WO2018108962A1

WO2018108962A1 - Verfahren zur herstellung einer strömungsplatte für eine brennstoffzelle

Info

Publication number: WO2018108962A1
Application number: PCT/EP2017/082515
Authority: WO
Inventors: Jana BLAESIUS; Jan Hendrik OHS; Georg Helmut Schauer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-06-21
Also published as: DE102016224927A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte (10a-d) für eine Brennstoffzelle (12a-d), insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, wobei die Strömungsplatte (10a-d; 11a-d) zumindest einen Grundkörper (14a-d; 15a-d) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (16a) der Grundkörper (14a-d; 15a-d) durch formfreies Urformen aus einem formlosen Stoff hergestellt wird.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte für eine Brennstoffzelle

Stand der Technik

Es ist bereits eine Strömungsplatte für Brennstoffzellen bekannt, welche einen Grundkörper aufweist, der durch Umformen eines Rohlings hergestellt wird.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, wobei die Strömungsplatte zumindest einen Grundkörper aufweist.

Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Grundkörper durch formfreies Urformen aus einem formlosen Stoff hergestellt wird. Unter einer„Brennstoffzelle" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidati- onsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzu- wandeln. Unter„vorgesehen" soll insbesondere ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer„Strömungsplatte" soll insbesondere eine mechanische Einheit verstanden werden, welche zu einer insbesondere elektrischen Kontaktierung von zumindest einer Brennstoffzelle und/oder von zumindest zwei insbesondere benachbarter Brennstoffzellen und/oder zu einer Versorgung einer Brennstoffzelle mit einem Brenngas, insbesondere Wasserstoff, und/oder Sauerstoff, und/oder zu einer Entsorgung zumindest eines Reaktionsprodukts, insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, vorgesehen ist. Insbesondere kann die Strömungsplatte als eine Monopolarplatte, als eine Bipolarplatte und/oder als eine Endplatte ausgebildet sein. Die Strömungsplatte weist insbesondere ein Strömungsfeld auf, welches zu einer Zufuhr einer Brennstoffzelle mit einem Brenngas, insbesondere

Wasserstoff, und/oder Sauerstoff, und/oder zu einer Abfuhr zumindest eines Reaktionsprodukts, insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, vorgesehen ist. Insbesondere weist die Strömungsplatte zumindest einen und vorzugsweise eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, welche insbesondere zumindest abschnitts- weise zumindest im Wesentlichen parallel und/oder alternierend zueinander verlaufen. Vorzugsweise können die Strömungskanäle Zick-Zack-förmig verlaufen, sich miteinander kreuzen und insbesondere in einer fischschuppenartigen Topo- logie angeordnet sein. Unter einem„Strömungskanal" soll insbesondere ein Kanal verstanden werden, der zumindest teilweise zu einer Führung einer Strö- mung, insbesondere eines Zustroms und/oder eines Abstroms eines Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und/oder zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff vorgesehen ist, und der eine Strömung in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar zumindest teilweise, vorzugsweise auf drei Seiten und besonders vorteilhaft vollständig umschließt. Vorzugsweise ist eine Haupterstreckung des Strömungskanals parallel zur Strömungsrichtung der Strömung und zumindest 2-mal, insbesondere wenigstens 5- mal und vorteilhaft zumindest 10-mal länger als wenigstens eine Querschnittserstreckung des Strömungskanals. Unter einem„Grundkörper" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein

Körper verstanden werden, welcher die Strömungsplatte zumindest zu einem Großteil und vorzugsweise vollständig ausbildet. Unter dem Ausdruck„zumindest zu einem Großteil" sollen dabei insbesondere zu einem Massen- und/oder Volumenanteil von zumindest 55 %, vorteilhaft von zumindest 65 %, vorzugsweise von zumindest 75 %, besonders bevorzugt von zumindest 85 % und besonders vorteilhaft von zumindest 95 % verstanden werden. Unter einem„formfreien Urformen" soll insbesondere ein Urformverfahren verstanden werden, bei welchem ein Urformen formlos, insbesondere ohne eine Gussform, Tiefziehform oder dergleichen und vorzugsweise werkzeuglos erfolgt. Insbesondere erfolgt eine Her- Stellung des Grundkörpers nicht mittels eines Umformprozesses, wie beispielsweise Walzen, Gesenkschmieden, Fließpressen, Strangpressen, Tiefziehen und Biegen. Vorzugsweise ist das formfreie Urformen ein additives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise ein 3D-Druck. Unter einem„formlosen Stoff" soll insbesondere ein Stoff verstanden werden, dessen Form unabhängig von Scherkräften beliebig veränderbar ist, wie beispielsweise eine Flüssigkeit, eine Schmelze, ein

Granulat, Sand und/oder ein Pulver.

