DE112005000295T5 - Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen Download PDF

Info

Publication number
DE112005000295T5
DE112005000295T5 DE112005000295T DE112005000295T DE112005000295T5 DE 112005000295 T5 DE112005000295 T5 DE 112005000295T5 DE 112005000295 T DE112005000295 T DE 112005000295T DE 112005000295 T DE112005000295 T DE 112005000295T DE 112005000295 T5 DE112005000295 T5 DE 112005000295T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plate
anode
cathode
sealing material
mea
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112005000295T
Other languages
English (en)
Inventor
Dale T. Paris Cummins
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dana Inc
Original Assignee
Dana Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dana Inc filed Critical Dana Inc
Publication of DE112005000295T5 publication Critical patent/DE112005000295T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286Processes for forming seals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls, welche eine Anodenplatte, eine Kathodenplatte und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) aufweist, die zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Anordnen der Anodenplatte, der Kathodenplatte und der MEA in einer Form;
Einspritzen eines Dichtungsmaterials in die Form, wodurch das Dichtungsmaterial Ausnehmungen ausfüllt, die auf der Anoden- oder Kathodenplatte ausgebildet sind, um eine Isolierschicht zu bilden, wobei das Material durch die Durchgangsöffnung fließt, welche in den Ausnehmungen entweder in der Anodenplatte oder in der Kathodenplatte ausgebildet sind, um eine Dichtungsschicht zwischen den Platten und eine Randdichtung an einem Teil der MEA zu bilden; und
Aushärten des Dichtungsmaterials, um die Anodenplatte und die Kathodenplatte zu verbinden und hierdurch einen bipolaren Plattenmodul zu bilden.

Description

  • Die Erfindung befaßt sich mit Verfahrensweisen zur Herstellung von bipolaren Plattenmodulen, insbesondere mit Verfahrensweisen zum Vorsehen von wirksamen Dichtungen zwischen den einzelnen Brennstoffzellenplatten und einer Randdichtung um eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist bekannt, federnd nachgiebige Dichtungswülste an und zwischen den Flächen der Brennstoffzellenplatten aufzubringen, um die Fluidströmungen zwischen der Mehrzahl derartiger Platten zu steuern, welche paarweise in Stapeln angeordnet und mittels Schrauben zusammen gehalten sind. Derartige Plattenanordnungen dienen zur Erzeugung von elektrischer Energie. Bei einer typischen Brennstoffzellenstapelanordnung ist die Mehrzahl derartiger Platten sandwichartig parallel und Fläche zu Fläche angeordnet. Die Platten sind mit Hilfe von federnd nachgiebigen Dichtungswülsten beabstandet gehalten, welche in typischer Weise mittels Klebstoff haftend mit der Fläche von wenigstens einer von jeweils zwei benachbarten Platten verbunden sind. Die Dichtwülste passen in Ausnehmungen auf den Flächen der Platten und begrenzen Durchgangswege oder Kanäle für die Fluidströmung zwischen den Platten. Normalerweise umfassen die Fluide nicht nur fluide Elektrolyten, welche zur Erzeugung von Energie eingesetzt werden, sondern auch Kühlmittel, wie dies an sich auf diesem Gebiet bekannt ist.
  • Brennstoffzellenplatten, welche bei üblichen Brennstoffzellenstapeln eingesetzt werden, sind normalerweise aus Kunststoffverbundmaterialien ausgebildet, die Graphit umfassen. Die Dichtungswülste sind aus einem elastomerem Material ausgebildet. Die Wülste sind normalerweise haftend auf den Platten mittels eines Haftmittels aufgebracht, obgleich bei einigen Anwendungsfällen die Wülste auf einfache Weise an Ort und Stelle mittels eines Kompressionsdruckes gehalten sind, der durch die Schraubverbindungen zwischen den Platten erzeugt wird. Jede Brennstoffzelleneinheit weist eine Kathoden- und eine Anodenplatte auf. Zwischen jeder Anoden- und Kathodenplatte jeder Zelle strömt ein Kühlmittel, welches entweder ein Frostschutzmittel auf Glykolbasis oder deionisiertes Wasser sein kann. Zwischen jeder Brennstoffzellenplatte strömen zwei chemisch reaktive Elemente, Wasserstoff und Sauerstoff, welche durch eine kathalytische Membrane getrennt sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Membranelektrodenanordnung oder MEA handeln. Die Wasserstoff- und Sauerstoffelemente reagieren an der MEA, um Wasserdampf in Form einer umkehrbaren Elektrolyse zu bilden.
