NL1040444C2 - METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1040444C2 NL1040444C2 NL1040444A NL1040444A NL1040444C2 NL 1040444 C2 NL1040444 C2 NL 1040444C2 NL 1040444 A NL1040444 A NL 1040444A NL 1040444 A NL1040444 A NL 1040444A NL 1040444 C2 NL1040444 C2 NL 1040444C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- plate
- bipolar
- cathode
- preform
- anode
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
Methode voor het vervaardigen van een samengestelde bipolaire celplaat voor Polymeer-electrolyt brandstofcelMethod for producing a composite bipolar cell plate for polymer-electrolyte fuel cell
De uitvinding heeft betrekking op een methode voor de vervaardiging van een bipolaire plaat voor Polymeer-electrolyt membraan (PEM) brandstofcel.The invention relates to a method for the manufacture of a bipolar plate for Polymer-electrolyte membrane (PEM) fuel cell.
Brandstofcellen zijn reeds bekend sinds de ontdekking door Sir William Grove in 1838. In brandstofcellen wordt chemische energie direct omgezet in elektriciteit en warmte in gescheiden elektrochemische reacties. Een brandstofcel bestaat uit een anodecompartiment en een kathodecompartiment gescheiden door een elektrolyt. Een polymeerelektrolyt membraan brandstofcel bevat een protongeleidend membraan als elektrolyt. Aan weerszijden van het membraan bevindt zich een katalysator bevattende elektrode. In het anodecompartiment wordt een brandstof, zoals waterstof of een koolwaterstofverbinding, geoxideerd tot protonen, elektronen en eventuele restproducten zoals CO en CO2. De protonen migreren door het membraan naar het kathodecompartiment, terwijl de elektronen via een extern circuit naar de kathode gaan. In het kathodecompartiment wordt zuurstof gereduceerd en reageert met de protonen en elektronen tot water. Het anode- en kathodecompartiment worden aan de zijde tegenover het membraan afgesloten door een stromingsplaat waarlangs de aan- en afvoer van reactanten en elektronen plaatsvindt.Fuel cells have been known since the discovery by Sir William Grove in 1838. In fuel cells, chemical energy is directly converted into electricity and heat in separate electrochemical reactions. A fuel cell consists of an anode compartment and a cathode compartment separated by an electrolyte. A polymer electrolyte membrane fuel cell contains a proton-conducting membrane as an electrolyte. A catalyst-containing electrode is located on either side of the membrane. In the anode compartment, a fuel, such as hydrogen or a hydrocarbon compound, is oxidized to protons, electrons and any residual products such as CO and CO2. The protons migrate through the membrane to the cathode compartment, while the electrons go to the cathode via an external circuit. In the cathode compartment, oxygen is reduced and reacts with the protons and electrons to water. The anode and cathode compartments are closed on the side opposite the membrane by a flow plate along which the supply and removal of reactants and electrons takes place.
Brandstofcellen hebben doorgaans bij stroomlevering een spanning in de orde van 0.5 tot 0.7 Volt. Daarom worden cellen in serie gestapeld om een brandstofcelstapeling te vormen met een hogere spanning. Het samenstel van anode stromingsplaat van de ene cel en de kathode stromingsplaat van de naast gelegen cel vormt de scheiding tussen de cellen en verzorgt de toe- en afvoer van de reactanten naar het juiste compartiment en doorgifte van stroom. Elektrisch contact tussen de beide platen wordt verkregen door de stapeling aan te drukken. Vaak wordt een tussenruimte tussen de platen gecreëerd voor een koelmedium. Afdichting vindt plaats door middel van pakkingen. Maattoleranties en ongelijkmatige drukverdeling kunnen leiden tot lokaal slecht contact of lekkage van het koelmedium of de reactanten. Slecht lokaal contact kan resulteren in hot-spots en falen van de brandstofcel.Fuel cells usually have a voltage in the order of 0.5 to 0.7 volts when supplied with electricity. Therefore, cells are stacked in series to form a fuel cell stack with a higher voltage. The assembly of anode flow plate of one cell and the cathode flow plate of the adjacent cell forms the separation between the cells and ensures the supply and discharge of the reactants to the correct compartment and transfer of current. Electrical contact between the two plates is achieved by pressing on the stack. A space is often created between the plates for a cooling medium. Sealing takes place by means of gaskets. Dimensional tolerances and uneven pressure distribution can lead to poor local contact or leakage of the cooling medium or reactants. Poor local contact can result in hot spots and fuel cell failure.