Hierdurch kann ein gattungsgemäßes Verfahren mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Herstellung einer Strömungsplatte für Brennstoffzellen bereitgestellt werden. Weiter vorteilhaft kann mittels des Verfahrens eine Gestaltungsfreiheit von Strömungsstrukturen verbessert werden, wodurch komplexe, optimierte und insbesondere dreidimensionale Strömungsverläufe bereitgestellt werden können. Somit kann insbesondere eine Funktionalität, ein Wirkungsgrad und besonders bevorzugt eine Leistungsdichte der Strömungsplatte verbessert werden. Besonders vorteilhaft können Brennstoffgasgradienten entlang der Strömungsplatte ausgeglichen werden. Weiterhin können mittels des Verfahrens insbesondere Produktionskosten verringert, geringere Kosten und insbesondere eine Verkürzung einer Zeitspanne zwischen Entwicklung und Markteinführung erreicht werden. Zudem können Materialien welche mittels anderer Urform- und/oder Umformverfahren nur schwer verarbeitbar sind mittels des vorliegenden Verfahrens zur Herstellung des Grundkörpers genutzt werden.

Um eine Qualität der Strömungsplatte zu verbessern, wird ferner vorgeschlagen, dass in dem Verfahrensschritt der formlose Stoff lokal bearbeitet wird. Darunter, dass„ein Stoff lokal bearbeitet wird", soll insbesondere verstanden werden, dass ein Teilbereich des formlosen Stoffs bearbeitet wird, welcher im Vergleich zu einem Gesamtbereich, insbesondere eines Gewichts und/oder eines Volumens, des formlosen Stoffs, welcher den Grundkörper ausbildet gering ist und dessen Teilgewicht und/oder Teilvolumen insbesondere weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 1 % und besonders bevorzugt weniger als 0,1 % des Gesamtbe- reichs beträgt. Insbesondere wird in dem Verfahren bei der Bearbeitung der formlose Stoff, vorzugsweise in einer Ebene, abgerastert und an der jeweiligen Position lokal bearbeitet, so dass der bearbeitete formlose Stoff zumindest eine Materialschicht ausbildet. Insbesondere wird der Grundkörper aus mehreren Material- schichten des bearbeiteten formlosen Stoffs ausgebildet. Insbesondere weist die

Materialschicht zumindest eine Dicke von zumindest 0,1 μηι, vorzugsweise zumindest 1 μηι und besonders bevorzugt von zumindest 15 μηι und/oder insbesondere von höchstens 300 μηι, vorzugsweise von höchstens 200 μηι und besonders bevorzugt von höchstens 150 μηι auf. Vorzugsweise weist das Verfah- ren eine Aufbaurate von zumindest 10 cm³/h vorzugsweise zumindest 20 cm³/h, bevorzugt zumindest 40 cm³/h und besonders bevorzugt zumindest 80 cm³/h auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der formlose Stoff ein Pulver. Vorteilhaft kann durch Bearbeiten des Pulvers eine Porosität des Grundkörpers eingestellt werden. Es ist denkbar, dass der formlose Stoff zumindest ein Metall und/oder eine Metalllegierung aufweist, wie beispielsweise rostfreien Stahl. Um ein Gewicht der Strömungsplatte zu verringern, um eine vorteilhaft erhöhte Leistungsdichte zu erreichen wird vorgeschlagen, dass der formlose Stoff zumindest Titan, insbesondere eine Titanlegierung, wie beispielsweise Ti- tanaluminide, aufweist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt zumindest teilweise, insbesondere vollständig angeschmolzen wird. Unter„zumindest teilweise anschmelzen" soll insbesondere sintern verstanden werden. Unter„vollständig anschmelzen" soll insbesondere umschmelzen verstanden werden. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine Ausbildung einer Materialschicht durch den formlosen Stoff erreicht werden.

