WO2014173750A1 - Process for producing a bipolar plate and also a layer structure, bipolar plate and layer structure having a bipolar plate - Google Patents

Process for producing a bipolar plate and also a layer structure, bipolar plate and layer structure having a bipolar plate Download PDF

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WO2014173750A1
WO2014173750A1 PCT/EP2014/057706 EP2014057706W WO2014173750A1 WO 2014173750 A1 WO2014173750 A1 WO 2014173750A1 EP 2014057706 W EP2014057706 W EP 2014057706W WO 2014173750 A1 WO2014173750 A1 WO 2014173750A1
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bipolar plate
gas diffusion
diffusion layer
layer
contact
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PCT/EP2014/057706
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Inventor
Stefan Haase
Johannes Schmid
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a bipolar plate, to a method for producing a layer structure comprising a bipolar plate and a gas diffusion layer, and to a structure-changed surface bipolar plate and to a layer structure comprising such a bipolar plate.
  • Bipolar plates find application in electrochemical cells, such as a fuel cell system, with a plurality of stacked single fuel cells, and have the task of separating the individual cells from each other to provide electrical contact of the electrodes of the electrochemical cells to forward current to adjacent cells, cells with To supply media or Obsedukten and derive the resulting waste heat.
  • a bipolar plate is in contact with a gas diffusion layer which serves in an electrochemical cell as a distributor structure of the reaction educts, that is to say in particular of the reaction gases, and is usually formed from tissues of carbon materials.
  • the bipolar plates are formed of metals so that the electrical contact with the gas diffusion layer is not ideal. This creates a contact resistance (transition resistance), which is significantly greater than 10 mOhm cm 2 .
  • the contact resistance can be reduced to 5 mOhm cm 2 .
  • the application of a corresponding coating is a complicated, and thus also expensive process.
  • the required materials are also characterized by high material costs.
  • a further object of the invention is to provide a method for producing a layer structure comprising a bipolar plate and a gas diffusion layer, which generates a very low contact resistance between the two layers.
  • This object is achieved in a method for producing a bipolar plate according to the invention by a step of a structural change of an intended for direct contact with a gas diffusion layer surface of the bipolar plate.
  • Altering the structure of the surface of the bipolar plate comprises applying an intermediate layer of individual structures and is configured such that the structure-changed surface of the bipolar plate is at least partially penetrate into the gas diffusion layer and increase a contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer.
  • Individual structures in the sense of the invention are three-dimensional structures which can be provided independently of the bipolar plate and applied to the surface of the bipolar plate for contact with the gas diffusion layer prior to contacting the bipolar plate with the gas diffusion layer, but do not form a coherent layer, but only a layer in which the individual structures are at least partially recognizable as such.
  • Material, size and The shape of these structures is not limited in detail, as long as in sum an increase in the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer and, consequently, a reduction of the contact resistance between these two layers after stacking and / or joining them, is obtained.
  • Exemplary structures include crow's feet, pyramids, stars, rods, spheres, and porous forms. Suitable structures are selected with regard to material, shape and surface finish of the gas diffusion layer. Individual structures have over flat structural changes of the surface of the bipolar plate, and in particular over extensive, surface-applied intermediate layers, the advantage that they are just in shape, size and type of arrangement variable and better adapted to irregularly shaped surfaces of the gas diffusion layer, whereby the Contact area between the considered layers is significantly increased.
  • the surface of the bipolar plate is structured by the application of an intermediate layer of individual structures in such a way that the structure-changed surface can penetrate at least partially, ie in at least one surface region of the gas diffusion layer.
  • the contact area between the considered layers is significantly increased.
  • the shape, distances, angles and depths of the surface structure of the bipolar plate to be formed are adapted to the surface properties of the gas diffusion layer.
  • the contact resistance between the two layers is considerably reduced by the enlarged contact surface of the bipolar plate and the gas diffusion layer, which is achieved by a specific structural modification of the bipolar plate which is matched to the respective gas diffusion layer to be contacted.
  • This allows the formation of an optimum contact surface between these two layers in a simple and cost-effective manner.
  • the material and structure of the gas diffusion layer is not limited in detail, but includes in particular fibrous or foam-like materials and including so-called metal foams.
  • the gas diffusion layer comprises a fiber-containing material or a foam material, and the structural change is carried out so that a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate is twice as large as an average fiber diameter or average bubble diameter of the gas diffusion layer. This not only increases the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer, but also provides a particularly good bond between these layers.
  • the gas diffusion layer consists of several fiber-containing layers and that the structural change is performed so that a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate corresponds to a layer thickness of a first fiber-containing layer of the gas diffusion layer.
  • the structure-changed surface penetrating into the gas diffusion layer comprises the intermediate layer of individual structures. In this way, a good connection between the bipolar plate and the gas diffusion layer is achieved, and in particular greatly increases the contact area between these layers.
  • the method according to the invention is characterized by a step of locally compressing the gas diffusion layer through the structure-changed surface of the bipolar plate at the contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer. Due to the local compression of the gas diffusion layer, the bipolar plate comes in particularly intimate contact with the gas diffusion layer, which further increases the contact area between these layers.
  • the structural change of the surface of the bipolar plate further comprises a step of removing material.
  • the removal of material can be implemented by standard processes and therefore cost-effective. Furthermore, it allows a precise structural change of the surface of the bipolar plate and thus an adaptation of the same to the gas diffusion layer provided for contact.
  • the step of structural change comprises at least one further step selected from: coating with material,
  • the structural change of the surface of the bipolar plate can be adapted even better to the gas diffusion layer to be contacted with it.
  • a combination of the above-mentioned steps for example a removal of material or a deposition of material for structuring the surface of the bipolar plate and a subsequent coating or growth of material.
  • the conductivity of the junction between the bipolar plate and the gas diffusion layer provided for contact can be further improved and thus the contact resistance between these two layers can be effectively reduced.
  • the step of changing the structure of the surface of the bipolar plate comprises a grinding and / or milling and / or scratching and / or etching and / or oxidizing and / or PVD and / or CVD and / or growth of dendritic structures.
  • the methods mentioned here are standard methods for the treatment of surfaces and in particular of metal surfaces, which require no high technical effort and therefore easy and inexpensive to implement and allow a specific embodiment of the surface structure of the bipolar plate.
  • the intermediate layer has a foam structure.
  • the surface roughness of the intermediate layer can be controlled via the porosity of the foam structure, so that it can be optimally matched to the nature of the surface of the gas diffusion layer to be contacted.
  • Suitable foam structures include metal foams, which produce a particularly good electrical conductivity and thus a very low contact resistance.
  • the intermediate layer is connected to the bipolar plate by bonding, soldering, brazing, pressing or pressing parts of the intermediate layer into areas of the bipolar plate.
  • the method steps can also be combined with one another or with other method steps, which contributes to increasing the contact area between the bipolar plate and a gas diffusion layer to be brought into contact therewith.
  • a permanent connection of the intermediate layer with the bipolar plate can be ensured.
  • An at least partial indentation of the intermediate layer in areas of the bipolar plate which can be well combined with the other mentioned methods is particularly advantageous, since thus an optimal contact with the bipolar plate can be provided.
  • a method of fabricating a layered structure characterized by the step of contacting a bipolar plate and a gas diffusion layer, wherein the bipolar plate is manufactured by the method described above, is described.
  • Such a layer structure is characterized by a large contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer, so that the contact resistance between these layers is minimal.
  • such a method for producing a layer structure can be realized in a cost-saving manner without great technical effort by means of standard processes which can be easily integrated and combined.
  • the gas diffusion layer comprises a fibrous material or a foam material
  • a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate is twice as large as an average fiber diameter or average bubble diameter of the gas diffusion layer. In addition to a very good enlargement of the contact surface between the gas diffusion layer and the bipolar plate, this also achieves a good bond between these two layers.
  • the minimum penetration depth is measured starting from the surface of the bipolar plate, with which the intermediate layer is connected from individual structures, to the farthest end point of the individual structures in the gas diffusion layer.
  • the modified, ie structurally changed, surface of the bipolar plate at least partially penetrates into the gas diffusion layer and / or becomes the material of the gas diffusion layer compacted in the contact area.
  • the at least partial penetration of the modified surface of the bipolar plate into the gas diffusion layer achieves a large-area connection to the gas diffusion layer with a greatly enlarged contact surface.
  • the gas diffusion layer is compacted in the contact region with the structurally modified bipolar plate surface and / or additional local compression occurs on the structure of the gas diffusion layer.
