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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte sowie einem Verfahren zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen die Reaktionsgase, wie bspw. Wasserstoff und Sauerstoff, in Wasser, elektrische Energie und Wärme umgewandelt werden. Die Reaktionsgase werden hierbei über eine Polymermembran getrennt, die für die nötige Isolation sorgt. Eine Brennstoffzelle weist hierbei einen typischen symmetrischen Aufbau auf, in dem auf die Polymermembran folgend beidseitig je eine Katalysatorschicht und eine Gasverteilerschicht angeordnet ist, an die sich jeweils wiederum eine Bipolarplatte anschließt. Die innerhalb der Brennstoffzelle angeordneten Bipolarplatten erfüllen dabei mehrere Funktionen. Sie dienen zur elektrischen Verschaltung der Zellen, zur Zuführung und Verteilung der Reaktionsgase sowie zur Zuführung und Verteilung von Kühlmittel. Insbesondere im Hinblick auf eine effektive und homogene Verteilung der Reaktionsgase über einen aktiven Bereich der Bipolarplatten hinweg besteht zurzeit noch Optimierungsbedarf.
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Einer optimalen Verteilung der Reaktionsgase über einen aktiven Bereich hinweg steht hierbei insbesondere das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser im Wege, das eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase verhindert. Daher ist es zur Steigerung der Effizienz von Brennstoffzellen wirksam, das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser so schnell wie möglich aus der Brennstoffzelle zu entfernen.
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Zwar sind aus dem Stand der Technik bereits Ansätze zur Lösung des Problems bekannt, jedoch haben sich die bekannten Ansätze entweder als nicht ausreichend wirksam oder als konstruktiv sehr aufwändig herausgestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte dient insbesondere einer homogenen Verteilung der Reaktionsgase an die betreffenden Elektrodenflächen einer Brennstoffzelle, was sowohl einen effizienten Betrieb, als auch einen niedrigen Verschleiß ermöglicht. Zudem bewirkt eine effektive Abführung von Produktwasser eine Erhöhung des Frost- und Korrosionsschutzes, da die Ansammlung von Wasser in der Brennstoffzelle weitgehend verhindert wird und dadurch auch die Zeit einer Oberflächenbenetzung mit Wasser minimiert wird. Dies erhöht insbesondere die Lebensdauer eines Brennstoffzellensystems.
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Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte für einen verbesserten Wassertransport umfasst hierbei einen aktiven Bereich mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Verteilkanälen zur Verteilung eines Fluids an eine Elektrodenfläche, einen Zuführbereich, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle, einen Abführbereich, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Abführkanälen zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen, wobei die Verteilkanäle jeweils einen Kanalgrund, zwei endseitig an den Kanalgrund und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke angeordneten Kanalsteg aufweisen, wobei die Verteilkanäle eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei die Kanalstege der Verteilkanäle eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken und/oder der Kanalgrund.
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Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte kann vorzugsweise in einer Brennstoffzelle bzw. in einem Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Ebenso ist die Verwendung der Bipolarplatte als Gasverteilerplatte in Elektrolyseverfahren denkbar. Im Rahmen einer Verwendung der gegenständlichen Bipolarplatte in einem Brennstoffzellensystem kann die Platte vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen zum Einsatz kommen. Ebenso ist ein Einsatz in anderen brennstoffzellenangetriebenen Fortbewegungsmitteln oder auch stationären Systemen denkbar. Unter einem Fluid wird im Rahmen der Erfindung ein zumindest tlw. gasförmiges Medium verstanden, das im vorliegenden Fall vorzugsweise in Form von Wasserstoff, einem wasserstoffreichen Gasgemisch oder Luft bzw. Sauerstoff gebildet sein kann. Unter einer Elektrodenfläche wird im Rahmen der Erfindung ferner die Fläche eines elektrischen Leiters (Anode oder Kathode) verstanden, der mit einem als Gegenelektrode (Anode oder Kathode) fungierenden anderen elektrischen Leiter in elektrischem Kontakt steht. Als Zuführbereich wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein erster Bereich der Bipolarplatte bezeichnet, der vor einem aktiven Bereich