NL1024124C2 - Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. Download PDF

Info

Publication number
NL1024124C2
NL1024124C2 NL1024124A NL1024124A NL1024124C2 NL 1024124 C2 NL1024124 C2 NL 1024124C2 NL 1024124 A NL1024124 A NL 1024124A NL 1024124 A NL1024124 A NL 1024124A NL 1024124 C2 NL1024124 C2 NL 1024124C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
layer
separator plate
plate according
contact resistance
pressure
Prior art date
Application number
NL1024124A
Other languages
English (en)
Inventor
Harm Van Der Werff
Joost Freek Cees-Jan Reijerse
Original Assignee
Corus Technology B V
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 Corus Technology B V filed Critical Corus Technology B V
Priority to NL1024124A priority Critical patent/NL1024124C2/nl
Priority to PCT/EP2004/009298 priority patent/WO2005018031A2/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1024124C2 publication Critical patent/NL1024124C2/nl

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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0226Composites in the form of mixtures
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213Gas-impermeable carbon-containing materials
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221Organic resins; Organic polymers
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

SEPARATOR PLAAT EN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN
DAARVAN
De uitvinding heeft betrekking op een separatorplaat voor een fiiel cell van het PEM 5 of DM type. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het
vervaardigen van een dergelijke separatorplaat. I
Separator platen worden gebruikt in een fuel cell of brandstofcel. Een voorbeeld van een fuel cell is een PEM fiiel cell, die wordt gebruikt om waterstof en zuurstof te laten reageren om elektriciteit op te wekken, waarbij als afvalproduct 10 alleen water ontstaat. PEM fiiel cellen zijn daardoor zeer omgevingsvriendelijk. Een PEM fiiel cell bestaat uit een aantal membranen (polymer electrolyte membranes), waarbij aan beide zijden van een membraan een katalysator aanwezig is, waardoor het waterstof met het zuurstof kan reageren. Iedere cel kan slechts een spanning van ongeveer 0.7 volt opwekken, zodat een groot aantal cellen nodig is om bijvoorbeeld 15 een auto aan te drijven. Tussen iedere twee membranen moet ten minste één separator plaat aanwezig zijn, onder andere om het waterstof gescheiden te houden van het zuurstof en om aan- en afvoerkanalen voor het waterstof het zuurstof en het water te verschaffen. De separator plaat dient daarbij als stroomcollector. In een fiiel cell zullen derhalve ten minste evenveel separator platen aanwezig zijn als er 20 membranen aanwezig zijn. Tussen een membraan en een bijbehorende separator plaat is een laag backing materiaal aangebracht dat enerzijds poreus moet zijn om de i, zuurstof en de waterstof in contact te brengen met de katalysator of om de gevormde waterdamp af te voeren, en anderzijds een goede elektrische geleiding moet bezitten. '
Een DM (direct methanol) fiiel cell werkt op soortgelijke wijze maar gébruikt 25 als brandstof geen waterstof maar methanol.
Aan de separator platen worden hoge eisen gesteld. Zij moeten zeer corrosiebestendig zijn omdat metaalionen de katalysator vergiftigen of het membraan verstoppen, maar moeten ook bestand zijn tegen waterstof. Gezien het grote aantal separator platen dat nodig is moeten de separator platen dun en licht zijn, zodat een 30 fiiel cell niet te groot en te zwaar wordt, terwijl de separator platen ook goedkoop vervaardigd moeten kunnen worden om fiiel cellen economisch aantrekkelijk te maken.