  • Um ein effektives Arbeiten der Brennstoffzelleneinheit sicher zu stellen, muß der Raum zwischen den Anoden- und Kathodenplatten sowie auch der Raum um die MEA abgedichtet sein, um ein Austreten der reaktiven Elemente und eine Kontamination durch Schadstoffe zu verhindern. Die Dichtigkeit einer effektiven Dichtung zwischen den Platten hat zu Einschränkungen auf Herstellerseite hinsichtlich einer Massenherstellung von Brennstoffzelleneinheiten geführt. Zusätzlich sind auch Einflussgrößen, wie Kosten, Zeit und Effizienz nachteilig im Hinblick auf die Einführung einer Massenherstellung von Brennstoffzelleneinheiten.
  • Daher besteht ein Bedürfnis in der Industrie nach einem Verfahren zur Massenherstellung von Brennstoffzelleneinheiten mit einer geeigneten Dichtung, um Leckagen und Kontaminierungen zu verhindern.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Brennstoffzelle umfaßt eine Mehrzahl von einzelnen Brennstoffzelleneinheiten, welche jeweils wenigstens zwei einander zugewandte, parallele Platten umfaßt, welche aufeinander abgestimmt sind. Ein federnd nachgiebiges Dichtungsmedium, welches vorzugsweise von einem elastomeren Material gebildet wird, wird eingesetzt, um die Platten abzudichten. Das Dichtungsmedium kann in Form eines härtbaren fluiden Dichtungsmittels aufgebracht werden, welches nach der Aushärtung an Ort und Stelle derart beschaffen und ausgelegt ist, dass sich die Steuerung der Fluidströmungen, wie des Kühlmittels zwischen den Platten und der Elektrolytströmungen zwischen den Brennstoffzellen in erleichterter Weise realisieren lässt.
  • Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung von bipolaren Plattenmodulen an, wobei jeder Modul von einem Paar von Platten gebildet wird, welche eine Anoden- und eine Kathodenplatte aufweisen. Mehrere dieser Module werden stapelartig angeordnet und fest miteinander verbunden, um eine im Handel einsetzbare Verbundbrennstoffzelleneinrichtung bereitzustellen, welche zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt werden kann. Diese Brennstoffzelleneinrichtung kann entweder beim Privatgebrauch (Haushaltseinsatz) oder zum Einsatz bei Fahrzeugen kommen.
  • Die Erfindung gibt zwei alternative Verfahrensweisen zum Herstellen von bipolaren Modulen auf eine einfache und effiziente Weise an. Bei der ersten Verfahrensweise werden eine Anodenplatte, eine Kathodenplatte und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) in eine Form eingebracht. Die MEA ist zwischen den Anoden- und Kathodenplatten angeordnet. Ein aushärtbares, flüssiges Dichtmaterial wird in die Form eingespritzt. Das Dichtungsmaterial füllt Ausnehmungen aus, die auf den Anoden- und Kathodenplatten ausgebildet sind, um eine Isolierschicht zu bilden. Das Material fließt durch Durchgangsöffnungen entweder in der Anodenplatte oder der Kathodenplatte und bildet eine Dichtungsschicht zwischen den Platten. Ferner wird eine Randdichtung um die MEA ausgebildet. Das Dichtungsmaterial härtet dann aus, um die Anodenplatte mit der Kathodenplatte zu verbinden, wodurch der bipolare Plattenmodul gebildet wird.