angeordnet ist und insbesondere zur Zuführung des zu verteilenden Fluids in die Verteilkanäle des aktiven Bereichs dient. Vorzugsweise kann der Zuführbereich Zuführkanäle ausweisen. Die Zuführkanäle des Zuführbereichs können dabei vorzugsweise allesamt in einer den Zuführkanälen vorgeordneten Zuführkammer zusammengeführt sein. Als Abführbereich wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ferner ein dritter Bereich der Bipolarplatte bezeichnet, der nach einem aktiven Bereich angeordnet ist und insbesondere zur Abführung des zu verteilenden Fluids aus den Verteilkanälen des aktiven Bereichs dient. Vorzugsweise kann der Abführbereich Abführkanäle ausweisen. Die Abführkanäle des Abführbereichs können dabei vorzugsweise allesamt in einer den Abführkanälen nachgeordneten Abführkammer münden. Als aktiver Bereich wird erfindungsgemäß ferner der zwischen dem Zuführ- und dem Abführbereich angeordnete Bereich verstanden, der insbesondere der Verteilung der Fluide an die Elektrodenoberfläche dient. Unter einem Kanalgrund eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals kann gegenständlich vorzugsweise die Grundfläche einer Bipolarplatte verstanden werden, an die endständig - bspw. im Wesentlichen senkrecht - die Kanalflanken eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals angeordnet sein können. Darüber hinaus kann der Kanalgrund eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals vorzugsweise parallel zu den Kanalstegen des Verteilkanals, des Zuführkanals oder des Abführkanals angeordnet sein. Unter Oberflächenfunktionalisierung kann im Rahmen der Erfindung insbesondere die Modifikation oder Bearbeitung einer Oberfläche verstanden werden, durch die die attraktiven und repulsiven Wechselwirkungen der Oberfläche gegenüber anderen Stoffen und Materialien, insbesondere gegenüber hydrophilen und hydrophoben Gruppen beeinflusst, vorzugsweise massiv beeinflusst werden. Bspw. können durch die Oberflächenfunktionalisierung attraktive und/oder repulsive Wechselwirkungen verstärkt oder geschwächt werden. Neben Kanalstrukturen, wie Zuführ- und Abführkanälen können die Zuführbereiche und Abführbereiche auch andere Strukturen, wie bspw. Pfosten- bzw. Stegstrukturen oder poröse Strukturen aufweisen, wobei eine Verteilung von Fluiden aus den Verteilkanälen und in die Verteilkanäle des aktiven Bereiches bspw. indirekt über Drückabfälle erfolgen kann, die sich von den Zuführbereichen zu den Verteilkanälen bzw. von den Verteilkanälen zu den Abführbereichen erstrecken.
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Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass durch die unterschiedliche Oberflächenfunktionalisierung von Kanalstegen und von Kanalflanken und/oder eines Kanalgrundes von Führungskanälen einer Bipolarplatte auf konstruktiv einfache Weise, Wasser schnell und zielgerichtet geführt werden kann, sodass durch die unterschiedliche Oberflächenfunktionalisierung eine effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle ermöglicht wird.
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Im Hinblick auf eine besonders effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle kann gegenständlich vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Zuführbereich eine Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle und der Abführbereich eine Mehrzahl von Abführkanälen zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen umfasst, wobei die Zuführkanäle und die Abführkanäle jeweils einen Kanalgrund, zwei endseitig an den Kanalgrund und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke angeordneten Kanalsteg aufweisen, wobei vorzugsweise auch die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei insbesondere die Kanalstege eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken und/oder der Kanalgrund. Über eine zielgerichtete Oberflächenfunktionalisierung, bei der unterschiedliche Bereiche der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle unterschiedlich oberflächenfunktionalisiert sind, ist insbesondere möglich, die Effektivität einer Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle weiter zu optimieren.
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Im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle kann gegenständlich vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass eine Oberflächenfunktionalisierung in Form einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung ausgebildet ist. Unter einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung kann insbesondere verstanden werden, dass nur Teilbereiche einer betreffenden Oberfläche hydrophilisiert und/oder hydrophobisiert sind.