  • Such a compression can advantageously also be generated by an at least partial penetration of the structure-changed surface of the bipolar plate into the gas diffusion layer.
  • Particularly fiber-containing or foam-containing materials densify the gas diffusion layer.
  • fibers are pushed together locally by the penetration of the modified bipolar plate and thus are in very good direct contact with the material of the bipolar plate.
  • the method according to the invention comprises the step of deforming the structure-changed surface of the bipolar plate when brought into contact with the gas diffusion layer.
  • the structures created by surface modification of the bipolar plate are deformed during contacting, and preferably when the bipolar plate is pressed against the gas diffusion layer, so that it better conforms to the surface, and preferably partially into the surface regions of the gas diffusion layer adjust, whereby the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer is further increased.
  • notches, cracks, or splayed, upset, or displaced areas may be created that bend or deform as a result of being in contact with the gas diffusion layer, and thus better penetrate into the gas diffusion layer and thus increase the contact area further.
  • the structures are selected to be according to the Deformation for at least partial absorption of the fibers are capable of, as a result, a particularly large contact surface can be provided to the gas diffusion layer.
  • a bipolar plate is described with a surface intended for direct contact with a gas diffusion layer, wherein the surface comprises an intermediate layer of individual structures.
  • the bipolar plate can be produced by the method set out above.
  • the bipolar plate according to the invention is thus characterized by a specific structural change of the surface intended for direct contact with a gas diffusion layer. Due to the structural change in the form of an intermediate layer of individual structures, the change in the structure of the shape is that a contact area between the bipolar plate and a gas diffusion layer to be connected thereto is increased. In this way, the contact resistance between the bipolar plate according to the invention and a gas diffusion layer to be contacted can be minimized.
  • Such a bipolar plate is also easy and inexpensive to produce by standard processes.
  • the intermediate layer has a foam structure. Due to the foam structure, the intermediate layer receives an advantageous surface roughness, which is optimally tunable to the nature of the surface of the gas diffusion layer to be contacted.
  • Suitable foam structures include metal foams, which have a particularly good electrical conductivity and thus cause a very low contact resistance.
  • a layer structure which comprises a bipolar plate as described above and a gas diffusion layer.
  • the individual structures of the intermediate layer of the bipolar plate have at least partially penetrated into the gas diffusion layer.
  • a contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer increases, which causes effective reduction of the contact resistance between the bipolar plate and the gas diffusion layer.
  • An advantageous development of the layer structure according to the invention is characterized by a local compression of the gas diffusion layer through the individual structures of the intermediate layer of the bipolar plate at the contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer.
  • the contact area between the gas diffusion layer and the bipolar plate is increased particularly efficiently and the contact resistance is reduced to a minimum value.
  • the layer structure of the reasons already mentioned in connection with the method for producing a layer structure characterized in that the gas diffusion layer comprises a fibrous material or a foam material, and a minimum penetration depth of the structure changed surface of the bipolar plate is twice as large as a fiber diameter or a bubble diameter of the gas diffusion layer.
  • the layer structure according to the invention can be produced by means of the method set out above for producing a layer structure.
  • the bipolar plate according to the invention or the layer structure according to the invention are particularly suitable for use in a fuel cell or a fuel cell stack.
  • Gas diffusion layer is significantly increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of bipolar plate surfaces with different structural changes on the surface intended for direct contact with a gas diffusion layer
  • Figure 2 is a schematic representation of a bipolar plate with a
  • Figure 3 is a schematic representation of a layer structure in
  • a sectional view which contains a bipolar plate produced according to a first embodiment of the method according to the invention, before bringing the individual layers into contact,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a layer structure in FIG.
  • Figure 5 is a schematic representation of the layer structure of Figure 4 in
  • FIG. 6 is a schematic representation of a layer structure in FIG.
  • FIG. 1 shows bipolar plate surfaces 1 with different, exemplary structural changes on the surface intended for contact with a gas diffusion layer.
  • the structural changes or surface modifications include simple parallel lines, serpentine lines, zigzag lines and intersecting lines, the lines 2 being producible by, for example, milling processes, scratching or etching.
  • the processes mentioned here are optional processes that can be replaced or supplemented by alternative or additional processes.
  • the structural changes of the surfaces are chosen so that they are optimally matched to the nature, ie in particular the material, the shape and size of a gas diffusion layer to be contacted.
  • the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer to be brought into contact therewith can be increased, which then leads to a reduction of the contact resistance between the two layers.
  • Figure 2 is a schematic representation of a bipolar plate 3 with an intermediate layer 4 of individual structures 4a in a sectional view.
  • the geometry and size of the individual structures 4a of the intermediate layer 4 are selected according to the surface condition of a gas diffusion layer to be contacted and include, inter alia, pyramidal or tetrahedral structures, rods, cuboids, spheres and stars.
  • the individual structures 4a can be combined as desired in the intermediate layer 4, but may also comprise only a single structure 4a.
  • the individual structures 4a of the intermediate layer 4 are connected to the surface of the bipolar plate 3, for example, by a cohesive connection, such as soldering, cold soldering, gluing and the like, which ensures permanent adhesion and good electrical conductivity to the bipolar plate.
  • structures 4a can also be produced directly on the bipolar plate surface 1, ie, for example, by coating, growth, injection, etc.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a layer structure in a sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a first embodiment of the method according to the invention prior to contacting the individual layers, ie a bipolar plate and a gas diffusion layer.
  • a bipolar plate 3 is shown comprising an intermediate layer 4 comprising, for example, two individual structures 4a which are deformable and e.g. are connected by a cohesive connection with the bipolar plate 3.
  • the two legs 4b of the respective individual structure 4a are very closely spaced.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a layer structure in sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a second embodiment of the method according to the invention.
  • the layer structure in the bipolar plate 3 has a surface change 7 formed as a single structure 4a in the form of a pointed elevation.
  • the fibers 6a existing in the area of penetration of the surface change 7 and thus in the contact surface 5 of the surface modification 7 and the gas diffusion layer 6 are compressed, whereby this contact surface 5 is free from surface modification Contact surfaces 5a, are enlarged.
  • the contact resistance at the contact surfaces 5 is thus significantly lower than at the contact surfaces 5a.
  • a minimum penetration depth of the surface change 7 is advantageously twice as large as an average fiber diameter of the fibers 6a of the gas diffusion layer 6.
  • Figure 5 is a schematic representation of the layer structure of Figure 4 in sectional view in the compressed state.
  • the legs 4b of the individual structure 4a widen during the compression of the Single layers of the layer structure of bipolar plate 3 and gas diffusion layer 6, to such an extent that they are capable of receiving individual fibers 6a of the gas diffusion layer 6.
  • the fibers 6 a of the gas diffusion layer 6 compress. This enlarges the contact surfaces 5 of the bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 and reduces the contact resistance between those considered Layers.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a layer structure in sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a third embodiment of the method according to the invention.
  • the layer structure shown here is comparable to the layer structure of Figure 4, or Figure 5, but wherein the gas diffusion layer 6 is formed instead of fibers of foam.
  • a bipolar plate 3 is shown, which has a surface change 7 as shown in FIG. 5.
  • the surface change 7 penetrates into the gas diffusion layer 6, forming material-rich penetrated regions 6b, which extend through an enlarged contact surface 5 between the surface Bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 distinguished.
  • the contact area between the bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 is increased by forming the surface change 7, so that the contact resistance between the observed layers is reduced.
  • a minimum penetration depth of the surface change 7 is advantageously twice as large as an average foam bubble diameter of the foam of the gas diffusion layer 6.

Abstract

The invention relates to a process for producing a bipolar plate, which is distinguished according to the invention by the step of varying the structure of a surface of the bipolar plate which is intended for direct contact with a gas diffusion layer. The structural variation of the surface of the bipolar plate here is such that the surface of varied structure of the bipolar plate is designed to penetrate at least partially into the gas diffusion layer and to increase the size of a contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer. The step of varying the structure of the surface of the bipolar plate here comprises applying an intermediate layer made up of individual structures.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte sowie einer Schichtstruktur, Bipolarplatte und Schichtstruktur mit einer Bipolarplatte  Method for producing a bipolar plate and a layer structure, bipolar plate and layer structure with a bipolar plate
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte, ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur aus einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsschicht sowie eine Bipolarplatte mit strukturveränderter Oberfläche und eine Schichtstruktur, die eine solche Bipolarplatte umfasst. The present invention relates to a method for producing a bipolar plate, to a method for producing a layer structure comprising a bipolar plate and a gas diffusion layer, and to a structure-changed surface bipolar plate and to a layer structure comprising such a bipolar plate.