In dem Verfahrensschritt wird der formlose Stoff insbesondere mit einem Teil- chenstrahl, beispielsweise mittels Elektronen, Ionen, Protonen und/oder Neutronen und/oder mit einem elektromagnetischen Strahl, wie beispielsweise einem Photonenstrahl bearbeitet. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ferner vorgeschlagen, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt mit zumindest einem Laserstrahl bearbeitet wird. Hierdurch kann der formlose Stoff besonders präzise lokal bearbeitet werden. Insbesondere kann auf ein Vakuum verzichtet werden. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt mit zumindest einem Elektronenstrahl bearbeitet wird. Hierdurch kann vorteilhaft eine Prozessgeschwindigkeit erhöht werden.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper in dem Verfahrensschritt mit einer lokal variierten Porosität versehen wird. Unter einer„lokal variierten Porosität" soll insbesondere verstanden werden, dass eine Dichte des Grundköpers zumindest in einem Teilbereich des Grundkörpers variiert. Insbesondere weicht eine Dichte des ausgebildeten

Grundkörpers lokal um zumindest 0,1 %, vorzugsweise um zumindest 10 %, bevorzugt um zumindest 30 % und besonders bevorzugt um zumindest 40 % von einer Dichte des formlosen Stoffs ab. Insbesondere ist denkbar, dass eine Porosität entlang einer Strömungsrichtung der Strömungsplatte entlang zumindest eines Teils, vorzugsweise zumindest eines Großteils und besonders bevorzugt des vollständigen Grundkörpers variiert wird. Hierdurch kann eine Durchströmung der Strömungsplatte verbessert werden.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher für sich alleine genommen, oder insbesondere auch in Kombination mit zumindest einem der übrigen Aspekte der

Erfindung betrachtet werden kann, wird eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Strömungsplatte, insbesondere der zuvor genannten Strömungsplatte, vorgeschlagen, welche mittels des genannten Verfahrens hergestellt ist. Unter einer„Brennstoffzellenvorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbe- sondere zumindest ein Teil einer Brennstoffzelle verstanden werden. Alternativ kann die Brennstoffzellenvorrichtung die gesamte Brennstoffzelle ausbilden. Die durch das Verfahren hergestellte Strömungsplatte kann durch Begutachtung ihrer Oberfläche von anderen Strömungsplatten, welche durch andere Verfahren, wie beispielsweise Umformen, insbesondere Tiefziehen, hergestellt sind unterschie- den werden. Insbesondere ist die vorliegende Strömungsplatte durch eine Ober- flächenrauigkeit von 30 μηι bis 100 μηι gekennzeichnet, sowie insbesondere durch ihren Schichtaufbau aus mehreren Materialschichten. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine Gestaltungsfreiheit verbessert werden. Insbesondere kann eine Funktionalität, ein Wirkungsgrad und vorzugsweise eine Leistungsdich- te von Brennstoffzellen verbessert werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher für sich alleine genommen, oder insbesondere auch in Kombination mit zumindest einem der übrigen Aspekte der Erfindung betrachtet werden kann, wird eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Strömungsplatte, insbesondere der zuvor genannten Strömungsplatte, vorgeschlagen, wobei die Strömungsplatte wenigstens einen Strömungskanal aufweist, welcher zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, mit einem porösen Material gefüllt ist. Das poröse Material ist insbesondere von dem formlosen Stoff ausgebildet. Vorzugsweise ist der Strömungskanal mittels des oben beschriebenen Verfahrens mit einem porösen Material gefüllt. Besonders bevorzugt ist das poröse Material von dem formlosen Stoff ausgebildet. Hierdurch kann ein Strömungsverhalten der Strömungsplatte verbessert werden.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher für sich alleine genommen, oder insbesondere auch in Kombination mit zumindest einem der übrigen Aspekte der Erfindung betrachtet werden kann, wird eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Strömungsplatte, insbesondere der zuvor genannten Strömungsplatte, vorgeschlagen, wobei die Strömungsplatte zumindest einen Strömungskanal aufweist, welcher zumindest eine Wandung umfasst, die aus einem porösen Material ausgebildet ist. Insbesondere kann eine Funktionalität, ein Wirkungsgrad und vorzugsweise eine Leistungsdichte von Brennstoffzellen verbessert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine

Porosität eines Materials, aus welchem die Wandung zumindest teilweise ausgebildet ist, geringer ist als eine Porosität des Material, mit welchem deren Strömungskanal gefüllt ist. Insbesondere ist eine Porosität des Materials aus welchem die Wandung besteht zumindest 10 % vorzugsweise zumindest 25 % und besonders bevorzugt zumindest 50 % geringer als eine Porosität des Materials mit welchem der Strömungskanal gefüllt ist. Insbesondere kann eine Funktionalität, ein Wirkungsgrad und vorzugsweise eine Leistungsdichte von Brennstoffzellen verbessert werden. In einem weiteren Aspekt der Erfindung, welcher für sich alleine genommen, oder insbesondere auch in Kombination mit zumindest einem der übrigen Aspekte der Erfindung betrachtet werden kann, wird eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Strömungsplatte, insbesondere der zuvor genannten Strömungsplatte, vorgeschlagen, wobei die Strömungsplatte zumindest einen Strömungskanal mit wenigstens einem Strömungskanalparameter aufweist, welcher sich entlang einer Strömungsrichtung verändert. Der Strömungskanalparameter kann insbesondere ein Dimensionsparameter des Strömungskanals sein, wie beispielsweise ein Durchmesser oder insbesondere ein Materiaeigenschaftsparame- ter, wie beispielsweise eine Porosität des Strömungskanals. Vorzugsweise variiert ein maximaler Durchmesser eines Strömungskanals entlang dessen Strömungsrichtung. Hierdurch kann insbesondere ein Strömungsgradient, insbesondere entlang einer Strömungsrichtung, kompensiert werden.

Das Verfahren, die Brennstoffzellenvorrichtung und/oder die Brennstoffzelle sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Verfahren, die Brennstoffzellen Vorrichtung und/oder die Brennstoffzelle zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Brennstoffzelle mit einer Brennstoffzellenvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht, Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Strömungsplatte der Brennstoffzellenvorrichtung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung in einer schematischen Schnittansicht, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung in einer schematischen Schnittansicht,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht und

Fig. 6a, 6b einen schematischen Querschnitt der Brennstoffzellenvorrich- tung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 5 entlang einer Strömungsrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Brennstoffzelle 12a in einer schematischen Darstellung. Die Brennstoffzelle 12a ist als eine P EM -Brennstoffzelle ausgebildet. Die Brennstoffzelle 12a weist eine Brennstoffzellenvorrichtung auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung weist eine Membraneinheit 28a auf. Die Membraneinheit 28a weist zumindest eine protonenleitende Polymermembran 30a auf. Ferner weist die Membraneinheit 28a zumindest eine Diffusionsschicht 32a, 34a auf. Im vorliegenden Fall weist die Membraneinheit 28a zumindest zwei Diffusionsschichten 32a, 34a auf. Die Diffusionsschichten 32a, 34a sind beidseitig an der Polymermembran 30a angeordnet. Die Diffusionsschichten 32a, 34a können beispielsweise von einem mit einem katalytischen Material belegten Kohlenstoffgewebe gebildet sein.

Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Strömungsplatte 10a, IIa auf. Im vorliegenden Fall weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest zwei Strömungsplatten 10a, IIa auf und zwar eine kathodenseitige Strömungsplatte 10a und eine anodenseitige Strömungsplatte IIa. Die Membraneinheit 28a ist zwischen den Strömungsplatten 10a und der Strömungsplatte IIa angeordnet. Zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen den Strö- mungsplatten 10a, IIa über die Membraneinheit 28a, sind die Strömungsplatten 10a, IIa mit der Membraneinheit 28a verpresst.

Die kathodenseitige Strömungsplatte 10a weist zumindest einen Strömungskanal 18a auf. Im vorliegenden Fall weist die Strömungsplatte IIa eine Vielzahl an

Strömungskanälen 18a auf. Die Strömungskanäle 18a sind dazu vorgesehen, der Membraneinheit 28a kathodenseitig Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, zuzuführen und während einer Reaktion entstehendes Wasser, insbesondere Wasserdampf, abzuführen. Die kathodenseitige Strömungsplatte 10a weist zumindest einen Grundkörper 14a auf. Der Strömungskanal 18a ist zumindest teilweise von dem Grundkörper 14a ausgebildet. Der Strömungskanal 18a weist eine Wandung 22a auf. Die Wandung 22a ist aus einem porösen Material 24a ausgebildet.