  • Das zweite alternative Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen umfaßt das Siebdrucken eines Dichtungsmaterials auf eine von den Anoden- oder Kathodenplatten. Dann wird die MEA auf der Anodenplatte oder der Kathodenplatte positioniert. Eine gegenüberliegende Anoden- oder Kathodenplatte wird dann auf die MEA gelegt. Ferner wird das Dichtungsmaterial aushärten gelassen, um eine Dichtungsschicht zwischen den Platten und eine Randdichtung um die MEA zu bilden, und die Anodenplatte mit der Kathodenplatte haftend zu verbinden, wodurch der bipolare Plattenmodul gebildet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin gilt:
  • 1 ist eine Schnittansicht eines montierten bipolaren Plattenmoduls, welcher gemäß dem ersten Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist; und
  • 2 ist eine Schnittansicht eines montierten bipolaren Plattenmoduls, welcher gemäß einem alternativen Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein bipolarer Plattenmodul 10 gezeigt, welcher eine Anodenplatte 12 und eine Kathodenplatte 14 umfaßt. Stapel aus derartigen bipolaren Plattenmodulen 10 werden zusammengesetzt, um zusammengesetzte Brennstoffzellengebilde (nicht gezeigt) bereitzustellen, welche zur elektrischen Energieerzeugung dienen. Zwischen den jeweiligen Platten 12, 14 ist eine kathalytische Membrane oder eine Membranelektrodenanordnung (MEA) 16 angeordnet.
  • Wie sich hieraus für den Fachmann ergibt, treten chemische Reaktionen in Form einer umkehrbaren Elektrolyse innerhalb des bipolaren Moduls 10 auf. Die Reaktionen werden durch den Kontakt zwischen Sauerstoff und Wasserstoff als Brennstoffkomponenten ausgelöst, und die MEA 16 ist zwischen der Anodenplatte 12 und der Kathodenplatte 14 angeordnet.
  • Die Anodenplatten 12 und die Kathodenplatten 14 umfassen passende, parallele Flächen 13 und 15 jeweils. Die Flächen 13 und 15 werden von zwischen den Platten angeordneten Füllausnehmungen 18 gebildet. Eine primäre Brennstoffzellenkühlung findet somit zwischen den jeweiligen passenden Platten 12, 14 jedes bipolaren Plattenmoduls 10 statt. Unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform nach 1 umfaßt die Anodenplatte 12 ferner Ausnehmungen 20 auf einer äußeren Fläche 19.
  • Eine Dichtungsschicht 22 ist zwischen der jeweiligen Platte 12, 14 angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach 1 verläuft die Dichtungsschicht 22 durch eine Durchgangsöffnung 24 in der Anodenplatte 12. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen 24 in der Ausnehmung 20 an der äußeren Fläche 19 der Anodenplatte 12 angeordnet. Ein Teil der Dichtungsschicht 22 füllt die Ausnehmung 20 aus und bildet eine Dichtwulst 26, welche sich über die äußere Fläche 19 der Anodenplatte 12 hinaus erstreckt. Wenn die bipolaren Plattenmodule 10 aufeinander gestapelt werden, um im Verbund ein Brennstoffzellengebilde (nicht gezeigt) zu bilden, wird die Dichtungswulst 26 zusammen gedrückt und bildet eine Isolierschicht zwischen den bipolaren Plattenmodulen 10. Obgleich bei den dargestellten bevorzugten Ausführungsformen nicht gezeigt, kann alternativ die Kathodenplatte 14 eine Ausnehmung und eine Durchgangsöffnung ähnlich der Ausnehmung 20 und der Durchgangsöffnung 24 zur Aufnahme eines Teils der Dichtungsschicht 22 umfassen.
  • Die Dichtungsschicht 22 ist in dem bipolaren Plattenmodul 10 vorgesehen, um ein Austreten von Brennstoffkomponenten und ein Austreten von Kühlmittel zwischen den Platten 12, 14 zu verhindern. Ferner verhindert die Dichtungsschicht 22 eine Kontaminierung des bipolaren Plattenmoduls 10 durch kontaminierende Stoffe. Folglich erhält man einen effektiveren bipolaren Plattenmodul 10 mit einer effektiveren Dichtung zwischen den Platten 12, 14.