Bipolarplatten finden Anwendung in elektrochemischen Zellen, wie beispielsweise einem Brennstoffzellensystem, mit mehreren zu einem Stapel zusammengefassten Einzel-Brennstoffzellen, und haben die Aufgabe die Einzelzellen voneinander zu trennen, einen elektrischen Kontakt der Elektroden der elektrochemischen Zellen bereitzustellen, Strom zu benachbarten Zellen weiterzuleiten, Zellen mit Medien oder Reaktionsedukten zu versorgen und die entstandene Abwärme abzuleiten. Bipolar plates find application in electrochemical cells, such as a fuel cell system, with a plurality of stacked single fuel cells, and have the task of separating the individual cells from each other to provide electrical contact of the electrodes of the electrochemical cells to forward current to adjacent cells, cells with To supply media or Reaktionsedukten and derive the resulting waste heat.
Üblicherweise steht eine Bipolarplatte mit einer Gasdiffusionsschicht in Kontakt, die in einer elektrochemischen Zelle als Verteilerstruktur der Reaktionsedukte, also insbesondere der Reaktionsgase, dient, und meist aus Geweben aus Kohlenstoffmaterialien gebildet ist. Herkömmlicherweise sind die Bipolarplatten aus Metallen gebildet, so dass der elektrische Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht nicht ideal ist. Dadurch entsteht ein Kontaktwiderstand (Übergangswiederstand), der deutlich größer ist als 10 mOhm cm2. Durch Beschichtung der Bipolarplatten mit Kohlenstoff oder Gold kann der Kontaktwiderstand bis auf 5 mOhm cm2 gesenkt werden. Das Aufbringen einer entsprechenden Beschichtung ist ein aufwendiger, und damit auch kostspieliger Prozess. Die dazu erforderlichen Materialien zeichnen sich zudem durch hohe Material kosten aus. Usually, a bipolar plate is in contact with a gas diffusion layer which serves in an electrochemical cell as a distributor structure of the reaction educts, that is to say in particular of the reaction gases, and is usually formed from tissues of carbon materials. Conventionally, the bipolar plates are formed of metals so that the electrical contact with the gas diffusion layer is not ideal. This creates a contact resistance (transition resistance), which is significantly greater than 10 mOhm cm 2 . By coating the bipolar plates with carbon or gold, the contact resistance can be reduced to 5 mOhm cm 2 . The application of a corresponding coating is a complicated, and thus also expensive process. The required materials are also characterized by high material costs.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, durch das auf einfache und kostensparende Weise eine Bipolarplatte mit einer zum Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche erhalten wird, durch deren Verwendung ein Kontaktwiderstand zwischen der Bipolarplatte und einer mit dieser zu verbindenden Gasdiffusionsschicht minimiert wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur aus einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsschicht bereitzustellen, das einen sehr geringen Kontaktwiderstand zwischen den beiden Schichten erzeugt. Ebenfalls ist es Aufgabe der Erfindung eine Bipolarplatte und eine Schichtstruktur mit einer solchen Bipolarplatte bereitzustellen, die aufgrund einer an der Oberfläche der Bipolarplatte erzeugten Strukturveränderung einen geringen Kontaktwiderstand zu einer mit der Bipolarplatte in Kontakt zu bringenden Gasdiffusionsschicht aufweist. Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method by which a bipolar plate is provided with a surface provided for contact with a gas diffusion layer in a simple and cost-saving manner, by their use, a contact resistance between the bipolar plate and one with this is minimized to be connected gas diffusion layer. A further object of the invention is to provide a method for producing a layer structure comprising a bipolar plate and a gas diffusion layer, which generates a very low contact resistance between the two layers. It is likewise an object of the invention to provide a bipolar plate and a layer structure with such a bipolar plate, which has a low contact resistance to a gas diffusion layer to be brought into contact with the bipolar plate due to a structural change produced on the surface of the bipolar plate.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte erfindungsgemäß durch einen Schritt einer Strukturveränderung einer zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche der Bipolarplatte gelöst. Das Verändern der Struktur der Oberfläche der Bipolarplatte umfasst ein Aufbringen einer Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen und ist der Gestalt, dass die strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte ausgebildet wird, mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht einzudringen und eine Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht zu vergrößern. Einzelne Strukturen im Sinne der Erfindung sind dreidimensionale Gebilde, die z.B. unabhängig von der Bipolarplatte bereitgestellt werden können und vor dem in Kontaktbringen der Bipolarplatte mit der Gasdiffusionsschicht auf die zum Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht vorgesehene Oberfläche der Bipolarplatte aufgebracht werden, hierbei jedoch keine zusammenhängende Schicht bilden, sondern lediglich eine Schicht, in der die einzelnen Strukturen mindestens teilweise noch als solche erkennbar sind. Material, Größe und Form dieser Strukturen sind im Einzelnen nicht beschränkt, solange in Summe eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht und in Folge auch eine Reduktion des Kontaktwiderstandes zwischen diesen beiden Schichten nach Aufeinanderlegen und/oder Verbinden derselben, erhalten wird. Beispielhafte Strukturen umfassen Krähenfüße, Pyramiden, Sterne, Stäbe, Kugeln und poröse Formen. Geeignete Strukturen werden im Hinblick auf Material, Form und Oberflächenbeschaffenheit der Gasdiffusionsschicht ausgewählt. Einzelne Strukturen haben gegenüber flächigen Strukturveränderungen der Oberfläche der Bipolarplatte, und insbesondere gegenüber weitläufigen, flächig aufgebrachten Zwischenschichten, den Vorteil, dass sie gerade in Form, Größe und Art der Anordnung variabler sind und sich besser auch unregelmäßig ausgebildeten Oberflächen der Gasdiffusionsschicht anpassen können, wodurch die Kontaktfläche zwischen den betrachteten Schichten deutlich erhöht wird. Mit anderen Worten wird die Oberfläche der Bipolarplatte erfindungsgemäß durch das Aufbringen einer Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen so strukturiert, dass die strukturveränderte Oberfläche zumindest partiell, d.h. in mindestens einen Oberflächenbereich der Gasdiffusionsschicht, eindringen kann. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen den betrachteten Schichten deutlich vergrößert. Hierbei werden insbesondere die Form, Abstände, Winkel und Tiefe der zu bildenden Oberflächenstruktur der Bipolarplatte an die Oberflächenbeschaffenheit der Gasdiffusionsschicht angepasst. This object is achieved in a method for producing a bipolar plate according to the invention by a step of a structural change of an intended for direct contact with a gas diffusion layer surface of the bipolar plate. Altering the structure of the surface of the bipolar plate comprises applying an intermediate layer of individual structures and is configured such that the structure-changed surface of the bipolar plate is at least partially penetrate into the gas diffusion layer and increase a contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer. Individual structures in the sense of the invention are three-dimensional structures which can be provided independently of the bipolar plate and applied to the surface of the bipolar plate for contact with the gas diffusion layer prior to contacting the bipolar plate with the gas diffusion layer, but do not form a coherent layer, but only a layer in which the individual structures are at least partially recognizable as such. Material, size and The shape of these structures is not limited in detail, as long as in sum an increase in the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer and, consequently, a reduction of the contact resistance between these two layers after stacking and / or joining them, is obtained. Exemplary structures include crow's feet, pyramids, stars, rods, spheres, and porous forms. Suitable structures are selected with regard to material, shape and surface finish of the gas diffusion layer. Individual structures have over flat structural changes of the surface of the bipolar plate, and in particular over extensive, surface-applied intermediate layers, the advantage that they are just in shape, size and type of arrangement variable and better adapted to irregularly shaped surfaces of the gas diffusion layer, whereby the Contact area between the considered layers is significantly increased. In other words, according to the invention, the surface of the bipolar plate is structured by the application of an intermediate layer of individual structures in such a way that the structure-changed surface can penetrate at least partially, ie in at least one surface region of the gas diffusion layer. As a result, the contact area between the considered layers is significantly increased. In particular, the shape, distances, angles and depths of the surface structure of the bipolar plate to be formed are adapted to the surface properties of the gas diffusion layer.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens, wird durch die vergrößerte Kontaktfläche der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht, die durch eine spezifische, auf die jeweilige zu kontaktierende Gasdiffusionsschicht abgestimmte, Strukturveränderung der Bipolarplatte erzielt wird, der Kontaktwiderstand zwischen den beiden Schichten erheblich reduziert. Dies erlaubt die Ausbildung einer optimalen Kontaktfläche zwischen diesen beiden Schichten auf einfache und kostengünstige Weise. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. As a result of the embodiment of the method according to the invention, the contact resistance between the two layers is considerably reduced by the enlarged contact surface of the bipolar plate and the gas diffusion layer, which is achieved by a specific structural modification of the bipolar plate which is matched to the respective gas diffusion layer to be contacted. This allows the formation of an optimum contact surface between these two layers in a simple and cost-effective manner. The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention.