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Um Produktwasser besonders schnell und effektiv aus einer Brennstoffzelle zu befördern, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kanalstege der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest teilweise hydrophobisiert sind. Die Kanalstege sind hierbei die Orte, die in unmittelbarer Nähe zur Gasverteilerschicht angeordnet - und hauptverantwortlich für den Austausch der Reaktionsgase an die Gasverteilerschicht sind. An diesen Orten ist es daher besonders wichtig, Produktwasser fern zu halten, um den Gasaustausch nicht zu stören.
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Um Produktwasser besonders schnell und effektiv aus einer Brennstoffzelle zu befördern, kann es ebenso vorteilhaft sein, wenn der Kanalgrund und/oder die Kanalflanken der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. hydrophilisiert sind. Eine zumindest tlw. Hydrophilisierung des Kanalgrundes und der Kanalflanken ermöglichst hierbei insbesondere das Produktwasser innerhalb der Kanäle zu binden und dadurch schnellstmöglich durch die Kanäle aus der Brennstoffzelle zu befördern, um gleichermaßen die Kanalstege von Produktwasser frei zu halten und den Gasaustausch nicht zu stören.
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Im Hinblick auf einen schnellen und effektiven Transport von Wasser aus einer Brennstoffzelle, ist es ebenso denkbar, dass die Kanalstege der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. funktionalisiert sind und der Kanalgrund und die Kanalflanken der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. funktionalisiert sind, wobei die Funktionalisierung graduell ausgebildet ist, sodass von dem Kanalgrund über die Kanalflanken bis zu den Kanalstegen ein steigender Hydrophobisierungsgrad vorliegt. Unter einem steigenden Hydrophobisierungsgrad wird hierbei insbesondere ein ausgeprägteres hydrophobes Verhalten ausgehend von einem Kanalgrund über die Kanalflanken zu den Kanalstegen verstanden. Ein solches Verhalten kann sich insbesondere darüber ergeben, dass ein Kanalgrund im Wesentlichen hydrophilisiert modifiziert wird, wohingegen die Kanalflanken teilweise hydrophilisiert modifiziert werden und die Kanalstege hydrophobisiert werden.
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Im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle, ist es zudem vorstellbar, dass zusätzlich weitere Teile der Bipolarplatte eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, vorzugsweise die Fluiddurchführbereiche und/oder die Portbereiche der Bipolarplatte. Eine entsprechende Funktionalisierung weiterer Teile, wie der Fluiddurchführbereiche und/oder der Portbereiche trägt dabei zudem zu einem besseren Frostschutz und Korrosionsschutz bei, da diese Stellen ansonsten häufig die Gefahr von Wasserrückständen und damit verbundenen Frostschäden oder Korrosionsschäden darstellen.
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Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest tlw. in Form von Beschichtungen, vorzugsweise in Form eines Lackes gebildet sind. Auf diese Weise können zur unterschiedlichen Beschichtung der Kanalstege und der Kanalflanken und/oder des Kanalgrundes eines Verteilkanals, eines Abführkanals oder eines Zuführkanals bspw. unterschiedliche Beschichtungen aufgetragen werden, die einen unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Charakter aufweisen.
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Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann gegenständlich ebenso vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest tlw. in Form einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise in Form einer Laserstrukturierung gebildet ist. Auf diese Weise können zur unterschiedlichen Beschichtung der Kanalstege und der Kanalflanken und/oder des Kanalgrundes eines Verteilkanals, eines Abführkanals oder eines Zuführkanals bspw. unterschiedliche Strukturierungen in die Oberflächen eingearbeitet werden, die einen unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Charakter der Oberflächen erzeugen. Im Rahmen der Erfindung ist dabei erkannt worden, dass eine zielgerichtete Funktionalisierung einer Oberfläche, bspw. eine Hydrophilisierung oder Hydrophobisierung allein durch die Strukturierung einer Oberfläche erreicht werden kann. Eine Strukturierung kann hierbei bspw. über die Bestrahlung mit Laserlicht, vorzugsweise im UV oder im VIS-Bereich erfolgen. Denkbar sind jedoch auch andere Spektralbereiche, wie Röntgenstrahlung oder auch niederenergetische Strahlung im IR-Bereich. Vorteilhafterweise kann dabei zur Strukturierung einer Oberfläche gepulste Laserstrahlung verwendet werden. Im Rahmen einer Strukturierung einer Oberfläche können bspw. feine Spitzen, Ausnehmungen oder Erhebungen eingeführt werden, die durch ihre Struktur hydrophobe oder hydrophile Effekte, wie Lotuseffekte oder dergleichen erzielen. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Oberflächenfunktionalisierung über ein Beschichtungsverfahren oder ein Laserstrukturierungsverfahren auch beide Verfahren gemeinsam verwendet werden können, um eine entsprechende Funktionalisierung zu erreichen. Hierbei können die Verfahren sowohl gleichzeitig, als auch nacheinander angewendet werden.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Brennstoffzelle, umfassend eine, insbesondere eine Mehrzahl von voranstehend beschriebenen Bipolarplatten.