De uitvinding beoogt een methode te verschaffen waarin bovengenoemde problemen worden opgelost voor bipolaire platen gemaakt van grafïet-composiet.It is an object of the invention to provide a method in which the above problems are solved for bipolar plates made of graphite composite.
Dit kan door volgens de uitvinding gebruik te maken van een speciaal mengsel van grafiet, carbon black en een kunststof gecombineerd met een aantal processtappen, waarmee een kosteneffectieve bipolaire plaat wordt gemaakt. Het te gebruiken materiaal voor de platen kan bestaan uit een mengsel van grafiet, HDPF (Phenol formaldehyde), en carbon black. In de juiste verhouding worden deze materialen vermalen en gemengd en daarna in verwerkt in 2 stappen op een temperatuur rond de smelttemperatuur van de binder. Het percentage grafiet dient te liggen boven 60%; het percentage carbon black dient te liggen tussen 0 en 15%, en het percentage HDPF tussen 10 en 25%. Het materiaal dat zo wordt verkregen is isotroop van samenstelling en hydrofoob en heeft een hoog geleidingsvermogen. Door de hydrofobiciteit van het materiaal kan eenvoudig water uit de cel worden verwijderd.According to the invention this can be done by using a special mixture of graphite, carbon black and a plastic combined with a number of process steps, with which a cost-effective bipolar plate is made. The material to be used for the plates may consist of a mixture of graphite, HDPF (Phenol formaldehyde), and carbon black. These materials are ground and mixed in the correct proportion and then processed in 2 steps at a temperature around the melting temperature of the binder. The percentage of graphite must be above 60%; the percentage of carbon black must be between 0 and 15%, and the percentage of HDPF between 10 and 25%. The material thus obtained is isotropic in composition and hydrophobic and has a high conductivity. Due to the hydrophobicity of the material, water can easily be removed from the cell.
In een gecombineerd spuitgiet/pers proces wordt in een eerste stap een voorvorm geperst van de anodeplaat en de kathode plaat. In deze voorvorm is de achterzijde van de stromingsplaten vormgegeven. In de tweede stap wordt de voorzijde van de anodeplaat en de kathodeplaat vormgegeven en beide platen aan de achterzijde met elkaar verbonden door de platen te verhitten en te persen. Hierdoor wordt een goed geleidend contact verkregen en een zeer fluïdumdichte structuur gecreëerd. Tevens maakt de hoge sterkte van het materiaal het mogelijk een fijn kanaalstructuur te gebruiken als stromingspatroon voor de gassen.In a combined injection molding / pressing process, a preform of the anode plate and the cathode plate is pressed in a first step. The back side of the flow plates is designed in this preform. In the second step, the front side of the anode plate and the cathode plate is shaped and both plates are connected to each other at the rear by heating and pressing the plates. A good conductive contact is hereby obtained and a highly fluid-tight structure is created. The high strength of the material also makes it possible to use a fine channel structure as a flow pattern for the gases.
Het maakproces is schematisch weergegeven in figuur 1. Figuur la geeft het mengen en verwarmen van de materialen weer. Het gecombineerde spuitgiet/pers proces resulteert in een voorvorm met een structuur op de achterzijde, figuur lb. Voor een bipolaire plaat worden twee voorvormen gemaakt. Deze voorvormen wordt vervolgens verwarmd, figuur lc, en daarna samengeperst, figuur ld. In een geautomatiseerde proces is een doorlooptijd van minder dan 20 seconden haalbaar.The making process is shown schematically in Figure 1. Figure 1a shows the mixing and heating of the materials. The combined injection molding / pressing process results in a preform with a structure on the back, figure 1b. Two preforms are made for a bipolar plate. These preforms are then heated, Figure 1c, and then compressed, Figure Id. A lead time of less than 20 seconds can be achieved in an automated process.
Een voorbeeld van een bipolaire plaat volgens de uitvinding is weergegeven in figuur 2. In deze figuur is een samenstelling van twee platen te zien. De kathodeplaat (1) is verbonden met anodeplaat (2). De toe- en afvoer van lucht wordt verzorgd door de kanalen (3a) en (3b). Door kanalen (4a) en (4b) stroomt de koelvloeistof, verbonden via het koelcircuit tussen de platen. De toe- en afvoer van brandstof naar en van de cellen wordt verzorgd door de kanalen (5a) en (5b). Deze zijn verbonden met het kanalenpatroon in het actieve gebied (6).An example of a bipolar plate according to the invention is shown in figure 2. This figure shows a composition of two plates. The cathode plate (1) is connected to anode plate (2). The supply and removal of air is provided by the channels (3a) and (3b). The cooling liquid flows through channels (4a) and (4b), connected via the cooling circuit between the plates. The supply and removal of fuel to and from the cells is provided by the channels (5a) and (5b). These are connected to the channel pattern in the active area (6).