Material und Struktur der Gasdiffusionsschicht ist im Einzelnen nicht beschränkt, umfasst aber insbesondere faserhaltige oder schaumartige Materialien und darunter so genannte Metallschäume. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Gasdiffusionsschicht ein faserhaltiges Material oder ein Schaummaterial umfasst, und die Strukturveränderung so ausgeführt wird, dass eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte doppelt so groß ist wie ein durchschnittlicher Faserdurchmesser oder ein durchschnittlicher Schaumblasendurchmesser der Gasdiffusionsschicht. Hierdurch wird nicht nur die Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht vergrößert, sondern auch ein besonders guter Verbund zwischen diesen Schichten bereitgestellt. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Gasdiffusionsschicht aus mehreren faserhaltigen Schichten besteht und dass die Strukturveränderung so ausgeführt wird, dass eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte einer Schichtdicke einer ersten faserhaltigen Schicht der Gasdiffusionsschicht entspricht. Die in die Gasdiffusionsschicht eindringende strukturveränderte Oberfläche umfasst dabei die Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen. Hierdurch wird eine gute Verbindung zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht erzielt, und insbesondere die Kontaktfläche zwischen diesen Schichten stark erhöht. The material and structure of the gas diffusion layer is not limited in detail, but includes in particular fibrous or foam-like materials and including so-called metal foams. Advantageously, it is provided that the gas diffusion layer comprises a fiber-containing material or a foam material, and the structural change is carried out so that a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate is twice as large as an average fiber diameter or average bubble diameter of the gas diffusion layer. This not only increases the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer, but also provides a particularly good bond between these layers. An advantageous development provides that the gas diffusion layer consists of several fiber-containing layers and that the structural change is performed so that a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate corresponds to a layer thickness of a first fiber-containing layer of the gas diffusion layer. The structure-changed surface penetrating into the gas diffusion layer comprises the intermediate layer of individual structures. In this way, a good connection between the bipolar plate and the gas diffusion layer is achieved, and in particular greatly increases the contact area between these layers.
Weiter vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren durch einen Schritt der lokalen Verdichtung der Gasdiffusionsschicht durch die strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte an der Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht gekennzeichnet. Durch die lokale Verdichtung der Gasdiffusionsschicht kommt die Bipolarplatte in besonders innigen Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht, was die Kontaktfläche zwischen diesen Schichten weiter erhöht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte umfasst die Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte ferner einen Schritt des Abtragens von Material. Further advantageously, the method according to the invention is characterized by a step of locally compressing the gas diffusion layer through the structure-changed surface of the bipolar plate at the contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer. Due to the local compression of the gas diffusion layer, the bipolar plate comes in particularly intimate contact with the gas diffusion layer, which further increases the contact area between these layers. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention for producing a bipolar plate, the structural change of the surface of the bipolar plate further comprises a step of removing material.
Das Abtragen von Material ist mittels Standardprozessen umsetzbar und daher kostengünstig. Ferner erlaubt es eine präzise Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte und damit ein Anpassen derselben an die zum Kontakt vorgesehene Gasdiffusionsschicht. The removal of material can be implemented by standard processes and therefore cost-effective. Furthermore, it allows a precise structural change of the surface of the bipolar plate and thus an adaptation of the same to the gas diffusion layer provided for contact.
Weiter vorteilhaft umfasst der Schritt der Strukturveränderung mindestens einen weiteren Schritt, ausgewählt aus: - Beschichten mit Material, Further advantageously, the step of structural change comprises at least one further step selected from: coating with material,
- Ablagern von Material und - depositing material and
- Aufwachsen von Material. - growing up material.
Hierdurch kann die Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte noch besser an die mit dieser zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht angepasst werden. Besonders vorteilhaft ist auch eine Kombination der oben genannten Schritte, beispielsweise ein Abtragen von Material oder ein Ablagern von Material zur Strukturierung der Oberfläche der Bipolarplatte und ein anschließendes Beschichten oder Aufwachsen von Material. Dadurch kann die Leitfähigkeit des Übergangs zwischen der Bipolarplatte und der zum Kontakt vorgesehenen Gasdiffusionsschicht weiter verbessert und der Kontaktwiderstand zwischen diesen beiden Schichten also effektiv gesenkt werden. As a result, the structural change of the surface of the bipolar plate can be adapted even better to the gas diffusion layer to be contacted with it. Also particularly advantageous is a combination of the above-mentioned steps, for example a removal of material or a deposition of material for structuring the surface of the bipolar plate and a subsequent coating or growth of material. As a result, the conductivity of the junction between the bipolar plate and the gas diffusion layer provided for contact can be further improved and thus the contact resistance between these two layers can be effectively reduced.
Weiter vorteilhaft umfasst der Schritt der Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte ein Schleifen und/oder Fräsen und/oder Kratzen und/oder Ätzen und/oder Oxidieren und/oder PVD und/oder CVD und/oder Aufwachsen von dendritischen Strukturen. Die hier genannten Verfahren sind Standardverfahren zur Bearbeitung von Oberflächen und insbesondere von metallenen Oberflächen, die keinen hohen technischen Aufwand erfordern und daher leicht und kostengünstig umsetzbar sind und eine spezifische Ausgestaltung der Oberflächenstruktur der Bipolarplatte erlauben. Further advantageously, the step of changing the structure of the surface of the bipolar plate comprises a grinding and / or milling and / or scratching and / or etching and / or oxidizing and / or PVD and / or CVD and / or growth of dendritic structures. The methods mentioned here are standard methods for the treatment of surfaces and in particular of metal surfaces, which require no high technical effort and therefore easy and inexpensive to implement and allow a specific embodiment of the surface structure of the bipolar plate.