  • Nachstehend wir eine Verfahrensweise zur Herstellung des bipolaren Plattenmoduls 10 nach der Erfindung erläutert. Unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform nach 1 werden die Anoden- und Kathodenplatten 12, 14 in eine Form (nicht gezeigt) eingebracht. Die passenden parallelen Flächen 13, 15 der Platten 12, 14 werden in einer beabstandeten Anordnung gehalten, und die MEA 16 wird dazwischen angeordnet. Ein aushärtbares, flüssiges Dichtungsmaterial wird dann in die Ausnehmung 20 der äußeren Fläche 19 der Anodenplatte 12 unter einem Druck zwischen etwa 0,15 bar und 0,33 bar (300-700 lbs/in2) eingespritzt, wobei dieser Druck ausreichend ist, um das flüssige Material zu zwingen, durch die Durchgangsöffnung 24 zu gehen und zwischen die Platten 12, 14 einzudringen. Das flüssige Material fließt in den Raum zwischen den Platten 12, 14 und umgibt den Endabschnitt 28 der MEA 16. Das flüssige Material härtet dann typischerweise innerhalb etwa 2 Minuten bei einer Temperatur zwischen etwa 23,9°C und 204,5°C (zwischen etwa 75 und 400 °F) aus. Gegebenenfalls kann auch ein Druck zur Einwirkung gebracht werden, um das flüssige Material zum Aushärten zu zwingen. Wenn es ausgehärtet ist, wird die Dichtungsschicht 22 zwischen den Platten 12, 14 gebildet, und ein Teil der Dichtungsschicht 22 füllt die Durchgangsöffnung 24 und die Ausnehmung 20 aus. Eine Dichtungswulst 26 wird an der äußeren Fläche 19 der Anodenplatte gebildet und erstreckt sich über sie hinaus. Ferner wird eine Randdichtung an den Endabschnitten 28 der MEA 16 ausgebildet.
  • Der ausgehärtete, bipolare Plattenmodul 10 wird dann mit weiteren zusätzlichen bipolaren Plattenmodulen 10 verbunden, um eine Brennstoffzellenverbundkonstruktion (nicht gezeigt) zu bilden. Bei dem Verbinden der Module 10 miteinan der wird die Dichtungswulst 26 zusammen gedrückt, um eine Isolierschicht zwischen den Modulen 10 der Brennstoffzelleneinheit zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird eine alternative Verfahrensweise zum Herstellen des bipolaren Plattenmoduls 10 nach der Erfindung näher erläutert. Zuerst wird das aushärtbare, flüssige Dichtungsmaterial auf die Passfläche 13, 15 jeweils von der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 aufgebracht. Vorzugsweise wird dann das flüssige Dichtungsmaterial mittels Siebdruck um einen Umriss der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 aufgebracht. Das Siebdrucken ist eine Herstellungstechnik, welche an sich bekannt ist, bei welcher ein Maschengeflecht als Maskierung vorgesehen wird, um eine Anpassung an eine spezifische Gestalt zu erhalten. Das flüssige Material geht durch den nicht abgedeckten Abschnitt des Siebmaschenteils und wird auf der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 abgelegt. Das Siebdrucken ist ein schnelleres und zuverlässig wiederholbares Aufbringungsverfahren als die üblichen Aufbringverfahrensweisen mittels Hand. Ferner umfaßt das Siebdrucken die Möglichkeit, eine Ablage auf präzise und vorbestimmte Weise von einer Schicht mit gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Höhe in einem Siebdruckdurchgang vorzusehen.