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Darüber hinaus wird vorliegend ein Kraftfahrzeug, umfassend eine voranstehend beschriebene Brennstoffzelle, insbesondere umfassend eine Mehrzahl an voranstehend beschriebenen Bipolarplatten beansprucht.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Bipolarplatte. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines optionalen Vorbereitens einer zu behandelnden Bipolarplatte mit einem aktiven Bereich, einem Zuführbereich und einem Abführbereich, eines Behandelns der Oberfläche von Verteilkanälen des aktiven Bereiches und/oder von Zuführkanälen des Zuführbereiches und/oder von Abführkanälen des Abführbereiches zur Funktionalisierung der Oberfläche der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle, wobei die Verteilkanäle und/oder die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle im Bereich des Kanalgrundes anders behandelt werden als im Bereich der Kanalflanken und/oder der Kanalstege sowie eines optionalen Nachbereitens der zu behandelnden Bipolarplatte. Damit zeigt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte beschrieben worden sind.
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Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Behandeln mittels einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise mittels einer Oberflächenlackierung erfolgt und/oder das Behandeln mittels einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise mittels einer Laserstrukturierung erfolgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Schnittdarstellung gemäß einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-I aus 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte 2 für einen verbesserten Wassertransport umfasst hierbei einen aktiven Bereich 4 mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Verteilkanälen 6 zur Verteilung eines Fluids an eine Elektrodenfläche 20, einen Zuführbereich 8 mit vorliegend einer Mehrzahl von Zuführkanälen 10 zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle 6, einen Abführbereich 12 mit vorliegend einer Mehrzahl von Abführkanälen 14 zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen 6, wobei die Verteilkanäle 6, die Zuführkanäle 10 und die Abführkanäle 14 jeweils einen Kanalgrund 6a, 10a, 14a (hier nicht erkennbar), zwei endseitig an den Kanalgrund 6a, 10a, 14a und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken 6b, 10b, 14b (hier nicht erkennbar) und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke 6b, 10b, 14b angeordneten Kanalsteg 6c, 10c, 14c (hier nicht erkennbar) aufweisen, wobei zumindest die Verteilkanäle 6 eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei die Kanalstege 6c der Verteilkanäle 6 eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 6b und/oder der Kanalgrund 6a.
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Neben dem aktiven Bereich 4, dem Zuführbereich 8 und dem Abführbereich 12 können zusätzlich auch weitere Teile der Bipolarplatte 2 eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wie bspw. die Fluiddurchführbereiche 18 und/oder die Portbereiche 22 der Bipolarplatte 2. Eine zusätzliche Oberflächenfunktionalisierung dieser Bereiche würde nicht nur einen effektiveren Betrieb einer Brennstoffzelle ermöglichen, sondern auch zu einem besseren Frostschutz beitragen, da insbesondere die Fluiddurchführbereiche 18 und die Portbereiche 22 einer Bipolarplatte 2 häufige Gefahrstellen für Wasserrückstände und damit verbundene Frost- oder Korrosionsschäden sind.
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Die vorgesehenen Oberflächenfunktionalisierungen können bspw. zumindest tlw. in Form von Beschichtungen, vorzugsweise in Form von Lacken gebildet sein.
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Alternativ oder kumulativ können die Oberflächenfunktionalisierungen auch zumindest tlw. in Form einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise in Form einer Laserstrukturierung gebildet sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Schnittdarstellung gemäß einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-I aus 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 2 ist somit ein Schnitt durch den aktiven Bereich 4 dargestellt. Zur Illustration ist neben der Schnittdarstellung durch die Bipolarplatte 2 noch die bei einem Einsatz der Bipolarplatte 2 in einer Brennstoffzelle unmittelbar an der Bipolarplatte 2 angeordnete Gasverteilerschicht 28 dargestellt, die auf den Kanalstegen 6c der Bipolarplatte 2 aufliegt. Wie bereits zu 1 ausgeführt wurde, weisen die hier im Detail dargestellten Verteilkanäle 6 eine Oberflächenfunktionalisierung auf, in der die Kanalstege 6c eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 6b und/oder der Kanalgrund 6a, wodurch ein besonders schneller und gezielter Transport des Produktwassers innerhalb der Verteilkanäle 6 möglich ist, was eine besonders effektive Herausführung des Produktwassers aus einer Brennstoffzelle erlaubt.
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Neben einer Oberflächenfunktionalisierung der Verteilkanäle 6 ist es im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser vorteilhaft, wenn auch die Zuführkanäle 10 und/oder die Abführkanäle 14 eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei vorzugsweise die Kanalstege 10c, 14c eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 10b, 14b und/oder der Kanalgrund 10a, 14a.
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Vorteilhafterweise kann hierbei vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierung in Form einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung ausgebildet ist.
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Um einen effektiven Gasaustausch mit der Gasverteilerschicht 28 und damit einen effektiven Betrieb zu gewährleisten, können die Kanalstege 6c, 10c, 14c der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. hydrophobisiert sein.
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Im Hinblick auf einen schnellen Transport des Produktwassers durch die Kanäle 6, 10, 14 kann ferner vorgesehen sein, dass der Kanalgrund 6a, 10a, 14a und/oder die Kanalflanken 6b, 10b, 14b der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. hydrophilisiert sind.
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Im Rahmen einer besonders effektiven Abführung des Produktwassers kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Kanalstege 6c, 10c, 14c der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. funktionalisiert sind und der Kanalgrund 6a, 10a, 14a und die Kanalflanken 6b, 10b, 14b der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. funktionalisiert sind, wobei die Funktionalisierung graduell ausgebildet ist, sodass von dem Kanalgrund 6a, 10a, 14a über die Kanalflanken 6b, 10b, 14b bis zu den Kanalstegen 6c, 10c, 14c ein steigender Hydrophobisierungsgrad vorliegt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines optionalen Vorbereitens 30 einer zu behandelnden Bipolarplatte 2 mit einem aktiven Bereich 4, einem Zuführbereich 8 und einem Abführbereich 12, eines Behandelns 32 der Oberfläche von Verteilkanälen 6 des aktiven Bereiches 4 und/oder von Zuführkanälen 10 des Zuführbereiches 8 und/oder von Abführkanälen 14 des Abführbereiches 12 zur Funktionalisierung der Oberfläche der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14, wobei die Verteilkanäle 6 und/oder die Zuführkanäle 10 und/oder die Abführkanäle 14 im Bereich des Kanalgrundes 6a, 10a, 14a anders behandelt werden als im Bereich der Kanalflanken 6b, 10b, 14b und/oder der Kanalstege 6c, 10c, 14c sowie eines optionalen Nachbereitens 34 der zu behandelnden Bipolarplatte 2.
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Vorteilhafterweise kann das Behandeln 32 mittels einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise mittels einer Oberflächenlackierung und/oder mittels einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise mittels einer Laserstrukturierung erfolgen.
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Mittels der erfindungsgemäßen unterschiedlichen Oberflächenfunktionalisierung von Kanalstegen und von Kanalflanken und/oder eines Kanalgrundes von Führungskanälen einer Bipolarplatte ist es auf konstruktiv einfache Weise möglich, Wasser schnell und zielgerichtet zu führen und somit eine effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle zu ermöglichen. Dies erlaubt nicht nur einen verbesserten Gasaustausch und dadurch einen effektiveren Betrieb, sondern senkt auch das das Risiko von Frost- und Korrosionsschäden.