Beispielsweise können durch die oben genannten Verfahren parallele Linien, aber auch kompliziertere Formen, wie Schlangenlinien, Zacken oder sich kreuzende Linien in die Oberfläche der Bipolarplatte eingearbeitet werden, deren genaue Ausgestaltung im Lichte der Oberflächenbeschaffenheit der zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht ausgewählt wird. Dies gilt nicht nur für so genannte chemische, mechanische und physikalische abtragende Verfahren, sondern auch für Beschichtungs-, Ablagerungs-, und Aufwachsprozesse sowie das Aufbringen einer Zwischenschicht. Hierdurch wird die Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsfläche weiter vergrößert. For example, parallel lines, but also more complicated shapes, such as serpentine lines, points or intersecting lines can be incorporated into the surface of the bipolar plate, the exact configuration of which is selected in light of the surface finish of the gas diffusion layer to be contacted. This applies not only to so-called chemical, mechanical and physical ablation processes, but also to coating, deposition, and growth processes as well as the application of an intermediate layer. As a result, the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion surface is further increased.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Zwischenschicht eine Schaumstruktur auf. Über die Porosität der Schaumstruktur kann die Oberflächenrauheit der Zwischenschicht gesteuert werden, so dass sie optimal auf die Beschaffenheit der Oberfläche der zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht abgestimmt werden kann. Geeignete Schaumstrukturen umfassen Metallschäume, die eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit und damit einen sehr geringen Kontaktwiderstand erzeugen. Weiter vorteilhaft wird die Zwischenschicht mit der Bipolarplatte durch Kleben, Löten, Hartlöten, Anpressen oder Eindrücken von Teilen der Zwischenschicht in Bereiche der Bipolarplatte verbunden. Je nach Bedarf können die Verfahrensschritte auch miteinander oder mit anderen Verfahrensschritten kombiniert werden, was zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und einer damit in Kontakt zu bringenden Gasdiffusionsschicht beiträgt. Durch die hier genannten Verfahren kann ein dauerhaftes Verbinden der Zwischenschicht mit der Bipolarplatte gewährleistet werden. Ein zumindest teilweises Eindrücken der Zwischenschicht in Bereiche der Bipolarplatte, das gut mit den anderen genannten Verfahren kombiniert werden kann, ist besonders vorteilhaft, da somit ein optimaler Kontakt mit der Bipolarplatte bereitgestellt werden kann. Ebenfalls erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur beschrieben, das durch den Schritt des in Kontaktbringens einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsschicht gekennzeichnet ist, wobei die Bipolarplatte durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt wird. Eine derartige Schichtstruktur zeichnet sich durch eine große Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht aus, so dass der Kontaktwiderstand zwischen diesen Schichten minimal ist. Ein solches Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur ist ferner ohne großen technischen Aufwand mittels gut integrierbarer und kombinierbarer Standardprozesse kostensparend umsetzbar. According to an advantageous development, the intermediate layer has a foam structure. The surface roughness of the intermediate layer can be controlled via the porosity of the foam structure, so that it can be optimally matched to the nature of the surface of the gas diffusion layer to be contacted. Suitable foam structures include metal foams, which produce a particularly good electrical conductivity and thus a very low contact resistance. Further advantageously, the intermediate layer is connected to the bipolar plate by bonding, soldering, brazing, pressing or pressing parts of the intermediate layer into areas of the bipolar plate. Depending on requirements, the method steps can also be combined with one another or with other method steps, which contributes to increasing the contact area between the bipolar plate and a gas diffusion layer to be brought into contact therewith. By the method mentioned here, a permanent connection of the intermediate layer with the bipolar plate can be ensured. An at least partial indentation of the intermediate layer in areas of the bipolar plate which can be well combined with the other mentioned methods is particularly advantageous, since thus an optimal contact with the bipolar plate can be provided. Also in accordance with the present invention, a method of fabricating a layered structure characterized by the step of contacting a bipolar plate and a gas diffusion layer, wherein the bipolar plate is manufactured by the method described above, is described. Such a layer structure is characterized by a large contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer, so that the contact resistance between these layers is minimal. Furthermore, such a method for producing a layer structure can be realized in a cost-saving manner without great technical effort by means of standard processes which can be easily integrated and combined.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und Effekte finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur. The further developments, advantages and effects described for the method according to the invention for producing a bipolar plate are also applied to the method according to the invention for producing a layer structure.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur sieht vor, dass die Gasdiffusionsschicht ein faserhaltiges Material oder ein Schaummaterial umfasst, und eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte doppelt so groß ist wie ein durchschnittlicher Faserdurchmesser oder ein durchschnittlicher Schaumblasendurchmesser der Gasdiffusionsschicht. Hierdurch wird neben einer sehr guten Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Bipolarplatte zudem ein guter Verbund zwischen diesen beiden Schichten erzielt. Die Mindesteindringtiefe wird dabei ausgehend von der Oberfläche der Bipolarplatte, mit der die Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen verbunden ist, bis zum weitest entferntesten Endpunkt der einzelnen Strukturen in der Gasdiffusionsschicht gemessen. An advantageous development of the method for producing a layer structure provides that the gas diffusion layer comprises a fibrous material or a foam material, and a minimum penetration depth of the structure-changed surface of the bipolar plate is twice as large as an average fiber diameter or average bubble diameter of the gas diffusion layer. In addition to a very good enlargement of the contact surface between the gas diffusion layer and the bipolar plate, this also achieves a good bond between these two layers. The minimum penetration depth is measured starting from the surface of the bipolar plate, with which the intermediate layer is connected from individual structures, to the farthest end point of the individual structures in the gas diffusion layer.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur dringt beim in Kontaktbringen der Bipolarplatte mit der Gasdiffusionsschicht die modifizierte, d.h. strukturveränderte, Oberfläche der Bipolarplatte mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht ein und/oder wird das Material der Gasdiffusionsschicht im Kontaktbereich verdichtet. Durch das mindestens teilweise Eindringen der modifizierten Oberfläche der Bipolarplatte in die Gasdiffusionsschicht wird eine großflächige Verbindung zur Gasdiffusionsschicht mit stark vergrößerter Kontaktfläche erzielt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird die Gasdiffusionsschicht im Kontaktbereich mit der strukturveränderten Bipolarplattenoberfläche verdichtet und/oder tritt eine zusätzliche lokale Verdichtung an der Struktur der Gasdiffusionsschicht auf. Ein derartiges Verdichten kann vorteilhafterweise auch durch ein zumindest teilweises Eindringen der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte in die Gasdiffusionsschicht erzeugt werden. Besonders effektiv verdichten faserhaltige oder schaumhaltige Materialien der Gasdiffusionsschicht. Insbesondere Fasern werden durch das Eindringen der modifizierten Bipolarplatte lokal zusammengeschoben und stehen damit in sehr gutem direktem Kontakt mit dem Material der Bipolarplatte. Diese Verfahrensführungen führen zu einem weiter reduzierten Kontaktwiderstand zwischen den betrachteten Schichten. According to a further advantageous development of the method according to the invention for producing a layer structure, when the bipolar plate is brought into contact with the gas diffusion layer, the modified, ie structurally changed, surface of the bipolar plate at least partially penetrates into the gas diffusion layer and / or becomes the material of the gas diffusion layer compacted in the contact area. The at least partial penetration of the modified surface of the bipolar plate into the gas diffusion layer achieves a large-area connection to the gas diffusion layer with a greatly enlarged contact surface. Alternatively or additionally, the gas diffusion layer is compacted in the contact region with the structurally modified bipolar plate surface and / or additional local compression occurs on the structure of the gas diffusion layer. Such a compression can advantageously also be generated by an at least partial penetration of the structure-changed surface of the bipolar plate into the gas diffusion layer. Particularly fiber-containing or foam-containing materials densify the gas diffusion layer. In particular, fibers are pushed together locally by the penetration of the modified bipolar plate and thus are in very good direct contact with the material of the bipolar plate. These procedures lead to a further reduced contact resistance between the considered layers.