  • Wenn das flüssige Dichtungsmaterial entweder auf der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 aufgebracht ist, wird die MEA 16 auf der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 positioniert. Alternativ kann die MEA 16 auf der Anodenplatte 12 oder der Kathodenplatte 14 positioniert werden, bevor das flüssige Material mittels des Siebdruckverfahrens aufgebracht wird. Dann wird die gegenüberliegende Platte auf die MEA 16 gelegt. Das flüssige Dichtungsmaterial wird aushärten gelassen, um eine Dichtungsschicht 22 zwischen den Platten 12, 14 zu bilden. Die Dichtungsschicht 22 umschließt den Endabschnitt 28 der MEA 16, um eine Randdichtung zu bilden. Das flüssige Material wird typischer Weise innerhalb von etwa 2 Minuten bei einer Temperatur zwischen 23,9°C und 204,5°C (75-400 °F) aushärten gelassen. Gegebenenfalls kann auch Druck aufgebracht werden, um das flüssige Material zum Aushärten zu bringen.
  • Wie zuvor beschrieben worden ist, wird der bipolare Plattenmodul 10 stapelförmig mit weiteren bipolaren Plattenmodulen 10 angeordnet, um ein Verbundbrennstoffzellengebilde (nicht gezeigt) zu bilden. Vorzugsweise bildet die Dichtungswulst 26 ebenfalls eine Isolierschicht, welche zwischen den bipolaren Plattenmodulen 10 angeordnet ist. In einem zusätzlichen Schritt kann gegebenenfalls flüssiges Dichtungsmaterial auf eine äußere Fläche der Anodenplatte 12 und einer Kathodenplatte 14 aufgebracht werden. Dieser zusätzliche Schritt kann mittels irgendwelcher geeigneten Techniken hierfür durchgeführt werden, wie das Spritzen, das Siebdrucken, das Aufbringen mittels Hand oder dergleichen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Anodenplatte 12 und die Kathodenplatte 14 Ausnehmungen (nicht gezeigt) ähnlich den Ausnehmungen 20 bei der Ausführungsform nach 1 aufweisen, um das flüssige Dichtungsmaterial aufzunehmen und eine Isolierschicht zu bilden. Zusätzlich kann das flüssige Dichtungsmaterial der Isolierschicht gesondert oder zusammen mit dem Aushärten des flüssigen Dichtungsmaterials der Dichtungsschicht 22 aushärten gelassen werden.
  • Das flüssige Dichtungsmaterial, welches bei den Herstellungsverfahren nach der Erfindung zum Einsatz kommt, umfaßt ein Silikonmaterial oder dergleichen. Zusätzlich kann ein Dichtungsmaterial Epoxynitrilkautschuk aufweisen. Jedoch kommt jegliches, härtbares, flüssiges Material bei dem Verfahren nach der Erfindung in Betracht. Die Dichtungsschicht 22 und die Isolierschicht (nicht gezeigt), welche aus ein und demselben oder unterschiedlichen flüssigen Dichtungsmaterialen ausgebildet sind, muß die Eigenschaft haben, dass in gewissem Maße eine Temperaturbeständigkeit, eine Druckbeständigkeit und eine chemische Widerstandsfähigkeit gegeben sind. Die Dichtungsschicht 22 und die Isolierschicht müssen beide kompressibel und federnd nachgiebig sein, so dass sie den Bewegungen der Anodenplatte 12 und der Kathodenplatte 14 sowie Belastungsveränderungen folgen können, welche sich aufgrund von Ex pansion und Kontraktion der Platten 12, 14 während des Betriebs ergeben. Insbesondere müssen die Dichtungsschicht 22 und die Isolierschicht ihre Dichtungsfunktion bei allen beliebigen Betriebsbedingungen aufrechterhalten.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen näheren Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
  • Zusammenfassung
  • Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen
  • Es wird ein bipolarer Plattenmodul angegeben, welcher eine Anoden, eine Kathode und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) umfaßt, welche zwischen denselben angeordnet ist. Ein Dichtungsmaterial bildet eine Dichtungsschicht zwischen den Platten und umschließt einen Teil der MEA. Ein Verfahren zur Herstellung umfaßt das Einspritzen des Dichtungsmaterials in eine Ausnehmung in der Anodenplatte und durch eine Durchgangsöffnung, die in der Ausnehmung angeordnet ist. Das Dichtungsmaterial füllt den Raum zwischen der Anode und der Kathode aus, um eine Dichtungsschicht zu bilden und umschließt einen Teil der MEA, um eine Randdichtung zu bilden. Material, welches auf die äußere Fläche der Anode gespritzt wird, bildet eine Isolierschicht, wenn die Anordnung zusammen gedrückt wird. Eine alternative Verfahrensweise umfaßt den Einsatz einer Siebdrucktechnik zum Aufbringen des Materials auf die Anode. Anschließend wird die MEA und die Kathode in ihren Positionen passend vorgesehen. Dann wird das Material aushärten gelassen, um die Dichtungsschicht zu bilden und um eine Randdichtung um den Teil der MEA zu bilden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls, welche eine Anodenplatte, eine Kathodenplatte und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) aufweist, die zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anordnen der Anodenplatte, der Kathodenplatte und der MEA in einer Form; Einspritzen eines Dichtungsmaterials in die Form, wodurch das Dichtungsmaterial Ausnehmungen ausfüllt, die auf der Anoden- oder Kathodenplatte ausgebildet sind, um eine Isolierschicht zu bilden, wobei das Material durch die Durchgangsöffnung fließt, welche in den Ausnehmungen entweder in der Anodenplatte oder in der Kathodenplatte ausgebildet sind, um eine Dichtungsschicht zwischen den Platten und eine Randdichtung an einem Teil der MEA zu bilden; und Aushärten des Dichtungsmaterials, um die Anodenplatte und die Kathodenplatte zu verbinden und hierdurch einen bipolaren Plattenmodul zu bilden.
  2. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 1, bei dem das Dichtungsmaterial ein Silikonmaterial aufweist.
  3. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 1, bei dem das Dichtungsmaterial ein Epoxynitrilkautschuk ist.
  4. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Druck zum Einspritzen des Dichtungsmaterials zwischen etwa 0,15 bar und 0,33 bar (etwa 300 bis 700 lb/in2) liegt.
  5. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Temperatur des Dichtungsmaterials beim Einspritzen in die Form zwischen etwa 23,9°C und 204,5°C (75 bis 400 °F) liegt.
  6. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Aushärtschritt das Aufbringen eines Drucks auf die Anoden- und Kathodenplatten umfaßt.
  7. Verfahren zum Herstellen des bipolaren Plattenmoduls, welcher eine Anodenplatten, eine Kathodenplatte und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) aufweist, welche zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Siebdrucken eines Dichtungsmaterials auf die Anodenplatte oder die Kathodenplatte; Positionieren der MEA entweder auf der Anodenplatte oder der Kathodenplatte; Anordnen der jeweils anderen Platte umfassend die Anodenplatte und die Kathodenplatte auf der MEA; Aushärten des Dichtungsmaterials, um eine Dichtungsschicht zwischen der Anoden- und der Kathodenplatte, und eine Randdichtung, um einen Teil der MEA zu bilden, wodurch die Anodenplatte mit der Kathodenplatte zur Bildung eines bipolaren Plattenmoduls verbunden wird.
  8. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 7, bei dem das Dichtungsmaterial auf einem Umriss der Anodenplatte oder Kathodenplatte abgelegt wird.
  9. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Dichtungsmaterial ein Silikonmaterial aufweist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Dichtungsmaterial ein Epoxynitrilkautschuk ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der Schritt zum Positionieren der MEA auf der Anodenplatte oder der Kathodenplatte vor dem Siebdruckschritt durchgeführt wird.
  12. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der Ansprüche 7 bis 11, welches ferner den Schritt umfaßt, gemäß dem eine Isolierschicht zwischen zwei bipolaren Plattenmodulen ausgebildet wird.