Die anodenseitige Strömungsplatte IIa weist zumindest einen Strömungskanal 19a auf. Im vorliegenden Fall weist die Strömungsplatte IIa eine Vielzahl von Strömungskanälen 19a auf. Die Strömungskanäle 19a sind dazu vorgesehen, der Membraneinheit 28a anodenseitig ein Brenngas, insbesondere Wasserstoff, zuzuführen. Die anodenseitige Strömungsplatte IIa weist zumindest einen Grundkörper 15a auf. Der Strömungskanal 19a ist zumindest teilweise von dem Grundkörper 15a ausgebildet. Der Strömungskanal 19a weist eine Wandung 23a auf. Die Wandung 23a ist aus einem porösen Material 24a ausgebildet.

Die Strömungsplatten 10a, IIa sind im vorliegenden Fall zumindest im Wesentlichen äquivalent zueinander ausgebildet und/oder hergestellt. Alternativ ist denkbar, dass die Strömungsplatten 10a, IIa voneinander verschieden ausgebildet und/oder hergestellt sein können.

In Fig. 2 ist ein schematischer Ablaufplan eines Verfahrens zur Herstellung einer kathodenseitigen Strömungsplatte 10a gezeigt. Das Verfahren kann in äquivalenter Art und Weise zur Herstellung der anodenseitigen Strömungsplatte IIa vor- gesehen sein.

Das Verfahren weist zumindest einen Verfahrensschritt 16a auf. In dem Verfahrensschritt 16a wird der Grundkörper 14a durch formfreies Urformen aus einem formlosen Stoff hergestellt. Der formlose Stoff weist zumindest Titan auf. Alterna- tiv oder zusätzlich kann der formlose Stoff eine Titanlegierung umfassen. Der formlose Stoff ist ein Pulver.

Der Verfahrensschritt 16a weist einen Teilschritt 36a auf. In dem Teilschritt 36a wird der formlose Stoff in einer dünnen Schicht auf ein Substrat aufgebracht. In dem Teilschritt 36a wird der formlose Stoff lokal bearbeitet. Der formlose Stoff wird mittels eines Laserstrahls bearbeitet. Alternativ oder zusätzlich kann der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt 16a mit einem Elektronenstrahl bearbeitet werden.

Der formlose Stoff wird zumindest teilweise abgeschmolzen. Nach der Bearbeitung, insbesondere nach Erstarren des bearbeiteten formfreien Stoffs bildet dieser eine Materialschicht aus. Die Materialschicht besteht aus einem porösen Material 20a. Das poröse Material 10a ist aus dem formfreien Stoff ausgebildet. Ferner kann eine Porosität des Grundkörpers 14a lokal variiert werden. Der Verfahrensschritt 16a umfasst einen weiteren Teilschritt 38a. In dem weiteren Teilschritt 38a wird das Substrat verschoben. Der Betrag der Verschiebung des Substrats entspricht einer Schichtdicke der Materialschicht. Der Teilschritt 36a und der Teilschritt 38a werden wiederholt, bis der Grundkörper 14a eine gewünschte Anzahl von Materialschichten aufweist.

Das Verfahren umfasst einen weiteren Verfahrensschritt 40a. In dem weiteren Verfahrensschritt 40a wird der Grundkörper 14a von überschüssigem formfreien Stoff befreit. Der Grundkörper 14a kann nach Bedarf weiter bearbeitet werden oder sofort verwendet werden.

In den Figuren 3 bis 6b sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 und 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 bis 6b ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer kathodenseitigen Strömungsplatte 10b der Brennstoffzellenvorrichtung. Im vorliegenden Fall weist die Strömungsplatte 10b zumindest einen Strömungskanal 18b auf, welcher zumindest teilweise mit einem porösen Material 20b gefüllt ist. Die Strömungsplatte 10b weist einen Seiteneinlass 42b auf. Der Seiteneinlass 42b ist zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 26b der Strömungsplatte 10b. Der Seiteneinlass 42b ist vollständig mit dem porösen Material 20b gefüllt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Strömungsplatte 10c der Brennstoffzellenvorrichtung. Im vorliegenden Fall ist der Strömungskanal 10c vollständig mit einem porösen Material 20c gefüllt. Ferner weist der Strömungskanal 18c eine Wandung 22c auf. Die Wandung 22c ist aus einem porösen Material 24c ausgebildet. Eine Porosität des Materials 24c, aus welchem die Wandung 22c zumindest teilweise ausgebildet ist, weist eine geringere Porosität auf als das Material 20c, mit welchem deren Strömungskanal 18c gefüllt ist.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Strömungsplatte lOd der Brennstoffzellenvorrichtung. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung im vorliegenden Fall unterschiedlich ausgebildete anodenseitige und kathodenseitige Strömungsplatten lOd, lld auf. Die anodenseitige Strömungsplatte lld entspricht zumindest im Wesentlichen der Ausgestaltung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Die kathodische Strömungsplatte lOd ist im vorliegenden Aus- führungsbeispiel verschieden ausgebildet. Die kathodenseitige Strömungsplatte lOd weist einen Strömungskanal 18d mit einer Strömungsrichtung 26d auf, welche senkrecht zur Strömungsrichtung 27d der anodenseitigen Strömungsplatte lld ist. Die Strömungskanäle 18d verlaufen Zick-Zack-förmig. Die Strömungsplatte lOd weist eine Vielzahl von Strömungskanälen 18d auf. Die Strömungska- näle 18d kreuzen sich miteinander. Die Strömungskanäle 18d sind in einer fisch- schuppenartigen Topologie angeordnet.

Fig. 6a und 6b zeigen einen schematischen Querschnitt durch die Brennstoffzel- lenvorrichtung aus Fig. 5 an verschiedenen Positionen entlang einer Strömungsrichtung 26d. Die kathodenseitige Strömungsplatte lOd weist einen sich entlang einer Strömungsrichtung 26d verändernden Strömungsplattenparameter auf. Im vorliegenden Fall ist der Strömungsplattenparameter ein maximaler Durchmesser des Strömungskanals 18d.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte (10a-d) für eine Brennstoffzelle (12a-d), insbesondere eine P EM -Brennstoffzelle, wobei die Strömungsplatte (lOa-d; lla-d) zumindest einen Grundkörper (14a-d; 15a-d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (16a) der Grundkörper (14a-d; 15a-d) durch formfreies Urformen aus einem formlosen Stoff hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (16a) der formlose Stoff lokal bearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (16a) der Grundkörper (14a-d; 15a-d) aus zumindest einer Schicht des bearbeiteten formlosen Stoffs ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formlose Stoff ein Pulver ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formlose Stoff zumindest Titan aufweist

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt (16a) zumindest teilweise angeschmolzen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt (16a) mit zumindest einem Laserstrahl bearbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formlose Stoff in dem Verfahrensschritt (16a) mit einem Elektronenstrahl bearbeitet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (14a-d; 15a-d) in dem Verfahrensschritt (16a) mit einer lokal variierten Porosität versehen wird.

Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Strömungsplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatte (lOa-d; lla-d) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

Brennstoffzellenvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10 und insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatte (lOb-c) wenigstens einen Strömungskanal (18b-c) aufweist, welcher zumindest teilweise mit einem porösen Material (20b-c) g füllt ist.

Brennstoffzellen Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatte (lOa-d) zumindest einen Strömungskanal (18a-d) aufweist, welcher zumindest eine Wandung (22a-d) umfasst, die aus einem porösen Material (24a-d) ausgebildet ist.

Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porosität eines Materials (24a-d), aus welchem die Wandung zumindest teilweise ausgebildet ist, eine geringere ist als eine Porosität des Material (20b-c), mit welchem deren Strömungskanal (18a-d) gefüllt ist.

Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsplatte (lOd) zumindest einen Strömungskanal (18d) mit wenigstens einem Strömungskanalparameter aufweist, welcher sich entlang einer Strömungsrichtung (26d) verändert. Brennstoffzelle (12a-d) mit zumindest einer Brennstoffzellenvorrichtun nach einem der Ansprüche 10 bis 14