1024124
1-2- I
I Naast de bovengenoemde eisen moeten de verschillende onderdelen van de I
I fiiel cell een zeer lage elektrische weerstand bezitten en moet ook de I
I overgangsweerstand tussen de onderdelen van de fiiel cell laag zijn. I
I Het is een doel van de uitvinding om een separator plaat te verschaffen met een I
I 5 zeer lage elektrische weerstand. I
I Het is een ander doel van de uitvinding een dergelijke separator plaat te I
I verschaffen die gemakkelijk en goedkoop te vervaardigen is. I
I Een of beide doelen zijn volgens een eerste aspect van de uitvinding te I
I bereiken met een separator plaat voor een fiiel cell van het PEM of DM type, I
10 omvattend een laag uit een polymeer materiaal, waarbij een laag backing materiaal I
I over een gedeelte van zijn dikte is opgenomen in ten minste een gedeelte van de laag I
I uit het polymeer materiaal. I
I Tot nu toe worden backing en separator plaat als losse componenten in de fiiel I
I cell geplaatst De contactweerstand tussen de backing en de separatorplaat is dan I
I 15 sterk afhankelijk van de aandrukkracht in de stapeling; een hogere aandrukkracht I
I geeft gewoonlijk een lagere contactweerstand. Een hoge aandrukkracht is echter I
I nadelig omdat dit een sterke en dus zware constructie van de fiiel cell vergt. De I
I separator plaat volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet, omdat de backing over een I
I gedeelte van zijn dikte is opgenomen in de laag polymeer materiaal. Gebleken is dat I
I 20 dit een verlaging van de contactweerstand van ongeveer 85 - 95 % teweegbrengt, I
I terwijl geen hoge aandrukkrachten in de fiiel cell nodig zijn. I
I Bij voorkeur zijn elektrisch geleidende deeltjes opgenomen in het polymeer I
I materiaal. Deze elektrisch geleidende deeltjes zorgen voor een goede elektrische I
I geleidbaarheid van het mengsel van het polymeer materiaal en de geleidende I
I 25 deeltjes. I
I Hierbij zijn de elektrisch geleidende deeltjes bij voorkeur grafiet, grafiet I
I whiskers, carbon black of roet, koolstof vezels, metaal poeders en/of metaal vezels I
I zijn. Deze deeltjes zijn goedkoop en goed te mengen met het polymeer materiaal. I
I Bij voorkeur is de laag backing materiaal een koolstof omvattende laag. I
I 30 Koolstof geeft een goede elektrische geleidbaarheid aan de laag backing materiaal. I
I De laag backing materiaal is bij voorkeur een papier-achtige laag of een textiel- I
I achtige laag is. Deze typen backing materiaal zijn gemakkelijk verkrijgbaar en goed I
I 1 n 711 7 λ I
-3- geleidend. Bekende merknamen zijn Toray carbon paper en ELAT gas diffosion electrode.
Volgens een vooikeursuitvoering is de laag uit het polymeer materiaal aangebracht op een metalen plaat, zoals een plaat uit roestvaststaal of titanium. Het is 5 gebruikelijk om de separatorplaat als een van een polymeer laag voorzien metalen plaat te verschaffen. De metalen plaat verschaft de separator plaat zijn sterkte, thermische en elektrische geleidbaarheid en stijfheid en kan dun uitgevoerd worden, waardoor de foei cell niet te groot en te zwaar wordt.
Volgens een voorkeursuitvoering is deze laag uit het polymeer materiaal 10 vervormbaar, waarbij de laag bij voorkeur maximaal 30 gew% elektrisch geleidende deeltjes bevat, bij meer voorkeur 10 - 20 gew% elektrisch geleidende deeltjes. Bij een hoeveelheid geleidende deeltjes van maximaal 30 gew% is de laag uit het polymeer materiaal nog redelijk goed vervormbaar om daar vanuit een vlakke plaat een separator plaat van te vervaardigen, en bij 10 - 20 gew% geleidende deeltjes is 15 de laag goed vervormbaar.
Volgens een andere vooikeursuitvoering is de laag uit het polymeer materiaal aangebracht nadat de metalen plaat als separatorplaat vormgegeven is, waarbij de laag 30 - 80 gew% elektrisch geleidende deeltjes bevat.
Bij voorkeur is het polymeer materiaal een thermoplastisch materiaal, bij meer 20 voorkeur polyethyleen (PE). Thermoplastisch materiaal kan door verwannen zacht gemaakt worden, zodat de laag backing materiaal er gemakkelijk in op te nemen is. PE is een geschikt materiaal omdat het een niet te hoge smelttemperatuur bezit.
Volgens een voorkeursuitvoering bezit de laag uit het thermoplastich materiaal een dikte van 10 - 150 pm, bij voorkeur een dikte van 20 - 50 pm. Een laag van een 25 dergelijke dikte biedt genoeg hechting voor de laag backing materiaal, maar is niet te dik, zodat de totale dikte van de foei cell niet noemenswaardig toeneemt. Een dikte van 20 - 50 pm verdient de voorkeur vanuit de optiek van zowel goede hechting en dikte.
Volgens een uitvoering van de separator plaat vormt de laag uit het polymeer 30 materiaal de separator plaat waarin de laag backing materiaal is opgenomen. Hierbij is er voor de separator plaat derhalve geen metalen plaat gebruikt, maar vormt het polymeer materiaal zelf de separator plaat.
1024124
I -4- I
I Volgens een tweede aspect van de uitvinding is voorzien in een werkwijze I
I voor het vervaardigen van een separator plaat volgens het eerste aspect van de I
I uitvinding, waarbij de laag uit een polymeer materiaal uit een thermoplastisch I
I materiaal bestaat, en waarbij deze laag verwarmd wordt tot een temperatuur die I
I 5 gelijk is aan of hoger is dan de smelttemperatuur van het thermoplastische materiaal, I
I waarna de laag backing materiaal tegen deze laag aangebracht wordt en onder druk I
I gedurende een vooraf bepaalde tijd in de gesmolten laag gedrukt wordt. I
I Deze werkwijze maakt het mogelijk op eenvoudige en goedkope wijze een I
separator plaat volgens het eerste aspect van de uitvinding te vervaardigen. I
I 10 Bij voorkeur wordt een druk gekozen een druk gekozen wordt tussen 0,01 en I
I 400 bar, bij voorkeur tussen 1 en 50 bar. De druk hangt natuurlijk af van de I
I viscositeit van het thermoplastisch materiaal en de hoogte van de temperatuur. De I
I temperatuur kan, afhankelijk van het thermoplastisch materiaal dat gekozen wordt, I
zodanig gekozen worden dat de gebruikte druk niet te hoog hoeft te zijn, hetgeen de I
I 15 productie eenvoudiger maakt I
I Bij voorkeur wordt de tijd gedurende welke de lagen onder druk gehouden I
I worden gekozen tussen 0,1 seconde en 300 seconden, bij voorkeur tussen 1 en 30 I
I seconden, afhankelijk van de hoogte van de druk. Een korte aandruktijd is natuurlijk I
I gunstig vanuit het oogpunt van productie. I
I 20 I
I De uitvinding zal hieronder worden toegelicht aan de hand van een I
I beschrijving van uitvoeringsvoorbeelden en metingen. I
I Een separator plaat voor een fuel cell bestaat volgens een voordelige I
I 25 uitvoering uit een metalen plaat waarop een laag uit een polymeer materiaal is I
I aangebracht I
I Het polymeer materiaal is bij voorkeur thermoplastisch materiaal. I
I Thermoplastische polymeren zijn polymeren die een bepaald smeltpunt hebben. I
I Boven het smeltpunt is een thermoplastisch polymeer vloeibaar, beneden het I
I 30 smeltpunt is het vast, en dit gedrag is reversibel. Bekende thermoplastische I
I polymeren die in de industrie grootschalig worden gebruikt zijn o.a.: polyolefmes I
I (bijv. polyethyleen, polypropyleen), polyesters (bijv. polyethyleentereftalaat), I
I 1024124 -5- polyamides (bijv. nylons), polyurethanen, polyethers, polycarbonaten.
Thermoplastische polymeren zijn in principe geen electrische geleiders, maar toevoegingen kunnen leiden tot sterk verbeterde electrische geleiding. Voorbeelden van hiervoor gebruikelijke toevoegingen (vullers) zijn: grafiet, grafiet whiskers, roet s (carbon black), carbon fibers, metaal gecoate carbon fibers, metaal poeders, metaal vezels. Deze vullers worden meestal toegevoegd aan een hoeveelheid gesmolten thermoplastisch polymeer en vervolgens gemengd. Dergelijke mengsels kunnen op gebruikelijke apparatuur verwerkt worden tot polymere producten met een bepaalde vorm (zoals bijv. films, lagen of coatings).
10 Al de lagen of films uit thermoplastisch materiaal in de voorbeelden zijn gemaakt uitgaande van polyethyleen (smeltpunt ong. 120°C).
De contactweerstand wordt bij de navolgende voorbeelden bepaald door een stapeltje van de te onderzoeken materialen (backing materiaal + gevuld PE + backing materiaal) onder een metalen voet van 4x4 cm samen te drukken met een druk van 15 ongeveer 8 bar (dit is een gangbare contactdruk in een fuel cell). Er wordt een stroom door het stapeltje gestuurd en op 2 plekken wordt vervolgens het potentiaalverschil gemeten. Hiermee wordt de referentiewaarde voor een gebruikelijke contactweerstand tussen separator plaat en backing bepaald.
De elektrische weerstand van een laag backing materiaal opgenomen in een 20 laag thermoplastisch materiaal volgens de uitvinding wordt bepaald door een sandwich van een geleidende laag polymeer materiaal tussen twee lagen backing materiaal (backings) te vervaardigen, en hiervan de elektrische weerstand te meten.
De contactweerstand wordt berekend door de gemeten weerstand te vermenigvuldigen met de oppervlakte (in ons geval 4x4=16 cm2).
25 Een sandwich van een geleidende laag polymeer materiaal tussen twee lagen backing materiaal (typische afmeting ong. 5x4 cm) wordt vervaardigd door het stapeltje gedurende 1 minuut te persen tussen twee verwarmde platen van een conventionele verwarmde pers.
De temperatuur van de platen dient in ieder geval zodanig te zijn dat het 30 polymeer materiaal boven het smeltpunt gebracht wordt. Aangezien altijd gewerkt wordt met polyethyleen (smeltpunt 120°C), is een temperatuur van de platen van 170-200°C ruim voldoende.
n fl gil 2·ί _ _ _
I -6- I
I De gebruikte druk was ongeveer 300 bar. Lagere drukken leiden eveneens tot I
I goede resultaten, zie hierna. Na het persen gedurende 1 minuut wordt de pars direct I
I geopend en de heet geperste sandwich aan de lucht gekoeld. I
I 5 Voorbeeli 1. I
I Een geleidende film met een dikte van 200 pm is verkregen door 85 wt% I
I polyethyleen te vermengen met 15 wt.% carbon black (Ketjenblack EC 600 JD van I
I Akzo Nobel). I
I De contactweerstand van een los gestapelde sandwich van de geleidende film I
I 10 tussen twee backings is 880 mOhm.cm2. I
I De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze heet geperste I
I sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 61 mOhm.cm2. I
I De werkwijze van de uitvinding leidt dus tot een verlaging van de I
I contactweerstand van 93 %. I
I 15 I
I Voorbeeld 2. I
I Een geleidende film met een dikte van 200 pm is verkregen door 65 wt. % I
I polyethyleen te vermengen met 15 wt. % carbon black (Ketjenblack ED 600 JD van I
I Akzo Nobel) en 20 wt % gemalen carbon vezels (Panex 33 van Zoltek). I
I 20 De contactweerstand van een los gestapelde sandwich van de geleidende film I
I tussen twee backings is 282 mOhm-cm2. I
I De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze heet gepaste I
I sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 43 mOhm.cm2. I
I De werkwijze van de uitvinding leidt dus tot een verlaging van de 1
I 25 contactweerstand van 85 %. I
I Voorbeeld 3. I
I Een geleidende film met een dikte van 250 pm is verkregen door 80 wt. % I
I polyethyleen te vermengen met 20 wt. % carbon black (Ketjenblack ED 600 JD van I
I 30 Akzo Nobel. I
I De contactweerstand van een los gestapelde sandwich van de geleidende film I
I tussen twee backings is 182 mOhm.cm2. I
I 1024124"' -7-
De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee baddngs is 36 mOhm.cm2.
De werkwijze van de uitvinding leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van 80 %.
5
Voorbeeld 4.
Een geleidende film met een dikte van 200 μτη is verkregen door 65 wt. % polyethyleen te vermengen met 15 wt. % carbon black (Ketjenblack ED 600 JD van Akzo Nobel) en 20 wt % gemalen carbon vezels (Panex 33 van Zoltek).
10 De contactweerstand van een los gestapelde sandwich van de geleidende film tussen twee baddngs is 266 mOhm.cm2.
De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze (plaattemperaturen van 180 °C) heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 18 mOhm.cm2. Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging 15 van de contactweerstand van 93 %.
De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze (plaattemperaturen van 120 °C) heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 18 mOhm.cm2. Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van 93 %.
20 De contactweerstand van een volgens de beschreven werkwijze (plaattemperaturen van 60 °C) heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 197 mOhm.cm2. Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van (slechts) 25 %.
25 De resultaten in voorbeeld 4 laten zien dat de grootste weerstandsverlaging wordt verkregen door het persen uit te voeren nabij of boven het smeltpunt van polyethyleen.
Voorbeeld 5.
30 Een geleidende film met een dikte van 267 pm is verkregen door 72 wt % polyethyleen te vermengen met 13 wt. % carbon black (Ketjenblack ED 600 JD van Akzo Nobel) en 15 wt. % gemalen carbon vezels (Panex 33 van Zoltek).
} (j L· 4 %
I -8- I
I De contactweerstand (8 bar druk) van een los gestapelde sandwich van de I
I geleidende film tussen twee backings is 304 mOhm.cm2. I
I De contactweerstand (8 bar druk) van een volgens de beschreven werkwijze I
I heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 8.7 I
I 5 mOhm.cm2. Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van I
I 97 %. I
I De invloed van de druk tijdens de contactweerstandsmeting op de I
I contactweerstand van deze twee sandwiches is weergegeven in onderstaande tabel: I
I 10 I
I Los gestapelde sandwich: Heet-geperste sandwich: I
I Druk Contactweerstand Contactweerstand I
I (bar) (mOhm.cm2) (mOhm.cm2) I
I 2.4__500__6_ I
I S__304__87_ I
I 12__234__9;3_ I
I 16.2__195__102_ I
I 18.8 179 10.5 I
I De resultaten in de tabel laten duidelijk zien dat de contactweerstand van de I
I los gestapelde sandwich sterk afneemt met toenemende druk. Deze eigenschap maakt I
I noodzakelijk dat in de fuel cell de stapels onder zo hoog mogelijke druk worden I
I 15 gezet, teneinde de benodigde lage contactweerstand te verkrijgen. Dit stelt eisen aan I
I de constructie van de cel. I
I De tabel laat duidelijk zien dat de contactweerstand van de heet geperste I
I backing licht toeneemt met toenemende druk. Met deze verrassende eigenschap zou I
I het mogelijk zijn om, gebruik makende van de materialen conform de uitvinding, I
I 20 fuel cells te produceren met een lagere druk hetgeen technisch gemakkelijker is. I
Het voordeel van genoemde werkwijze is ook te bereiken met andere poreuze I
I materialen dan de gas-difïusie backing, zoals blijkt uit voorbeeld 6. I
I 25 Voorbeeld 6. I
I Een geleidende film met een dikte van 406 pm is verkregen door 78.5 wt % I
I polyethyleen te vermengen met 14 wt. % carbon black (Ketjenblack ED 600 JD van I
I 1 Π 9 Al 2 A I
-9-
Akzo Nobel) en 7.5 wt. % gemalen carbon vezels (Panex 33 van Zoltek).
De contactweerstand (8 bar druk) van een los gestapelde sandwich van de geleidende film tussen twee non-wovens van roestvaststaal (Bekipor ST 20FP3 van Bekaert, air permeability (l/dm2/MIN) DIN 53887 :244) is 3822 mOhm.cm2.
5 De contactweerstand (8 bar druk) van een volgens de beschreven werkwijze heet geperste sandwich van de geleidende film tussen twee roestvaststaal non-wovens is 40 mOhm.cm2. Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van 99 %.
10 hi voorbeeld 7 is getracht na te gaan wat de invloed van druk en tijd tijdens het heet-persen op de contactweerstand is.
In afwijking van alle voorgaande voorbeelden wordt nu gewerkt in een hete lucht-oven. De oventemperatuur wordt ingesteld op 180 °C. Het heet persen gebeurt door bovenop een sandwich van een backing/polymere coating/backing, in de oven, 15 een gewicht te plaatsen.
Voorbeeld 7.
Een geleidende film met een dikte van ong. 200 pm is verkregen door 85 wt.% polyethyleen te vermengen met 15 wt.% carbon black (Ketjenblack EC 600 JD 20 van Akzo Nobel).
De contactweerstand van een los gestapelde sandwich van de geleidende film tussen twee backings is 904 mOhm.cm2.
De contactweerstand van een sandwich van de geleidende film tussen twee backings, die heet geperst is bij 180 °C onder een druk van 0.005 bar gedurende 1 25 minuut, bedraagt 529 mOhm.cm2.Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de contactweerstand van 41 %.
De contactweerstand van een sandwich van de geleidende film tussen twee backings, die heet geperst is bij 180 °C onder een druk van 0.24 bar gedurende 1 minuut, bedraagt 403 mOhm.cm2.Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de 30 contactweerstand van 55 %.
De contactweerstand van een sandwich van de geleidende film tussen twee backings, die heet geperst is bij 180 °C onder een druk van 0.53 bar gedurende 1 S y C 4 t <:! 4 I -ιο ί minuut, bedraagt 261 mOhm.cm1 2.Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de I contactweerstand van 71 %.
I De contactweerstand van een sandwich van de geleidende film tussen twee I backings, die heet geperst is bij 180 °C onder een druk van 0.53 bar gedurende 5 I 5 minuten, bedraagt 198 mOhm.cm2Deze werkwijze leidt dus tot een verlaging van de I contactweerstand van 78%.
I De resultaten uit dit voorbeeld laten zien dat een hogere druk in principe leidt tot een grotere reductie van de contactweerstand. Echter bij zeer lage drukken (5 I 10 millibar) is er al een behoorlijk effect. De temperatuur moet daarbij duidelijk hoger I zijn dan het smeltpunt van het thermoplastisch materiaal.
I Hoewel in de bovenstaande voorbeelden alleen de contactweerstand gemeten I is tussen lagen backing materiaal en thermoplastisch materiaal, zal duidelijk zijn dat I is eenzelfde reductie mogelijk is bij gebruikelijke separator platen waarbij de laag I thermoplastisch materiaal op een metalen plaat aangebracht is, en bij separator platen I die bestaan uit een composiet van polymeer materiaal en grafiet, of die volledig bestaan uit grafiet In plaats van thermoplastisch materiaal zou ook thermohardend I materiaal gekozen kunnen worden, maar dan moet de laag backing materiaal al I 20 aangebracht zijn bij het uitharden van het thermohardende materiaal.
I 102412' DE laag backing materiaal kan zowel in een vlakke laag thermoplastich materiaal aangebracht worden, die daarna tot een bijvoorbeeld golfvormige separator plaat gevormd wordt, als in het thermoplastisch materiaal van I 25 een reeds gevormde separatorplaat uit een laag thermoplastisch materiaal, al dan niet 2 I op een metalen plaat

Claims (14)

1. Separator plaat voor een fuel cell van het PEM of DM type, omvattend een 5 laag uit een polymeer materiaal, met het kenmerk, dat een laag backing materiaal over een gedeelte van zijn dikte is opgenomen in ten minste een gedeelte van de laag uit het polymeer materiaal.
2. Separator plaat volgens conclusie 1, waarbij elektrisch geleidende deeltjes 10 opgenomen zijn in het polymeer materiaal.
3. Separator plaat volgens conclusie 2, waarbij de elektrisch geleidende deeltjes grafiet, grafiet whiskers, carbon black of roet, koolstof vezels, metaal poeders en/of metaal vezels zijn. 15
4. Separator plaat volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de laag backing materiaal een koolstof omvattende laag is.
5. Separator plaat volgens conclusie 4, waarbij de laag backing materiaal een 20 papier-achtige laag of een textiel-achtige laag is.
6. Separator plaat volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de laag uit het polymeer materiaal aangebracht is op een metalen plaat, zoals een plaat uit roestvaststaal of titanium. 25
7. Separator plaat volgens conclusie 6, waarbij de laag uit het polymeer materiaal vervormbaar is, waarbij de laag bij voorkeur maximaal 30 gew% elektrisch geleidende deeltjes bevat, bij meer voorkeur 10 - 20 gew% elektrisch geleidende deeltjes. 30 ·* c· ;i 1 4 -12- I
8. Separator plaat volgens conclusie 6, waarbij de laag uit het polymeer materiaal I aangebracht is nadat de metalen plaat als separatoiplaat vormgegeven is, en I waarbij de laag 30 - 80 gew% elektrisch geleidende deeltjes bevat. I
9. Separator plaat volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het polymeer I materiaal een thermoplastisch materiaal is, bij voorkeur polyethyleen (P£). I
10. Separator plaat volgens conclusie 9, waarbij de laag uit het thermoplastich I materiaal een dikte van 10 - ISO pm bezit, bij voorkeur een dikte van 20-50 I 10 pm. I
11. Separator plaat volgens een der conclusies 1-5, waarbij de laag uit het I polymeer materiaal de separator plaat vormt waarin de laag backing materiaal I is opgenomen. I
15 I
12. Werkwijze voor het vervaardigen van een separator plaat volgens een der I conclusies 1-11, waarbij de laag uit een polymeer materiaal uit een I thermoplastisch materiaal bestaat, en waarbij deze laag verwarmd wordt tot een I temperatuur die gelijk is aan of hoger is dan de smelttemperatuur van het I 20 thermoplastische materiaal, waarna de laag backing materiaal tegen deze laag I aangebracht wordt en onder druk gedurende een vooraf bepaalde tijd in de I gesmolten laag gedrukt wordt. I
13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij een druk gekozen wordt tussen 0,01 I 25 en 400 bar, bij voorkeur tussen 1 en 50 bar. I
14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, waarbij de tijd gedurende welke de I lagen onder druk gehouden worden gekozen wordt tussen 0,1 seconde en 300 I seconden, bij voorkeur tussen 1 en 30 seconden, afhankelijk van de hoogte van I 30 de druk. I 10P 41 ?.i_I
NL1024124A 2003-08-19 2003-08-19 Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan. NL1024124C2 (nl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1024124A NL1024124C2 (nl) 2003-08-19 2003-08-19 Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.
PCT/EP2004/009298 WO2005018031A2 (en) 2003-08-19 2004-08-18 Separator plate and method for producing it

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1024124 2003-08-19
NL1024124A NL1024124C2 (nl) 2003-08-19 2003-08-19 Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1024124C2 true NL1024124C2 (nl) 2005-02-22

Family

ID=34192305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1024124A NL1024124C2 (nl) 2003-08-19 2003-08-19 Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Country Status (2)

Country Link
NL (1) NL1024124C2 (nl)
WO (1) WO2005018031A2 (nl)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19947858A1 (de) * 1999-10-05 2001-04-26 Dornier Gmbh Korrosionsbeständige Brennstoffzelle
EP1246284A2 (en) * 2001-03-27 2002-10-02 Nichias Corporation Fuel cell separator and method for manufacturing the same
WO2003007407A1 (en) * 2001-07-09 2003-01-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of manufacturing separator for fuel cell
EP1296394A1 (en) * 2000-06-29 2003-03-26 Nok Corporation Constituent part for fuel cell

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0330124A3 (en) * 1988-02-24 1991-06-12 Toray Industries, Inc. Electroconductive integrated substrate and process for producing the same
AU2003262252A1 (en) * 2002-08-23 2004-03-11 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell separator and its manufacturing method
US20060188773A1 (en) * 2003-03-25 2006-08-24 Peter Andrin Process for joining a gas diffusion layer to a separator plate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19947858A1 (de) * 1999-10-05 2001-04-26 Dornier Gmbh Korrosionsbeständige Brennstoffzelle
EP1296394A1 (en) * 2000-06-29 2003-03-26 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
EP1246284A2 (en) * 2001-03-27 2002-10-02 Nichias Corporation Fuel cell separator and method for manufacturing the same
WO2003007407A1 (en) * 2001-07-09 2003-01-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of manufacturing separator for fuel cell
EP1406327A1 (en) * 2001-07-09 2004-04-07 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of manufacturing separator for fuel cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEHTA V ET AL: "Review and analysis of PEM fuel cell design and manufacturing", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SEQUOIA S.A. LAUSANNE, CH, vol. 114, no. 1, 25 February 2003 (2003-02-25), pages 32 - 53, XP004412816, ISSN: 0378-7753 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005018031A2 (en) 2005-02-24
WO2005018031A3 (en) 2005-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7090946B2 (en) Composite electrode and method for fabricating same
US7384433B2 (en) Densification of compressible layers during electrode lamination
CN100583523C (zh) 燃料电池隔板用片状成形材料、其制造方法及燃料电池用隔板
CN101371385A (zh) 燃料电池双极板、制备该燃料电池双极板的方法以及包含该双极板的燃料电池
US7317609B2 (en) Pretreated porous electrode
DE102008028549A1 (de) Thermoplastische Bipolarplatte
KR102489281B1 (ko) 연료전지용 유로 부재의 제조 방법
EP3550648B1 (en) Gas diffusion electrode and production method therefor
WO2002027842A1 (fr) Separateur de pile a combustible, procede de fabrication de ce separateur et pile a combustible a polymere solide mettant en oeuvre ce separateur
EP1577971A1 (en) Method for producing separator for fuel cell, separator for fuel cell and fuel cell
EP2088604B1 (en) Electrode membrane, electrode and method for producing the same, and electric double layer capacitor
WO2018111968A1 (en) Bipolar plate-electrode assemblies and electrochemical cell stacks and liquid flow batteries therefrom
WO2007044585A2 (en) Compression moldable composite bipolar plates with high through-plane conductivity
KR20190130126A (ko) 가스 확산 전극 기재의 제조 방법, 및 연료 전지
NL1024124C2 (nl) Separator plaat en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.
JP2000133281A (ja) 燃料電池用セパレータ、その製造方法および燃料電池
US20100008020A1 (en) Electrode device
Kim et al. Energy Efficiency Improvement of Vanadium Redox Flow Battery by Integrating Electrode and Bipolar Plate
WO2018111958A1 (en) Bipolar plate-electrode assemblies and electrochemical cell stacks and liquid flow batteries therefrom
CN116491001A (zh) 集电体
JP2006202730A (ja) 燃料電池セパレータ用シート状成形材料、その製造方法及び燃料電池用セパレータ
KR101826857B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 전극 집전체
JP3956956B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池
CN114270581B (zh) 燃料电池用隔板的制造方法
WO2018111635A1 (en) Monopolar plate-electrode assemblies and electrochemical cells and liquid flow batteries therefrom

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20080301