4') is directly electrically conductive with the substrate (2) is connected.

Contact device according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the substrate (2) is materially and electrically conductively connected to a second contact means (3,3') on a side facing away from the contact means (3,3') in a second contact area, the substrate (2) and the second contact means (3,3') are welded together by means of a second polymer material (4,4').

Electrochemical cell (10) with at least one cell space (11, 12), an ion-permeable cell membrane (13) and an electrode, wherein the cell space (11, 12) is delimited on at least one side by the cell membrane (13) and the electrode in the Cell space (11, 12) is arranged, characterized in that the electrode at least partially as a contact device (1) according to one of Claims 1 until 7 is designed, wherein the substrate (2) is arranged essentially parallel to the cell membrane (13) and wherein the contact means (3,3') is arranged between the substrate (2) and the cell membrane (13) and the cell space (11, 12) at least partially filled out.

Electrochemical cell after claim 8 , characterized in that a cell frame element (16) is arranged between the cell membrane (13) and the substrate (2) and delimits the contact means (3,3') at the edge.

Electrochemical cell after claim 8 or 9 , characterized in that the substrate (2) is electrically contacted on a side facing away from the contact means (3, 3') with a current collector (14, 15).

Electrochemical cell after claim 8 or 9 , characterized in that the contact device (1) according to claim 4 is designed, and the second contact means (3,3 ') between the substrate (2) and a second ion-permeable cell membrane of a second, adjacent electrochemical cell is arranged and the substrate (2) of the contact device (1) is designed as a bipolar plate.

Electrochemical cell according to any of Claims 8 until 11 , wherein the substrate (2) has at least one depression on a side facing the cell chamber (11, 12), which is delimited by at least one web and the contact area between the substrate (2) and the contact means (3,3') at least partially formed on the bridge.

Electrochemical cell according to any of Claims 8 until 12 , characterized in that the electrochemical cell (10) is designed as a redox flow cell and the cell chamber (11, 12) can be flowed through with an electrolyte which contains vanadium in particular.

Electrochemical cell according to any of Claims 8 until 12 , characterized in that the electrochemical cell (10) is designed as a fuel cell, wherein the cell chamber with a fluid containing a fuel, in particular hydrogen, or an oxidizing agent, in particular oxygen, can flow through.

Electrochemical cell stack with at least two electrochemical cells which are electrically connected in series, characterized in that at least one of the electrochemical cells (10) according to one of Claims 8 until 14 is designed.

Method of manufacturing a contact device, wherein in a method step A), at least one electrically conductive and deformable, preferably material-permeable, contact means (3, 3') and an electrically conductive substrate (2) are provided; in a method step B) the substrate (2) and the contact means (3,3') are layered to form a common contact area, wherein a polymer material (4,4') contained in the substrate (2) and/or an auxiliary substance which containing the polymer material (4,4') is arranged in the contact area; in a method step C) an electric current is generated between the substrate (2) and the contact means (3,3') in the contact area and the polymer material (4,4') is melted to form the substrate (2) and the contact means ( 3.3') to be welded.

procedure after Claim 16 , characterized in that the excipient in process step B) is at least partially present as a powder and/or as a film.

Procedure according to one of Claims 16 or 17 , characterized in that before method step C) the contact means (3, 3') is electrically contacted by means of a welding electrode (6) and is compressed by at most 5% compared to an uncompressed volume.

procedure after Claim 18 , characterized in that before method step C) an electrically insulating welding frame is arranged on an edge region of the contact means (3, 3') and the welding electrode (6, 6') in method step C) rests at least partially on the welding frame.

Procedure according to one of Claims 16 until 19 , characterized in that in method step C) an electrical resistance is determined in the contact area and the electric current is regulated depending on the determined resistance in the contact area.