Weiter vorteilhaft umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Verformens der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte beim in Kontaktbringen mit der Gasdiffusionsschicht. Beispielsweise werden die Strukturen, die durch Oberflächenveränderung der Bipolarplatte erzeugt werden, während des in Kontaktbringens, und vorzugsweise beim Anpressens der Bipolarplatte an die Gasdiffusionsschicht, verformt, so dass sie sich besser an die Oberfläche, und vorzugsweise teilweise auch in die Oberflächenbereiche der Gasdiffusionsschicht, besser einpassen, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht weiter erhöht wird. Z.B. können in kegel-, steg-, bock-, oder pyramidenförmige Strukturen Einkerbungen, Risse oder gespreizte, gestauchte oder verschobene Bereiche erzeugt werden, die sich durch das in Kontaktbringen mit der Gasdiffusionsschicht aufbiegen oder verformen, und somit besser in die Gasdiffusionsschicht eindringen und damit die Kontaktfläche weiter vergrößern. Insbesondere wenn die Gasdiffusionsschicht faserhaltige Materialien umfasst, werden die Strukturen so ausgewählt, dass sie nach dem Verformen zur mindestens teilweisen Aufnahme der Fasern fähig sind, da hierdurch eine besonders große Kontaktfläche zur Gasdiffusionsschicht bereitgestellt werden kann. With further advantage, the method according to the invention comprises the step of deforming the structure-changed surface of the bipolar plate when brought into contact with the gas diffusion layer. For example, the structures created by surface modification of the bipolar plate are deformed during contacting, and preferably when the bipolar plate is pressed against the gas diffusion layer, so that it better conforms to the surface, and preferably partially into the surface regions of the gas diffusion layer adjust, whereby the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer is further increased. For example, in conical, ridge, ridge, or pyramidal structures, notches, cracks, or splayed, upset, or displaced areas may be created that bend or deform as a result of being in contact with the gas diffusion layer, and thus better penetrate into the gas diffusion layer and thus increase the contact area further. In particular, when the gas diffusion layer comprises fiber-containing materials, the structures are selected to be according to the Deformation for at least partial absorption of the fibers are capable of, as a result, a particularly large contact surface can be provided to the gas diffusion layer.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Bipolarplatte mit einer zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche beschrieben, wobei die Oberfläche eine Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen umfasst. Die Bipolarplatte ist dabei nach dem oben dargelegten Verfahren herstellbar. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte ist somit durch eine spezifische Strukturveränderung der zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche gekennzeichnet. Aufgrund der Strukturveränderung in Form einer Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen ist die Veränderung der Struktur der Gestalt, dass eine Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und einer mit dieser zu verbindenden Gasdiffusionsschicht vergrößert wird. Hierdurch kann der Kontaktwiderstand zwischen der erfindungsgemäßen Bipolarplatte und einer zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht minimiert werden. Eine solche Bipolarplatte ist zudem einfach und kostengünstig durch Standardprozesse herstellbar. Also according to the invention, a bipolar plate is described with a surface intended for direct contact with a gas diffusion layer, wherein the surface comprises an intermediate layer of individual structures. The bipolar plate can be produced by the method set out above. The bipolar plate according to the invention is thus characterized by a specific structural change of the surface intended for direct contact with a gas diffusion layer. Due to the structural change in the form of an intermediate layer of individual structures, the change in the structure of the shape is that a contact area between the bipolar plate and a gas diffusion layer to be connected thereto is increased. In this way, the contact resistance between the bipolar plate according to the invention and a gas diffusion layer to be contacted can be minimized. Such a bipolar plate is also easy and inexpensive to produce by standard processes.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bipolarplatte sieht vor, dass die Zwischenschicht eine Schaumstruktur aufweist. Durch die Schaumstruktur erhält die Zwischenschicht eine vorteilhafte Oberflächenrauheit, die optimal auf die Beschaffenheit der Oberfläche der zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht abstimmbar ist. Geeignete Schaumstrukturen umfassen Metallschäume, die eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit haben und damit einen sehr geringen Kontaktwiderstand bewirken. An advantageous development of the bipolar plate according to the invention provides that the intermediate layer has a foam structure. Due to the foam structure, the intermediate layer receives an advantageous surface roughness, which is optimally tunable to the nature of the surface of the gas diffusion layer to be contacted. Suitable foam structures include metal foams, which have a particularly good electrical conductivity and thus cause a very low contact resistance.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Schichtstruktur beschrieben, die eine wie vorstehend beschriebene Bipolarplatte und eine Gasdiffusionsschicht umfasst. Die einzelnen Strukturen der Zwischenschicht der Bipolarplatte sind mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht eingedrungen. Dadurch ist eine Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht vergrößert, was eine effektive Senkung des Kontaktwiderstandes zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht bewirkt. Also according to the invention, a layer structure is described which comprises a bipolar plate as described above and a gas diffusion layer. The individual structures of the intermediate layer of the bipolar plate have at least partially penetrated into the gas diffusion layer. As a result, a contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer increases, which causes effective reduction of the contact resistance between the bipolar plate and the gas diffusion layer.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schichtstruktur ist durch eine lokale Verdichtung der Gasdiffusionsschicht durch die einzelnen Strukturen der Zwischenschicht der Bipolarplatte an der Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der Gasdiffusionsschicht, gekennzeichnet. Hierdurch wird die Kontaktfläche zwischen der Gasdiffusionsschicht und der Bipolarplatte besonders effizient erhöht und der Kontaktwiderstand auf einen minimalen Wert gesenkt. Weiter vorteilhaft ist die Schichtstruktur aus den bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur genannten Gründen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht ein faserhaltiges Material oder ein Schaummaterial umfasst, und eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte doppelt so groß ist wie ein Faserdurchmesser oder ein Schaumblasendurchmesser der Gasdiffusionsschicht. An advantageous development of the layer structure according to the invention is characterized by a local compression of the gas diffusion layer through the individual structures of the intermediate layer of the bipolar plate at the contact surface between the bipolar plate and the gas diffusion layer. As a result, the contact area between the gas diffusion layer and the bipolar plate is increased particularly efficiently and the contact resistance is reduced to a minimum value. Further advantageous is the layer structure of the reasons already mentioned in connection with the method for producing a layer structure, characterized in that the gas diffusion layer comprises a fibrous material or a foam material, and a minimum penetration depth of the structure changed surface of the bipolar plate is twice as large as a fiber diameter or a bubble diameter of the gas diffusion layer.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und für das Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und Effekte finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Bipolarplatte und die erfindungsgemäße Schichtstruktur. The further developments, advantages and effects described for the method according to the invention for producing a bipolar plate and for the method for producing a layer structure are also applicable to the bipolar plate according to the invention and to the layer structure according to the invention.
Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Schichtstruktur mittels des oben dargelegten Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur herstellbar ist. It should be noted that the layer structure according to the invention can be produced by means of the method set out above for producing a layer structure.
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte bzw. die erfindungsgemäße Schichtstruktur, eignen sich insbesondere zur Anwendung in einer Brennstoffzelle bzw. einem Brennstoffzellenstapel. The bipolar plate according to the invention or the layer structure according to the invention are particularly suitable for use in a fuel cell or a fuel cell stack.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich folgende Vorteile: Due to the solution according to the invention, the following advantages result:
- Die Kontaktfläche zwischen einer Bipolarplatte und einer The contact surface between a bipolar plate and a
Gasdiffusionsschicht wird deutlich vergrößert. - Der Kontaktwiderstand zwischen einer Bipolarplatte und einer Gas diffusion layer is significantly increased. The contact resistance between a bipolar plate and a
Gasdiffusionsschicht ist reduziert.  Gas diffusion layer is reduced.
- Die elektrische Leitfähigkeit zwischen einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsschicht ist erhöht. - The electrical conductivity between a bipolar plate and a gas diffusion layer is increased.
- Die erfindungsgemäßen Verfahren sind durch Verwendung von Standardprozessen einfach und kostengünstig umsetzbar. The processes according to the invention can be implemented simply and inexpensively by using standard processes.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung von Bipolarplattenoberflächen mit unterschiedlichen Strukturveränderungen an der zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche, FIG. 1 shows a schematic representation of bipolar plate surfaces with different structural changes on the surface intended for direct contact with a gas diffusion layer,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte mit einer Figure 2 is a schematic representation of a bipolar plate with a
Zwischenschicht aus einzelnen Strukturen in Schnittansicht,  Interlayer of individual structures in sectional view,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in Figure 3 is a schematic representation of a layer structure in
Schnittansicht, die eine, gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bipolarplatte enthält, vor einem in Kontaktbringen der Einzelschichten,  A sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a first embodiment of the method according to the invention, before bringing the individual layers into contact,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in FIG. 4 is a schematic representation of a layer structure in FIG
Schnittansicht, die eine, gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bipolarplatte enthält,  Sectional view containing a bipolar plate produced according to a second embodiment of the method according to the invention,
Figur 5 eine schematische Darstellung der Schichtstruktur aus Figur 4 in Figure 5 is a schematic representation of the layer structure of Figure 4 in
Schnittansicht im verpressten Zustand und  Section view in the compressed state and
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in FIG. 6 is a schematic representation of a layer structure in FIG
Schnittansicht, die eine, gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bipolarplatte enthält. In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der erfindungsgemäßen Bipolarplatte bzw. der Schichtstruktur dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile. Figur 1 zeigt Bipolarplattenoberflächen 1 mit unterschiedlichen, beispielhaften Strukturveränderungen an der zum Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht vorgesehenen Oberfläche. Die Strukturveränderungen oder Oberflächenmodifikationen umfassen einfache parallele Linien, Schlangenlinien, Zickzacklinien und sich kreuzende Linien, wobei die Linien 2 beispielsweise durch abtragende Prozesse, wie Fräsen, Kratzen oder Ätzen herstellbar sind. Die hier genannten Prozesse sind optionale Prozesse, die durch alternative oder zusätzliche Verfahren ersetzt oder ergänzt werden können. Die Strukturveränderungen der Oberflächen werden so gewählt, dass sie optimal auf die Beschaffenheit, also insbesondere das Material, die Form und Größe, einer zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht, abgestimmt sind. Durch die hier gezeigten Oberflächenmodifikationen der Bipolarplatte kann die Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte und der damit in Kontakt zu bringenden Gasdiffusionsschicht vergrößert werden, was dann zu einer Reduktion des Kontaktwiderstandes zwischen den beiden Schichten führt. Sectional view containing a bipolar plate produced according to a third embodiment of the method according to the invention. In the figures, only the parts of interest here of the bipolar plate according to the invention or the layer structure are shown, all other elements are omitted for clarity. Furthermore, like reference numerals refer to like components. FIG. 1 shows bipolar plate surfaces 1 with different, exemplary structural changes on the surface intended for contact with a gas diffusion layer. The structural changes or surface modifications include simple parallel lines, serpentine lines, zigzag lines and intersecting lines, the lines 2 being producible by, for example, milling processes, scratching or etching. The processes mentioned here are optional processes that can be replaced or supplemented by alternative or additional processes. The structural changes of the surfaces are chosen so that they are optimally matched to the nature, ie in particular the material, the shape and size of a gas diffusion layer to be contacted. By the surface modifications of the bipolar plate shown here, the contact area between the bipolar plate and the gas diffusion layer to be brought into contact therewith can be increased, which then leads to a reduction of the contact resistance between the two layers.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte 3 mit einer Zwischenschicht 4 aus einzelnen Strukturen 4a in Schnittansicht. Die Geometrie und Größe der einzelnen Strukturen 4a der Zwischenschicht 4 werden in Abhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit einer zu kontaktierenden Gasdiffusionsschicht entsprechend ausgewählt und umfassen u.a. pyramidale oder tetraedrische Strukturen, Stäbe, Quader, Kugeln und Sterne. Die einzelnen Strukturen 4a können in der Zwischenschicht 4 beliebig kombiniert werden, können aber auch nur eine einzige Struktur 4a umfassen. Die einzelnen Strukturen 4a der Zwischenschicht 4 sind mit der Oberfläche der Bipolarplatte 3 beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie Löten, Kaltlöten, Kleben und dergleichen, verbunden, was eine dauerhafte Haftung und eine gute elektrische Leitfähigkeit an der Bipolarplatte gewährleistet. Die einzelnen Strukturen 4a können aber auch direkt auf der Bipolarplattenoberfläche 1 erzeugt werden, also z.B. durch Beschichten, Aufwachsen, Anspritzen, etc.. Figure 2 is a schematic representation of a bipolar plate 3 with an intermediate layer 4 of individual structures 4a in a sectional view. The geometry and size of the individual structures 4a of the intermediate layer 4 are selected according to the surface condition of a gas diffusion layer to be contacted and include, inter alia, pyramidal or tetrahedral structures, rods, cuboids, spheres and stars. The individual structures 4a can be combined as desired in the intermediate layer 4, but may also comprise only a single structure 4a. The individual structures 4a of the intermediate layer 4 are connected to the surface of the bipolar plate 3, for example, by a cohesive connection, such as soldering, cold soldering, gluing and the like, which ensures permanent adhesion and good electrical conductivity to the bipolar plate. The single ones However, structures 4a can also be produced directly on the bipolar plate surface 1, ie, for example, by coating, growth, injection, etc.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in Schnittansicht, die eine, gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, hergestellte Bipolarplatte vor einem in Kontaktbringen der Einzelschichten, also einer Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsschicht, enthält. Im Einzelnen ist eine Bipolarplatte 3 gezeigt, die eine Zwischenschicht 4 umfasst, die beispielsweise zwei einzelne Strukturen 4a aufweist, die verformbar und z.B. mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Bipolarplatte 3 verbunden sind. Vor dem in Kontaktbringen mit der Gasdiffusionsschicht 6 sind die beiden Schenkel 4b der jeweiligen einzelnen Struktur 4a sehr eng beabstandet. FIG. 3 is a schematic representation of a layer structure in a sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a first embodiment of the method according to the invention prior to contacting the individual layers, ie a bipolar plate and a gas diffusion layer. In detail, a bipolar plate 3 is shown comprising an intermediate layer 4 comprising, for example, two individual structures 4a which are deformable and e.g. are connected by a cohesive connection with the bipolar plate 3. Before being brought into contact with the gas diffusion layer 6, the two legs 4b of the respective individual structure 4a are very closely spaced.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in Schnittansicht, die eine, gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bipolarplatte enthält. Die Schichtstruktur in der Bipolarplatte 3 weist eine als einzelne Struktur 4a ausgebildete Oberflächenveränderung 7 in Form einer spitz zulaufenden Erhebung auf. Durch Eindringen der Spitze der Oberflächenveränderung 7 in die Gasdiffusionsschicht 6, die Fasern 6a enthält, werden die im Bereich der Eindringstelle der Oberflächenveränderung 7 und damit in der Kontaktfläche 5 der Oberflächenveränderung 7 und der Gasdiffusionsschicht 6 vorhandenen Fasern 6a verdichtet, wodurch diese Kontaktfläche 5 gegenüber Oberflächenmodifikationsfreien Kontaktflächen 5a, vergrößert sind. Der Kontaktwiderstand an den Kontaktflächen 5 ist damit deutlich geringer als an den Kontaktflächen 5a. Eine Mindesteindringtiefe der Oberflächenveränderung 7 ist vorteilhaft doppelt so groß wie ein durchschnittlicher Faserdurchmesser der Fasern 6a der Gasdiffusionsschicht 6. FIG. 4 is a schematic representation of a layer structure in sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a second embodiment of the method according to the invention. The layer structure in the bipolar plate 3 has a surface change 7 formed as a single structure 4a in the form of a pointed elevation. By penetrating the tip of the surface change 7 into the gas diffusion layer 6 containing fibers 6a, the fibers 6a existing in the area of penetration of the surface change 7 and thus in the contact surface 5 of the surface modification 7 and the gas diffusion layer 6 are compressed, whereby this contact surface 5 is free from surface modification Contact surfaces 5a, are enlarged. The contact resistance at the contact surfaces 5 is thus significantly lower than at the contact surfaces 5a. A minimum penetration depth of the surface change 7 is advantageously twice as large as an average fiber diameter of the fibers 6a of the gas diffusion layer 6.
Figur 5 ist eine schematische Darstellung der Schichtstruktur aus Figur 4 in Schnittansicht im verpressten Zustand. Wie in Figur 5 zu sehen ist, weiten sich die Schenkel 4b der einzelnen Struktur 4a beim Verpressen der Einzelschichten der Schichtstruktur aus Bipolarplatte 3 und Gasdiffusionsschicht 6, auf, und zwar soweit, dass sie zur Aufnahme einzelner Fasern 6a der Gasdiffusionsschicht 6 fähig sind. In den Bereichen der Gasdiffusionsschicht 6, die von der einzelnen Struktur 4a durchdrungen werden, also an den Kontaktflächen 5, verdichten sich die Fasern 6a der Gasdiffusionsschicht 6. Dies vergrößert die Kontaktflächen 5 der Bipolarplatte 3 und der Gasdiffusionsschicht 6 und reduziert den Kontaktwiderstand zwischen den betrachteten Schichten. Figure 5 is a schematic representation of the layer structure of Figure 4 in sectional view in the compressed state. As can be seen in FIG. 5, the legs 4b of the individual structure 4a widen during the compression of the Single layers of the layer structure of bipolar plate 3 and gas diffusion layer 6, to such an extent that they are capable of receiving individual fibers 6a of the gas diffusion layer 6. In the regions of the gas diffusion layer 6, which are penetrated by the individual structure 4 a, that is to say at the contact surfaces 5, the fibers 6 a of the gas diffusion layer 6 compress. This enlarges the contact surfaces 5 of the bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 and reduces the contact resistance between those considered Layers.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur in Schnittansicht, die eine, gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bipolarplatte enthält. Die hier dargestellte Schichtstruktur ist vergleichbar mit der Schichtstruktur aus Figur 4, bzw. Figur 5, wobei jedoch die Gasdiffusionsschicht 6 anstelle aus Fasern aus Schaum gebildet ist. Im Detail gezeigt ist eine Bipolarplatte 3, die eine wie in Figur 5 dargestellte Oberflächenveränderung 7 aufweist Ebenso wie in Figur 5 dringt die Oberflächenveränderung 7 in die Gasdiffusionsschicht 6 ein, wodurch sich materialreiche durchdrungene Bereiche 6b bilden, die sich durch eine vergrößerte Kontaktfläche 5 zwischen der Bipolarplatte 3 und der Gasdiffusionsschicht 6 auszeichnen. Auch hier ist die Kontaktfläche zwischen der Bipolarplatte 3 und der Gasdiffusionsschicht 6 durch Ausbildung der Oberflächenveränderung 7 erhöht, so dass der Kontaktwiderstand zwischen den betrachteten Schichten reduziert ist. FIG. 6 shows a schematic representation of a layer structure in sectional view, which contains a bipolar plate produced according to a third embodiment of the method according to the invention. The layer structure shown here is comparable to the layer structure of Figure 4, or Figure 5, but wherein the gas diffusion layer 6 is formed instead of fibers of foam. In detail, a bipolar plate 3 is shown, which has a surface change 7 as shown in FIG. 5. As in FIG. 5, the surface change 7 penetrates into the gas diffusion layer 6, forming material-rich penetrated regions 6b, which extend through an enlarged contact surface 5 between the surface Bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 distinguished. Again, the contact area between the bipolar plate 3 and the gas diffusion layer 6 is increased by forming the surface change 7, so that the contact resistance between the observed layers is reduced.
Eine Mindesteindringtiefe der Oberflächenveränderung 7 ist vorteilhaft doppelt so groß wie ein durchschnittlicher Schaumblasendurchmesser des Schaumes der Gasdiffusionsschicht 6. A minimum penetration depth of the surface change 7 is advantageously twice as large as an average foam bubble diameter of the foam of the gas diffusion layer 6.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Bezugszeichenliste The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Bipolarplattenoberfläche 1 bipolar plate surface
2 Linien, die durch abtragende Prozesse herstellbar sind 2 lines that can be produced by erosive processes
3 Bipolarplatte 3 bipolar plate
4 Zwischenschicht  4 interlayer
4a einzelne Struktur  4a single structure
4b Schenkel einer einzelnen Struktur  4b legs of a single structure
5 Kontaktfläche  5 contact area
5a Oberflächenmodifikationsfreie Kontaktfläche  5a Surface modification-free contact surface
6 Gasdiffusionsschicht  6 gas diffusion layer
6a Fasern der Gasdiffusionsschicht  6a fibers of the gas diffusion layer
6b durchdrungene Bereiche  6b penetrated areas
7 Oberflächenveränderung  7 Surface modification

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (3), gekennzeichnet durch den Schritt einer Strukturveränderung einer zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht (6) vorgesehenen Oberfläche der Bipolarplatte (3) derart, dass die strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte (3) ausgebildet wird, mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht (6) einzudringen und eine Kontaktfläche (5) zwischen der Bipolarplatte (3) und der Gasdiffusionsschicht (6) zu vergrößern, wobei der Schritt der Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte (3) ein Aufbringen einer Zwischenschicht (4) aus einzelnen Strukturen (4a) umfasst. 1. A method for producing a bipolar plate (3), characterized by the step of a structural change of a for direct contact with a gas diffusion layer (6) provided surface of the bipolar plate (3) such that the structurally modified surface of the bipolar plate (3) is formed, at least partially penetrating the gas diffusion layer (6) and increasing a contact area (5) between the bipolar plate (3) and the gas diffusion layer (6), wherein the step of changing the structure of the surface of the bipolar plate (3) comprises applying an intermediate layer (4) of individual ones Structures (4a).
2. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht (6) ein faserhaltiges Material oder ein Schaummaterial umfasst, und die Strukturveränderung so ausgeführt wird, dass eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte (3) doppelt so groß ist wie ein Faserdurchmesser oder ein Schaumblasendurchmesser der2. A method for producing a bipolar plate (3) according to claim 1, characterized in that the gas diffusion layer (6) comprises a fibrous material or a foam material, and the structural change is carried out so that a minimum penetration depth of the structure changed surface of the bipolar plate (3) twice is as large as a fiber diameter or foam bubble diameter
Gasdiffusionsschicht (6) und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht (6) aus mehreren faserhaltigen Schichten besteht und dass die Strukturveränderung so ausgeführt wird, dass eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte (3) einerGas diffusion layer (6) and / or characterized in that the gas diffusion layer (6) consists of a plurality of fiber-containing layers and that the structural change is carried out so that a minimum penetration depth of the structure changed surface of the bipolar plate (3) of a
Schichtdicke einer ersten faserhaltigen Schicht der Gasdiffusionsschicht (6) entspricht. Layer thickness of a first fiber-containing layer of the gas diffusion layer (6) corresponds.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt der lokalen Verdichtung der Gasdiffusionsschicht (6) durch die strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte (3) an der Kontaktfläche (5) zwischen der Bipolarplatte (3) und der Gasdiffusionsschicht (6) und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte (3) ferner ein Abtragen von Material umfasst und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Strukturveränderung mindestens einen weiteren Schritt, ausgewählt aus: 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a step of local compression of the gas diffusion layer (6) through the structure of the modified surface of the bipolar plate (3) on the Contact surface (5) between the bipolar plate (3) and the gas diffusion layer (6) and / or characterized in that the step of changing the structure of the surface of the bipolar plate (3) further comprises a removal of material and / or characterized in that the step Structural change at least one further step, selected from:
Beschichten mit Material, Coating with material,
Ablagern von Material und Depositing material and
Aufwachsen von Material umfasst und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Strukturveränderung der Oberfläche der Bipolarplatte (3) Schleifen und/oder Fräsen und/oder Kratzen und/oder Ätzen und/oder Oxidieren und/oder PVD und/oder CVD und/oder Aufwachsen von dendritischen Strukturen, umfasst. Growth of material comprises and / or characterized in that the step of structural change of the surface of the bipolar plate (3) grinding and / or milling and / or scratching and / or etching and / or oxidation and / or PVD and / or CVD and / or Growing dendritic structures.
Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) eine Schaumstruktur aufweist und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) mit der Bipolarplatte (3) durch Kleben, Löten, Hartlöten, Anpressen oder Eindrücken verbunden wird. Method for producing a bipolar plate (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer (4) has a foam structure and / or characterized in that the intermediate layer (4) with the bipolar plate (3) by gluing, soldering, brazing , Pressing or pressing is connected.
Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur aus einer Bipolarplatte (3) und einer Gasdiffusionsschicht (6), gekennzeichnet durch den Schritt des in Kontaktbringens einer durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Bipolarplatte (3) mit der Gasdiffusionsschicht (6). A method of manufacturing a layered structure of a bipolar plate (3) and a gas diffusion layer (6) characterized by the step of contacting a bipolar plate (3) with the gas diffusion layer (6) made by a method according to any one of the preceding claims.
Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionsschicht (6) ein faserhaltiges Material oder ein Schaummaterial umfasst, und eine Mindesteindringtiefe der strukturveränderten Oberfläche der Bipolarplatte (3) doppelt so groß ist wie ein Faserdurchmesser oder ein Schaumblasendurchmesser der Gasdiffusionsschicht (6) und/oder dadurch gekennzeichnet, dass beim in Kontaktbringen der Bipolarplatte (3) mit der Gasdiffusionsschicht (6) die strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte (3) mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht (6) eindringt und/oder das Material der Gasdiffusionsschicht (6) in einem Kontaktbereich der Bipolarplatte (3) und der Gasdiffusionsschicht (6) verdichtet wird und/oder gekennzeichnet durch den Schritt des Verformens der strukturveränderte Oberfläche der Bipolarplatte (3) beim in Kontaktbringen mit der Gasdiffusionsschicht (6). A method for producing a layered structure according to claim 5, characterized in that the gas diffusion layer (6) a comprises a fibrous material or a foam material, and a minimum penetration depth of the structure changed surface of the bipolar plate (3) is twice as large as a fiber diameter or bubble diameter of the gas diffusion layer (6) and / or characterized in that in contacting the bipolar plate (3) with the Gas diffusion layer (6) the structure changed surface of the bipolar plate (3) at least partially penetrates into the gas diffusion layer (6) and / or the material of the gas diffusion layer (6) in a contact region of the bipolar plate (3) and the gas diffusion layer (6) is compressed and / or characterized by the step of deforming the patterned surface of the bipolar plate (3) in contact with the gas diffusion layer (6).
Bipolarplatte mit einer zum direkten Kontakt mit einer Gasdiffusionsschicht (6) vorgesehenen Oberfläche, wobei die Oberfläche eine Zwischenschicht (4) aus einzelnen Strukturen (4a) umfasst. Bipolar plate having a surface provided for direct contact with a gas diffusion layer (6), the surface comprising an intermediate layer (4) of individual structures (4a).
Bipolarplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) eine Schaumstruktur aufweist. Bipolar plate according to claim 7, characterized in that the intermediate layer (4) has a foam structure.
Schichtstruktur umfassend eine Bipolarplatte (3) nach Anspruch 7 oder 8 und eine Gasdiffusionsschicht (6), wobei die einzelnen Strukturen (4a) der Zwischenschicht der Bipolarplatte (4) mindestens teilweise in die Gasdiffusionsschicht (6) eingedrungen sind, so dass eine Kontaktfläche (5) zwischen der Bipolarplatte (3) und der Gasdiffusionsschicht (6) vergrößert ist. Layer structure comprising a bipolar plate (3) according to claim 7 or 8 and a gas diffusion layer (6), wherein the individual structures (4a) of the intermediate layer of the bipolar plate (4) at least partially penetrated into the gas diffusion layer (6), so that a contact surface (5 ) between the bipolar plate (3) and the gas diffusion layer (6) is increased.
Schichtstruktur nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine lokale Verdichtung der Gasdiffusionsschicht (6) durch die einzelnen Strukturen (4a) der Zwischenschicht der Bipolarplatte (4) an der Kontaktfläche (5) zwischen der Bipolarplatte (3) und der Gasdiffusionsschicht (6). Layer structure according to claim 9, characterized by a local compression of the gas diffusion layer (6) through the individual structures (4a) of the intermediate layer of the bipolar plate (4) at the contact surface (5) between the bipolar plate (3) and the gas diffusion layer (6).
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