Een methode volgens de uitvinding omvat de volgende stappen.A method according to the invention comprises the following steps.
Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de anodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een kanaalpatroon voor het koelmedium gevormd en een structuur voor het verdelen van de gassen naar de voorzijde van de plaat. Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de kathodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een kanaalpatroon voor het koelmedium gevormd en een structuur voor het verdelen van de gassen naar de voorzijde van de plaat.The plate material is mixed, heated and the anode plate preform is pressed, forming a channel pattern for the cooling medium and a structure for distributing the gases to the front of the plate. The plate material is mixed, heated and the cathode plate preform is pressed, forming a channel pattern for the cooling medium and a structure for distributing the gases to the front of the plate.
Beide platen worden verhit en samengeperst waarbij ze aan de achterzijde versmelten daarbij een geheel vormend en aan de anodezijde het anodezijdige kanaalpatroon wordt gevormd en aan de kathode het kathodezijdige kanaalpatroon wordt gevormd. Een voorbeeld van de samenstelling is te zien in figuur 2.Both plates are heated and compressed, melting at the rear thereby forming a whole and the anode-side channel pattern being formed on the anode side and the cathode-side channel pattern being formed on the cathode. An example of the composition is shown in Figure 2.
Een andere methode volgens de uitvinding omvat de volgende stappen.Another method according to the invention comprises the following steps.
Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de anodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een kanaalpatroon voor het koelmedium gevormd. Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de kathodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een kanaalpatroon voor het koelmedium gevormd.The plate material is mixed, heated and the anode plate preform is pressed to form a channel pattern for the cooling medium. The plate material is mixed, heated and the cathode plate preform is pressed to form a channel pattern for the cooling medium.
Beide platen worden heet samengeperst waarbij ze aan de achterzijde versmelten daarbij een geheel vormend en aan de anodezijde het anodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd en aan de kathode het kathodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd.Both plates are hot compressed, melting at the rear thereby forming a whole and the anode-side channel pattern and distribution structure being formed on the anode side and the cathode-side channel pattern and distribution structure being formed on the cathode.
Weer een andere methode volgens de uitvinding omvat de volgende stappen.Yet another method according to the invention comprises the following steps.
Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de anodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een patroon voor het plaatsen van heat pipes wordt gevormd. Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de kathodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een patroon voor het plaatsen van heat pipes wordt gevormd.The plate material is mixed, heated and the anode plate preform is pressed, forming a pattern for placing heat pipes. The plate material is mixed, heated and the cathode plate preform is pressed to form a pattern for placing heat pipes.
Tussen beide platen worden heat pipes geplaatst in het daarvoor bedoelde patroon.Heat pipes are placed between the two plates in the intended pattern.
Vervolgens worden beide platen heet samengeperst waarbij ze aan de achterzijde versmelten daarbij een geheel vormend en aan de anodezijde het anodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd en aan de kathode het kathodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd. Een voorbeeld van deze samenstelling is te zien in figuur 3.The two plates are then hot compressed, melting at the rear thereby forming a whole and the anode-side channel pattern and distribution structure being formed on the anode side and the cathode-side channel pattern and distribution structure being formed on the cathode. An example of this composition is shown in Figure 3.
In deze tekening is de kathodeplaat (1) verbonden met anodeplaat (2). De toe- en afvoer van lucht wordt verzorgd door de kanalen (3a) en (3b). Via sleuf (7a) stroomt de lucht via de achterzijde van de plaat vanuit kanaal (3a) naar het actieve gebied (6). Via sleuf (7b) verlaat het gas de cel naar het afvoerkanaal (3b). De toe- en afvoer van brandstof naar en van de cellen wordt verzorgd door de kanalen (5a) en (5b). Tussen de platen bevinden zich heatpipes (8) die aan de zijkant naar buiten komenIn this drawing, the cathode plate (1) is connected to anode plate (2). The supply and removal of air is provided by the channels (3a) and (3b). Via slot (7a) the air flows through the rear side of the plate from channel (3a) to the active area (6). Via slot (7b) the gas leaves the cell to the discharge channel (3b). The supply and removal of fuel to and from the cells is provided by the channels (5a) and (5b). Between the plates there are heat pipes (8) that come out at the side
Een vierde methode volgens de uitvinding omvat de volgende stappen.A fourth method according to the invention comprises the following steps.
Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de anodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een patroon voor het plaatsen van heatpipes wordt gevormd en een structuur voor het verdelen van de gassen naar de voorzijde van de plaat. Het plaatmateriaal wordt gemengd, verhit en de kathodeplaat voorvorm wordt geperst waarbij een patroon voor het plaatsen van heat pipes wordt gevormd en een structuur voor het verdelen van de gassen naar de voorzijde van de plaat.The plate material is mixed, heated and the anode plate preform is pressed forming a pattern for placing heat pipes and a structure for distributing the gases to the front of the plate. The plate material is mixed, heated and the cathode plate preform is pressed forming a pattern for placing heat pipes and a structure for distributing the gases to the front of the plate.
Tussen beide platen worden heat pipes geplaatst in het daarvoor bedoelde patroon. Vervolgens worden beide platen heet samengeperst waarbij ze aan de achterzijde versmelten daarbij een geheel vormend en aan de anodezijde het anodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd en aan de kathode het kathodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd.Heat pipes are placed between the two plates in the intended pattern. The two plates are then hot compressed, melting at the rear thereby forming a whole and the anode-side channel pattern and distribution structure being formed on the anode side and the cathode-side channel pattern and distribution structure being formed on the cathode.
In een vijfde methode zijn de anodeplaat en kathodeplaat voorvorm identiek met een patroon volgens een van de voorgaande methodes. Vervolgens worden beide platen heet samengeperst waarbij ze aan de achterzijde versmelten daarbij een geheel vormend en aan de anodezijde het anodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd en aan de kathode het kathodezijdige kanaalpatroon en verdeelstructuur wordt gevormd.In a fifth method, the anode plate and cathode plate preform are identical to a pattern according to one of the preceding methods. The two plates are then hot compressed, melting at the rear thereby forming a whole and the anode-side channel pattern and distribution structure being formed on the anode side and the cathode-side channel pattern and distribution structure being formed on the cathode.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1040444A NL1040444C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1040444 | 2013-10-15 | ||
NL1040444A NL1040444C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1040444C2 true NL1040444C2 (en) | 2015-04-16 |
Family
ID=53054343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1040444A NL1040444C2 (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL1040444C2 (en) |
-
2013
- 2013-10-15 NL NL1040444A patent/NL1040444C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8790846B2 (en) | Gas diffusion layer and process for production thereof, and fuel cell | |
US6607857B2 (en) | Fuel cell separator plate having controlled fiber orientation and method of manufacture | |
CN100570925C (en) | The manufacture method of pem fuel cell separator plate | |
CN108028393B (en) | Fuel cell and method for manufacturing the same | |
NL1014405C1 (en) | Method of Manufacture Polymer Electrolyte Fuel Cells. | |
CN107732278A (en) | Fuel-cell stack assembly | |
EP2492997B1 (en) | Bipolar plate for fuel cell | |
US7014947B2 (en) | Integral membrane support and frame structure | |
Baroutaji et al. | Design and development of proton exchange membrane fuel cell using open pore cellular foam as flow plate material | |
JP7197697B2 (en) | Distributor structure for fuel cells or electrolysers | |
CN105006582A (en) | Separator and fuel cell with the same | |
US20120282539A1 (en) | Fuel cell | |
CN104412429A (en) | Fuel cell gas diffusion layer and method for forming same | |
US20200287231A1 (en) | Fuel cell stack and method of producing dummy cell | |
WO2006057704A2 (en) | Electrorheological design and manufacturing method for proton transport membranes and bipolar plates | |
WO2014167306A2 (en) | Fuel cells | |
Mohamed et al. | Analysis of excessive heating on the thermal and electrical resistance of a polymer electrolyte membrane fuel cell | |
CN110114926B (en) | Method for manufacturing fuel cell and processing device | |
JP2008010350A (en) | Single cell for polymer electrolyte fuel battery | |
KR20090128974A (en) | Separator for fuel cell stack and method for manufacturing the same | |
NL1040444C2 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE BIPOLAR CELL PLATE FOR POLYMER-ELECTROLYT FUEL CELL. | |
JP2003109622A (en) | Fuel cell separator, method of manufacturing the same, and fuel cell | |
KR101534940B1 (en) | Bipolar plate for fuel cell and fuel cell using the same | |
US20230378506A1 (en) | Membrane-electrode unit for an electrochemical cell, and method for manufacturing a membrane-electrode unit | |
CN104810533A (en) | PEM fuel cell seal design and method for manufacture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20161101 |