  13. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach Anspruch 12, bei dem das Dichtungsmaterial Ausnehmungen ausfüllt, die auf der Anodenplatte und der Kathodenplatte zur Bildung der Isolierschicht ausgebildet sind.
  14. Verfahren zum Herstellen eines bipolaren Plattenmoduls nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem der Aushärtschritt das Aufbringen von Druck auf die Anoden- und Kathodenplatten umfaßt.
DE112005000295T 2004-02-05 2005-02-03 Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen Withdrawn DE112005000295T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/708,054 US20050173833A1 (en) 2004-02-05 2004-02-05 Method of forming bipolar plate modules
US10/708,054 2004-02-05
PCT/US2005/003319 WO2005078839A2 (en) 2004-02-05 2005-02-03 Method of forming bipolar plate modules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112005000295T5 true DE112005000295T5 (de) 2008-03-27

Family

ID=34826342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112005000295T Withdrawn DE112005000295T5 (de) 2004-02-05 2005-02-03 Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20050173833A1 (de)
DE (1) DE112005000295T5 (de)
WO (1) WO2005078839A2 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8066288B2 (en) 2005-10-20 2011-11-29 Henkel Corporation Components comprising polyisobutylene compositions
US20090000732A1 (en) * 2006-01-17 2009-01-01 Henkel Corporation Bonded Fuel Cell Assembly, Methods, Systems and Sealant Compositions for Producing the Same
CA2637117C (en) * 2006-01-17 2014-04-29 Henkel Corporation Bonded fuel cell assembly and methods and systems for producing the same
US8197990B2 (en) 2006-01-17 2012-06-12 Henkel Corporation Sealant integrated fuel cell components and methods and systems for producing the same
CN101395749B (zh) 2006-01-17 2013-06-19 汉高公司 紫外光可固化的燃料电池密封剂和由其形成的燃料电池
KR100901568B1 (ko) * 2006-12-12 2009-06-08 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판의 제조방법
JP5817547B2 (ja) * 2012-01-18 2015-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の製造方法
CN111342076A (zh) * 2018-12-18 2020-06-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种密封线的加工方法
DE102020216096A1 (de) * 2020-12-17 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Bipolarplatte, elektrochemische Zelle und Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19713250C2 (de) * 1997-03-29 2002-04-18 Ballard Power Systems Elektrochemischer Energiewandler mit Polymerelektrolytmembran
EP1018177B1 (de) * 1997-07-16 2002-04-10 Ballard Power Systems Inc. Elastische dichtung für eine membranelektrodenanordnung in einer elektrochemischen brennstoffzelle und herstellungsverfahren dafür
EP1075034B1 (de) * 1998-04-14 2011-10-26 Three Bond Co., Ltd. Dichtmaterial für brennstoffzelle
US6337120B1 (en) * 1998-06-26 2002-01-08 Nok Corporation Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same
US6159628A (en) * 1998-10-21 2000-12-12 International Fuel Cells Llc Use of thermoplastic films to create seals and bond PEM cell components
US6315300B1 (en) * 1998-11-24 2001-11-13 Hi-Shear Corporation Solid sealant with environmentally preferable corrosion resistance
US6368740B1 (en) * 1998-12-29 2002-04-09 Proton Energy Systems, Inc. Electrochemical cell frame having integral protector portion
DE19903352C2 (de) * 1999-01-28 2000-11-23 Siemens Ag PEM-Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19908555A1 (de) * 1999-02-27 2000-09-28 Freudenberg Carl Fa Dichtungsanordnung für großflächige dünne Teile
AU3234200A (en) * 1999-03-10 2000-09-28 Flexfab Horizons International, Inc. Fuel cell gasket assembly and method of assembling fuel cells
US6322919B1 (en) * 1999-08-16 2001-11-27 Alliedsignal Inc. Fuel cell and bipolar plate for use with same
US6261711B1 (en) * 1999-09-14 2001-07-17 Plug Power Inc. Sealing system for fuel cells
US6319625B1 (en) * 1999-10-29 2001-11-20 George J. Gemberling Graphite plate assembly and method of manufacture
CA2412869C (en) * 2000-06-29 2010-10-05 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
BR0113385A (pt) * 2000-08-23 2004-02-25 Dana Corp Processo para vedar e isolar placa de céluia de combustìvel, placa de célula de combustìvel isolada e precursor de revestimento curável por radiação uv
US6730426B2 (en) * 2001-01-12 2004-05-04 Mosaic Energy, Llc Integral sealing method for fuel cell separator plates
TW480762B (en) * 2001-02-15 2002-03-21 Asia Pacific Fuel Cell Tech Modulized battery single cell and modulized battery unit of a proton exchange membrane fuel cell
US6852439B2 (en) * 2001-05-15 2005-02-08 Hydrogenics Corporation Apparatus for and method of forming seals in fuel cells and fuel cell stacks
US20030082430A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Daisuke Suzuki Fuel cell gasket assembly and method of making

Also Published As

Publication number Publication date
US20050173833A1 (en) 2005-08-11
WO2005078839A3 (en) 2005-12-15
WO2005078839A2 (en) 2005-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60206831T2 (de) Brennstoffzellenplatten mit durch Spritzguss hergestellten Dichtungen
DE112005000295T5 (de) Verfahren zum Herstellen von bipolaren Plattenmodulen
DE69923023T2 (de) Brennstoffzelle mit festen Polymerelektrolyten und Herstellungsverfahren dafür
DE10151380B4 (de) Verfahren zum Befestigen von Dichtungen für eine Brennstoffzelle
DE69818874T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer elastischen Dichtung für die Membranelektrodenanordnung (mea) in einer elektrochemischen Brennstoffzelle
DE10160905B4 (de) Dichtungsanordnung für Brennstoffzellen, Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer solchen Dichtungsanordnung
DE19542475C2 (de) Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Verteilerplatte für eine solche Zelle
DE602004001520T2 (de) Membranelektrodenbaugruppe mit integrierter dichtung
DE102012220340B4 (de) Abgedichtete Anordnung sowie Brennstoffzellenanordnung
DE102017101958B4 (de) Brennstoffzelle mit Dichtungselement und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle mit Dichtungselement
DE60301036T2 (de) Membranelektrodeneinheit für Brennstoffzellen
DE10207743A1 (de) Elektrode für eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, Trennwand hierfür sowie Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle und Elektrizitätserzeugungssystem unter Verwendung derselben
DE102018114003A1 (de) Brennstoffzelle und verfahren zum herstellen derselben
DE19829142A1 (de) Gasdichter Verbund aus Bipolarplatte und Membran-Elektroden-Einheit von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen
DE10205707B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Brennstoffzelleneinheiten und Brennstoffzellenstapeln, sowie Brennstoffzelleneinheit und Brennstoffzellenstapel
DE10250434A1 (de) Modul für eine Brennstoffzellenanordnung
DE102018101316A1 (de) Mikrodichtung für brennstoffzellen und verfahren zur herstellung derselben
DE102013220486A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer mehrteiligen Bipolarplatte für eine elektrochemische Vorrichtung und Bipolarplatte für eine elektrochemische Vorrichtung
EP1653537A1 (de) Kühlplattenmodul für einen Brennstoffzellenstack
EP1653538A1 (de) Kühlplattenmodul mit integralem Dichtungselement für einen Brennstoffzellenstack
DE102009016934A1 (de) Brennstoffzelle, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Abdichten einer Brennstoffzelle
DE3903261A1 (de) Kuehlplatten in treibstoffzellen
LU100673B1 (de) Brennstoffzellen-Stapel mit verbesserter Isolierung
WO2022084134A1 (de) Körper für eine brennstoffzelle, brennstoffzelle, brennstoffzellenstapel, verfahren zum herstellen eines körpers, verfahren zum herstellen einer brennstoffzelle sowie verfahren zum herstellen eines brennstoffzellenstapels
DE10357755B4 (de) Brennstoffzelle, Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee