WO2022038007A1 - Flow field plate semifinished product for a flow field plate, flow field plate, fuel cell, and method for producing a flow field plate semifinished product - Google Patents

Flow field plate semifinished product for a flow field plate, flow field plate, fuel cell, and method for producing a flow field plate semifinished product Download PDF

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Arne Stephen FISCHER
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Definitions

  • a fuel cell is an electrochemical cell that has two electrodes that are separated from one another by means of an ion-conducting electrolyte.
  • the fuel cell converts the energy of a chemical reaction of a fuel with an oxidant directly into electricity.
  • a special type of fuel cell is the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC).
  • PEM-FC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • a porous electrode with a catalyst layer adjoins one side of the polymer electrolyte membrane (PEM) and another porous electrode with a catalyst layer adjoins a further side of the PEM opposite this side.
  • the PEM-FC also includes gas diffusion layers (GDL) in the active area, which delimit the PEM and the two porous electrodes, each with a catalyst layer, on both sides.
  • GDL gas diffusion layers
  • the PEM, the two electrodes with the respective catalyst layer and the two GDL form a so-called membrane-electrode unit (MEA) in the active area of the PEM-FC.
  • MEA membrane-electrode unit
  • a fuel cell stack is made up of MEA and bipolar plates arranged alternately one above the other and therefore comprises a large number of individual fuel cells.
  • a bipolar plate comprises two semi-finished bipolar plates arranged next to one another.
  • a bipolar plate semi-finished product or a bipolar plate is used to conduct the electric current and fluids, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant, by means of appropriately arranged flow channels in the active and inactive area of the PEM-FC between corresponding collecting channels of the fuel cell stack to lead.
  • the corresponding collecting channels are formed by means of recesses in the bipolar plates arranged one above the other in a stacking direction of the fuel cell stack.
  • the fuel cell stack has seals between the semi-finished bipolar plates of the fuel cell stack. For a long-term seal, these seals should be sufficiently fixed to the semi-finished bipolar plates.
  • DE 2020 171 03 258 U1 discloses an anode plate or cathode plate with a projection provided as a line profile along an edge region of the anode plate or cathode plate for a sealing effect by a seal. These provided as a line profile projections are produced by pressing as a forming process or milling as a cutting process of a metal plate.
  • the present invention shows a semi-finished bipolar plate according to the features of claim 1, a bipolar plate according to the features of claim 8, a fuel cell according to the features of claim 9 and a method according to the features of claim 10.
  • the present invention shows a semi-finished bipolar plate for a bipolar plate of a fuel cell stack, wherein the semi-finished bipolar plate comprises a base body.
  • the base body is plate-shaped and at least one fixing device with a large number of projections for fixing a seal is arranged on at least one plate side of the base body, with the projections each being produced by means of at least one additive manufacturing process.
  • the semi-finished bipolar plate can in particular also be understood as a monopolar plate, anode plate or cathode plate. Furthermore, the bipolar plate semi-finished product is in particular for a bipolar plate of a fuel cell of a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle.
  • a plate side of the base body of the bipolar plate semi-finished product of a fuel cell is in particular a membrane side of the base body, the membrane side being the plate side of the base body which faces a membrane of the fuel cell.
  • a plate side of the base body of the bipolar plate semi-finished product of a fuel cell can preferably be a cooling side of the base body, the cooling side being the plate side of the base body which faces away from a membrane of a fuel cell.
  • the base body of the semi-finished bipolar plate has a membrane side as the plate side and a cooling side opposite the membrane side as a further plate side.
  • the base body is, in particular, electrically conductive.
  • the electrically conductive base body can, for example, have a metal, in particular be made of a metal.
  • the body can in particular flow channels on at least one plate side of the body for guiding at least a fluid such as a fuel, an oxidizer and/or a coolant.
  • Flow channels can also be understood in particular as distributor structures for guiding or distributing at least one fluid, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant.
  • the base body has flow channels on one membrane side for conducting a reactant gas, such as a fuel or an oxidizing agent, and on a coolant side flow channels for conducting a coolant.
  • the at least one fluid is preferably conveyed in the plane of the plate of the plate-shaped base body.
  • the base body can have in particular recesses, so-called collection openings, for conducting at least one fluid, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant, perpendicular to the plate plane of the plate-shaped base body.
  • the base body has two collection openings for each of the fluids arranged in the region of opposite end faces of the base body, one of the two collection openings being used to supply the respective fluid to the flow channels and the other collection opening being used to discharge the respective fluid from the flow channels.
  • the fuel cell stack can in particular comprise so-called collecting channels, which are formed by means of the recesses arranged one above the other in the semifinished bipolar plates arranged one above the other in a stacking direction of the fuel cell stack.
  • the base body of the semi-finished bipolar plate is or is preferably also produced using at least one additive manufacturing process.
  • the base body and the projections of the at least one fixing device are preferably produced using the same additive manufacturing process and are in particular made of the same material.
  • the base body is not or will not be produced using an additive manufacturing process, for example the base body can be a metal plate, such as sheet metal.
  • the base body can be designed to be essentially planar, in particular on a cooling side of the base body. The expression “substantially” is intended to express here that the base body can have unevenness on the cooling side of the base body due to production technology.
  • the im on the cooling side Substantially planar basic body on the cooling side essentially no flow channels, in particular no flow channels.
  • the base body On a membrane side opposite the cooling side, the base body has in particular the at least one fixing device and also preferably flow channels.
  • Such a semi-finished bipolar plate can advantageously be produced particularly easily, quickly and inexpensively using an additive manufacturing process. Furthermore, the base body or the semi-finished bipolar plate can thus be made particularly thin.
  • the arrangement of the at least one fixing device with the multiplicity of projections on the at least one plate side of the base body is in particular an arrangement with a material connection.
  • the cohesive arrangement of the at least one fixing device with the multiplicity of projections can be carried out particularly advantageously using the at least one additive manufacturing method, in particular a powder-based manufacturing method, such as (selective) laser beam melting.
  • At least one fixing device with a large number of projections for fixing a seal is preferably arranged on at least two opposite plate sides, in particular on a diaphragm side and a cooling side, of the base body, with the respective projections each being produced by means of at least one additive manufacturing process.
  • a fixing device for fixing a respective seal is thus advantageously arranged on both sides of the base body, and the sealing of the fuel cell or the fuel cell stack can be particularly advantageous.
  • a further fixing device and the multiplicity of projections of the one wide fixing device can in particular have the same properties which have already been explained for the at least one fixing device or the multiplicity of projections of the at least one fixing device or are explained below.
  • An additive manufacturing method is in particular a method in which a body is formed or produced by joining together elementary volume elements.
  • a body is formed or produced by joining together elementary volume elements.
  • metal particles can be used as elementary volume elements be formed by fusing by means of a laser beam to form a body, such as a projection, a base body or a semi-finished bipolar plate according to the invention.
  • the protrusions of the plurality of protrusions of the at least one fixing device produced by means of the at least one additive manufacturing method can be produced in particular in such a way that the surface roughness of the protrusions is in a range between 5 and 100 ⁇ m.
  • static friction between the projections and the seal can be particularly large and the seal can be fixed in a particularly advantageous manner.
  • the projections of the plurality of projections of the at least one fixing device are, in particular, electrically conductive.
  • the electrically conductive projections can, for example, have a metal, in particular be made of a metal.
  • the projections of the at least one fixing device each extend in particular starting from the at least one plate side of the base body in a direction of extension away from the base body.
  • the direction of extent is preferably a direction essentially perpendicular, in particular perpendicular, to the at least one side of the plate.
  • the projections can each have a height that results from a single layer of elementary volume elements. The multiplicity of projections for fixing the seal can thus be produced or manufactured particularly quickly by means of the at least one additive manufacturing method.
  • the projections can preferably each have a height of between 10 and 500 ⁇ m.
  • metal particles as elementary volume elements of a powder-based additive manufacturing method can have a (mean) particle size of approximately 20 ⁇ m, in particular approximately 10 to 15 ⁇ m.
  • the height of a projection is to be understood in particular as the extension of the projection starting from the at least one plate side of the base body in a direction essentially perpendicular, in particular perpendicular, to the at least one plate side away from the base body.
  • the projections can each have a length and/or width of between 100 and 2000 ⁇ m. All projections of the at least one fixing device preferably have an Substantially the same height and/or length and/or width, in particular the same height and/or length and/or width.
  • adjacent projections of the plurality of projections of the at least one fixing device are each at the same distance from one another.
  • the distance between two adjacent projections is in particular less than 10 mm. Adequate fixation of a seal can thus be ensured.
  • at least a part of adjacent projections of the plurality of projections contact each other, i. H. build a common lead.
  • all of the protrusions of the plurality of protrusions can contact each other and form a single, continuous protrusion.
  • a respective distance between adjacent projections of at least a first part of the plurality of projections and a respective distance between adjacent projections of at least a second part of the plurality of projections is different.
  • the distance between adjacent projections can be smaller, particularly at critical sealing points, than at non-critical sealing points.
  • the large number of projections of a bipolar plate semi-finished product according to the invention produced by at least one additive manufacturing method can fix the seal in a particularly advantageous manner.
  • the projections produced by the additive manufacturing method can have a particularly advantageous roughness and, furthermore, particularly advantageously shaped projections, for example projections with undercuts, can be produced in a particularly simple manner. It is thus possible to prevent a fluid from escaping unintentionally from the fuel cell stack and/or to prevent the fluids from mixing with one another. Furthermore, long-term sealing can be ensured. A fuel cell or a fuel cell stack can thus be operated particularly advantageously. Furthermore, the semi-finished bipolar plate or the projections can be produced particularly easily, inexpensively and quickly.
  • the plurality of projections of the at least one fixing device protrudes at least one functional region of the at least one Plate side of the base body to form a sealing structure at least partially, in particular completely to form a closed sealing structure, circulate.
  • the multiplicity of projections of the at least one fixing device preferably runs around the at least one functional area in a linear manner, with the projections in particular being arranged at a distance from one another. In this way, an unintentional outflow of a fluid from the fuel cell stack and/or an unintentional mixing of the fluids with one another can be prevented in a particularly advantageous manner.
  • the functional area can in particular be an active area and/or an inactive area and/or a collecting opening and/or an edge area of the semi-finished bipolar plate product or the fuel cell.
  • the active area of the semi-finished bipolar plate is in particular the area in which a chemical reaction of a fuel with an oxidizing agent takes place.
  • the inactive area of the semi-finished bipolar plate is in particular the area in which a fluid is guided between a collection opening and an active area by means of flow channels.
  • the semi-finished bipolar plate has flow channels in particular in the active area and/or the inactive area.
  • the edge area of the semi-finished bipolar plate is in particular the outer edge of the plate-shaped base body of the semi-finished bipolar plate.
  • At least one further fixing device with a large number of projections for fixing the seal can be arranged on the at least one plate side of the base body, the projections of the two fixing devices being spaced apart from one another, in particular spaced parallel to one another.
  • the seal is fixed by both fixing devices.
  • the mutually spaced projections of the two fixing devices can form an intermediate space, with the seal being accommodated in the intermediate space.
  • the mutually spaced-apart projections of the two fixing devices can in particular be offset and spaced apart from one another.
  • the offset projections can form a zigzag structure, for example. So she can Number of projections kept low and at the same time a particularly advantageous fixation of the seal can be achieved.
  • At least some of the plurality of projections of the at least one fixing device can each have at least one undercut.
  • the at least one undercut of the at least one part of the multiplicity of projections can be produced particularly easily using the additive manufacturing method.
  • the at least one part of the multiplicity of projections can be connected to the at least one undercut and the seal can be connected by means of the undercut, in particular in a form-fitting and/or force-fitting manner.
  • the at least one part of the plurality of projections with the at least one undercut is designed in such a way that the fixed seal is fixed starting from the plate side of the base body in a direction away from the base body, in particular is fixed in a positive and/or non-positive manner.
  • the seal of the semi-finished bipolar plate or of the fuel cell is preferably designed to complement the plurality of projections of the at least one fixing device.
  • the seal serves in particular to prevent or limit an unintentional transfer of a fluid from one pressure side of the seal to another pressure side.
  • the at least one undercut of the respective projection preferably faces the pressure side on which the pressure is greater. The fixing of the seal can thus be ensured in a particularly advantageous manner.
  • At least a first part of the plurality of projections of the at least one fixing device can have a first sectional shape in a vertical section and a second part of the plurality of projections can have a second sectional shape in a vertical section that differs from the first sectional shape.
  • the multiplicity of projections of the at least one fixing device can have differently configured projections.
  • the at least one first part of the plurality of projections of the at least one fixing device can have a T-shape in a vertical section at a critical sealing point and the at least one second part of the A plurality of projections of the at least one fixing device have a rectangular shape in a vertical section.
  • the fixation of the seal can be particularly advantageous, the seal can be particularly long-term and, furthermore, a fuel cell or a fuel cell stack can be operated particularly advantageously. It is also conceivable that the projections alternately have at least a first projection shape and a second projection shape.
  • At least some of the plurality of projections of the at least one fixing device in a vertical section can have at least a triangular shape and/or a circular segment shape, in particular a semicircular surface shape, and/or a rectangular shape and/or an L-shape and/or have a T-shape.
  • a projection with a triangular shape can be produced or manufactured particularly quickly and in a material-saving manner by means of the at least one additive manufacturing method.
  • the triangle shape is preferably an isosceles acute triangle shape.
  • the at least one part of the plurality of projections which has the isosceles acute-angled triangular shape as a sectional shape in a vertical section, is in particular designed in the shape of a pincushion.
  • a projection with the shape of a segment of a circle, in particular a semicircular surface shape, can create a particularly advantageous seal.
  • a projection with an L-shape, in particular an inverted L-shape, can particularly advantageously fix a seal by means of the one undercut.
  • a projection with a T-shape can particularly advantageously fix a seal by means of the two opposite undercuts.
  • the at least one additive manufacturing process is a powder-based additive manufacturing process, in particular if the additive manufacturing process is (selective) laser beam melting and/or electron beam melting and/or binder jetting. Projections can be produced particularly cheaply by means of binder jetting. Furthermore, projections using electron beam melting can be particularly fast and with a particularly high surface roughness. Projections can be produced particularly precisely by means of (selective) laser beam melting.
  • the present invention shows a bipolar plate for a fuel cell of a fuel cell stack, wherein the bipolar plate has a first semi-finished bipolar plate according to the invention and a second semi-finished bipolar plate arranged on the first semi-finished bipolar plate, or the bipolar plate has a first semi-finished bipolar plate according to the invention and a second semi-finished product arranged on the first semi-finished bipolar plate inventive bipolar plate semi-finished product.
  • the bipolar plate according to the invention is in particular for a fuel cell of a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle.
  • the bipolar plate according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the semi-finished bipolar plate according to the first aspect of the invention.
  • the present invention shows a fuel cell of a fuel cell stack, wherein the fuel cell, in particular in at least one active region of the fuel cell, has a membrane, two opposite catalyst layers each arranged on one side of the membrane, two opposite catalyst layers each arranged on one of the catalyst layers Has gas diffusion layers, a first semi-finished bipolar plate and a second semi-finished bipolar plate, the first and the second semi-finished bipolar plate delimiting the fuel cell on both sides, at least one semi-finished bipolar plate being a semi-finished bipolar plate according to the invention.
  • the first and the second semi-finished bipolar plate are each a semi-finished bipolar plate according to the invention.
  • the fuel cell according to the invention is preferably for a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle.
  • a fuel cell stack has, in particular, a multiplicity of fuel cells according to the invention arranged one above the other.
  • the fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the semi-finished bipolar plate according to the first aspect of the invention or the bipolar plate according to the second aspect of the invention.
  • the present invention shows a method for producing a semi-finished bipolar plate according to the invention, the method having at least the following steps:
  • a base body which has not been produced using an additive manufacturing method can also advantageously have the projections produced using at least one additive manufacturing method.
  • a plate-shaped base body for example a metal plate, such as a (flat) sheet metal, is provided in a first step.
  • This plate-shaped base body can preferably be processed before and/or after and/or (together) with the arrangement of the large number of projections on the at least one plate side of the base body provided in such a way that the base body, for example
  • Flow channels, collection ports, etc. has.
  • the processing can be reshaping, in particular embossing, and/or separating, in particular stamping, and/or arranging or forming using at least one be additive manufacturing processes.
  • the multiplicity of projections are arranged on the at least one plate side of the base body provided by means of the at least one additive manufacturing method.
  • the arrangement of the multiplicity of projections is in particular an arrangement with a material connection.
  • the semi-finished bipolar plate or the base body and the multiplicity of projections are preferably produced by means of at least one additive manufacturing process.
  • the semi-finished bipolar plate or the base body with the multiplicity of projections is produced in one process/step.
  • the semi-finished bipolar plate can thus be produced in a particularly simple, quick and cost-effective manner.
  • a method according to the invention can have as a further step the arrangement of flow channels on at least one plate side of the base body, in particular on at least one plate side of a (flat) metal sheet, for guiding at least one fluid by means of at least one additive manufacturing method.
  • the semi-finished bipolar plate can thus be produced in a particularly simple, quick and cost-effective manner.
  • the arrangement or formation of flow channels on the at least one plate side of the base body, in particular on the at least one plate side of the (flat) metal sheet, by means of the at least one additive manufacturing method can be carried out in particular in a joint process/step with the arrangement of the multiplicity of projections of the at least a fixing device to the at least one plate side of the base body by means of the at least one additive manufacturing process.
  • the same additive manufacturing method is preferably used for arranging the multiplicity of projections and for arranging the flow channels.
  • the semi-finished bipolar plate can be produced particularly quickly and inexpensively.
  • the arrangement of flow channels on the at least one plate side of the base body is in particular a cohesive arrangement.
  • FIG. 3 shows a detail of a vertical section of a further embodiment of a semi-finished bipolar plate according to the invention
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a semi-finished bipolar plate according to the invention
  • 7 shows a section of an embodiment of a bipolar plate according to the invention in a vertical section of an exploded drawing
  • FIG. 8 shows an embodiment of a fuel cell according to the invention in a sectional view of an exploded drawing
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention.
  • the semi-finished bipolar plate la comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 having six projections 23 being arranged on a plate side 11 of the base body 10, in particular in an edge area of the semi-finished bipolar plate la, the edge area being an outer edge of the plate-shaped base body 10.
  • the six projections 23 have each been produced using an additive manufacturing process, so that a seal is particularly advantageously fixed.
  • FIG. 2 shows a top view of a further embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention.
  • the semi-finished bipolar plate la comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 having a plurality of projections 23 being arranged on a plate side 11 of the base body 10.
  • the plurality of projections 23 are represented by the dotted lines.
  • the plurality of projections 23 of the at least one fixing device linearly completely surround the ports 31, 32, 33 and 34 as functional areas and also an edge area of the semi-finished bipolar plate la as a further functional area.
  • the lines in the active region 35 represent flow channels for guiding a fluid, in particular schematically.
  • FIG. 3 and FIG. 4 each show a detail of a vertical section (cf. section axis A-A in FIG. 2) of a further embodiment of a bipolar plate semi-finished product la according to the invention.
  • FIG. 3 shows a projection 23 of a fixing device 21, the projection 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the semi-finished bipolar plate product la.
  • the projection 23 has an undercut, the undercut facing the active region 35 . Due to the fact that the undercut of the projection 23 faces the pressure side on which the pressure is greater, the fixing of a seal 110 designed to complement the projection 23 can be ensured in a particularly advantageous manner.
  • a further fixing device 22 with a projection 24 for fixing the seal 110 is arranged in FIG.
  • the projections 23 and 24 shown in FIG. 4 are arranged at a distance from one another.
  • FIG. 5 shows in a vertical section five projections 23 according to the invention of a fixing device 21, the respective projection 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the semi-finished bipolar plate la.
  • the first sectional shape shown (from the left) is a triangle shape
  • the second sectional shape is a semi-circular area shape
  • the third sectional shape is a rectangular shape
  • the fourth sectional shape is an L-shape, specifically an inverted L-shape
  • the fifth sectional shape is a T- Shape.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention.
  • FIG. 6 shows four projections 23 of a multiplicity of projections 23 of a fixing device 21, the four projections 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the bipolar plate semi-finished product 1a.
  • a respective distance D1 between adjacent projections 23 and a respective distance D2 between adjacent projections 23 is different here.
  • the distance between adjacent projections 23 may be less than at non-critical sealing points.
  • FIG. 7 shows a vertical section of an exploded view of a section of an embodiment of a bipolar plate 100 according to the invention.
  • the bipolar plate 100 has a first inventive semi-finished bipolar plate la and a second semi-finished bipolar plate lb arranged on the first semi-finished bipolar plate la.
  • the first bipolar plate semi-finished product la according to the invention comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 or 22 each having a plurality of projections 23 or 24 for fixing a seal 110 on a membrane side 11 as the plate side of the base body 10 and on a cooling side 12 of the base body (Not shown) is arranged.
  • Figure 8 shows a sectional view of an exploded drawing of an embodiment of a fuel cell 202 according to the invention, in particular an active region of the fuel cell 202, the fuel cell 202 having a membrane 212, two opposite catalyst layers 214a, 214b each arranged on one side of the membrane 212, two opposite gas diffusion layers 216a, 216b arranged on one of the catalyst layers 214a, 214b, a first semi-finished bipolar plate la and a second semi-finished bipolar plate lb, with the first and second semi-finished bipolar plates la, lb delimiting the fuel cell 202 on both sides, with at least one semi-finished bipolar plate la, lb being configured according to the invention .
  • FIG. 9 and FIG. 10 each disclose an embodiment of a method according to the invention.
  • the embodiment of the method according to the invention according to Figure 9 comprises, as a first step, providing 302 the plate-shaped base body 10 and, as a further, subsequent step, arranging 304 the large number of projections 23, 24 of the at least one fixing device 21, 22 on the at least one plate side 11, 12 of the provided base body 10 by means of the at least one additive manufacturing process.
  • this embodiment of the method according to the invention can, as a further step, arrange or Forming 306 flow channels on the at least one plate side 11, 12 of the base body 10 by means of at least one additive manufacturing process.
  • the embodiment of the method according to the invention according to Figure 10 comprises the steps of producing 402 the panel-shaped base body 10 and arranging 404 the plurality of projections 23, 24 of the at least one fixing device 21, 22 on the at least one panel side 11, 12 of the base body 10 by means of the at least one additive manufacturing processes.
  • this embodiment of the method according to the invention can also have the arrangement or formation 406 of flow channels on the at least one plate side 11, 12 of the base body 10 by means of at least one additive manufacturing method as a further step.

Abstract

Described is a flow field plate semifinished product (1a, 1b) for a flow field plate (100) of a fuel cell stack, the flow field plate semifinished product (1a, 1b) comprising a main body (10), the main body (10) being flat and there being arranged on at least one plate side (11, 12) of the main body (10) at least one fixing device (21, 22) having a plurality of projections (23, 24) for fixing a seal (110), the projections (23, 24) each being created by means of at least one additive manufacturing method.

Description

Beschreibung description
Titel title
Bipolarplatenhalbzeug für eine Bipolarplatte, Bipolarplatte, Brennstoffzelle sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolarplatenhalbzeugs Bipolar plate semi-finished product for a bipolar plate, bipolar plate, fuel cell and a method for producing a bipolar plate semi-finished product
Stand der Technik State of the art
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, wobei diese zwei Elektroden, welche mittels eines ionenleitenden Elektrolyten voneinander separiert sind, aufweist. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel direkt in Elektrizität um. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen. A fuel cell is an electrochemical cell that has two electrodes that are separated from one another by means of an ion-conducting electrolyte. The fuel cell converts the energy of a chemical reaction of a fuel with an oxidant directly into electricity. There are different types of fuel cells.
Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist insbesondere die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-FC). In einem aktiven Bereich der PEM-FC grenzt an eine Seite der Polymerelektrolytmembran (PEM) eine poröse Elektrode mit einer Katalysatorschicht und an eine dieser Seite gegenüberliegenden weiteren Seite der PEM eine weitere poröse Elektrode mit einer Katalysatorschicht an. Weiter umfasst die PEM-FC im aktiven Bereich Gasdiffusionslagen (GDL), welche die PEM und die zwei porösen Elektroden mit der jeweils einen Katalysatorschicht beidseitig begrenzen. Die PEM, die beiden Elektroden mit der jeweiligen Katalysatorschicht und die beiden GDL bilden eine sog. Membran-Elektroden-Einheit (MEA) in dem aktiven Bereich der PEM-FC. Zwei sich gegenüberliegende Bipolarplatten(-halbzeuge) begrenzen wiederum beidseitig die MEA, wobei die MEA und die zwei sich gegenüberliegenden Bipolarplatten(-halbzeuge) insbesondere eine einzelne Brennstoffzelle bilden. Ein Brennstoffzellenstapel ist aus abwechselnd übereinander angeordneten MEA und Bipolarplatten aufgebaut und umfasst daher eine Vielzahl an einzelnen Brennstoffzellen. Eine Bipolarplatte umfasst zwei aneinander angeordnete Bipolarplattenhalbzeuge. Ein Bipolarplattenhalbzeug bzw. eine Bipolarplatte dient dazu, den elektrischen Strom zu leiten und Fluide, wie einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel und/oder ein Kühlmittel, mittels entsprechend angeordneter Strömungskanäle im aktiven und inaktiven Bereich der PEM-FC zwischen entsprechenden Sammelkanälen des Brennstoffzellenstapels getrennt voneinander zu führen. Die entsprechenden Sammelkanäle werden mittels Ausnehmungen in den in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels übereinander angeordneten Bipolarplatten gebildet. A special type of fuel cell is the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM-FC). In an active region of the PEM-FC, a porous electrode with a catalyst layer adjoins one side of the polymer electrolyte membrane (PEM) and another porous electrode with a catalyst layer adjoins a further side of the PEM opposite this side. The PEM-FC also includes gas diffusion layers (GDL) in the active area, which delimit the PEM and the two porous electrodes, each with a catalyst layer, on both sides. The PEM, the two electrodes with the respective catalyst layer and the two GDL form a so-called membrane-electrode unit (MEA) in the active area of the PEM-FC. Two opposing bipolar plates (semi-finished products) in turn delimit the MEA on both sides, with the MEA and the two opposing bipolar plates (semi-finished products) forming in particular a single fuel cell. A fuel cell stack is made up of MEA and bipolar plates arranged alternately one above the other and therefore comprises a large number of individual fuel cells. A bipolar plate comprises two semi-finished bipolar plates arranged next to one another. A bipolar plate semi-finished product or a bipolar plate is used to conduct the electric current and fluids, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant, by means of appropriately arranged flow channels in the active and inactive area of the PEM-FC between corresponding collecting channels of the fuel cell stack to lead. The corresponding collecting channels are formed by means of recesses in the bipolar plates arranged one above the other in a stacking direction of the fuel cell stack.
Um ein ungewolltes Ausströmen eines Fluids aus dem Brennstoffzellenstapel und/oder ein ungewolltes Vermischen der Fluide untereinander zu verhindern, weist der Brennstoffzellenstapel Dichtungen zwischen den Bipolarplattenhalbzeugen des Brennstoffzellenstapels auf. Für eine langzeitige Abdichtung sollen diese Dichtungen ausreichend an den Bipolarplattenhalbzeugen fixiert sein. In order to prevent a fluid from escaping unintentionally from the fuel cell stack and/or an unintentional mixing of the fluids with one another, the fuel cell stack has seals between the semi-finished bipolar plates of the fuel cell stack. For a long-term seal, these seals should be sufficiently fixed to the semi-finished bipolar plates.
In der DE 2020 171 03 258 Ul ist eine Anodenplatte bzw. Kathoden platte mit einem als Linienprofil entlang eines Randbereichs der Anodenplatte bzw. Kathodenplatte vorgesehenen Vorsprung für eine abdichtende Wirkung durch eine Dichtung bekannt. Diese als Linienprofil vorgesehenen Vorsprünge werden durch Pressen als Umformverfahren oder Fräsen als Trennverfahren einer Metall platte erzeugt. DE 2020 171 03 258 U1 discloses an anode plate or cathode plate with a projection provided as a line profile along an edge region of the anode plate or cathode plate for a sealing effect by a seal. These provided as a line profile projections are produced by pressing as a forming process or milling as a cutting process of a metal plate.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung zeigt ein Bipolarplattenhalbzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Bipolarplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8, eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10. The present invention shows a semi-finished bipolar plate according to the features of claim 1, a bipolar plate according to the features of claim 8, a fuel cell according to the features of claim 9 and a method according to the features of claim 10.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte, der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the bipolar plate semi-finished product according to the invention also apply, of course Connection with the bipolar plate according to the invention, the fuel cell according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention reference is always made or can be made mutually.
Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Bipolarplattenhalbzeug für eine Bipolarplatte eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Bipolarplattenhalbzeug einen Grundkörper umfasst. Der Grundkörper ist plattenförmig ausgebildet und an wenigstens einer Plattenseite des Grundkörpers ist zumindest eine Fixiervorrichtung mit einer Vielzahl an Vorsprüngen zur Fixierung einer Dichtung angeordnet, wobei die Vorsprünge jeweils mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt sind. According to a first aspect, the present invention shows a semi-finished bipolar plate for a bipolar plate of a fuel cell stack, wherein the semi-finished bipolar plate comprises a base body. The base body is plate-shaped and at least one fixing device with a large number of projections for fixing a seal is arranged on at least one plate side of the base body, with the projections each being produced by means of at least one additive manufacturing process.
Das Bipolarplattenhalbzeug kann insbesondere auch als eine Monopolarplatte, Anodenplatte oder Kathodenplatte verstanden werden. Weiter ist das Bipolarplattenhalbzeug insbesondere für eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges. The semi-finished bipolar plate can in particular also be understood as a monopolar plate, anode plate or cathode plate. Furthermore, the bipolar plate semi-finished product is in particular for a bipolar plate of a fuel cell of a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle.
Eine Plattenseite des Grundköpers des Bipolarplattenhalbzeugs einer Brennstoffzelle ist insbesondere eine Membranseite des Grundkörpers, wobei die Membranseite die Plattenseite des Grundkörpers ist, welche einer Membran der Brennstoffzelle zugewandt ist. Weiter kann eine Plattenseite des Grundkörpers des Bipolarplattenhalbzeugs einer Brennstoffzelle vorzugsweise eine Kühlseite des Grundkörpers sein, wobei die Kühlseite die Plattenseite des Grundkörpers ist, welche einer Membran einer Brennstoffzelle abgewandt ist. Insbesondere weist der Grundkörper des Bipolarplattenhalbzeugs eine Membranseite als Plattenseite und eine der Membranseite gegenüberliegende Kühlseite als weitere Plattenseite auf. A plate side of the base body of the bipolar plate semi-finished product of a fuel cell is in particular a membrane side of the base body, the membrane side being the plate side of the base body which faces a membrane of the fuel cell. Furthermore, a plate side of the base body of the bipolar plate semi-finished product of a fuel cell can preferably be a cooling side of the base body, the cooling side being the plate side of the base body which faces away from a membrane of a fuel cell. In particular, the base body of the semi-finished bipolar plate has a membrane side as the plate side and a cooling side opposite the membrane side as a further plate side.
Der Grundkörper ist insbesondere elektrisch leitfähig. Der elektrisch leitfähige Grundkörper kann bspw. ein Metall aufweisen, insbesondere aus einem Metall sein. Weiter kann der Grundkörper insbesondere Strömungskanäle an wenigstens einer Plattenseite des Grundkörpers zum Führen von zumindest einem Fluid, wie bspw. einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und/oder einem Kühlmittel, aufweisen. Strömungskanäle können insbesondere auch als Verteilerstrukturen zum Führen bzw. Verteilen von zumindest einem Fluid, wie bspw. einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und/oder einem Kühlmittel verstanden werden. Vorzugsweise weist der Grundkörper an einer Membranseite Strömungskanäle zum Führen von einem Reaktandengas, wie bspw. einem Brennstoff oder einem Oxidationsmittel, und auf einer Kühlmittelseite Strömungskanäle zum Führen von einem Kühlmittel auf. Das Führen des zumindest einen Fluids erfolgt vorzugsweise in der Plattenebene des plattenförmigen Grundkörpers. Ferner kann der Grundkörper insbesondere Ausnehmungen, sog. Sammelöffnungen, zum Führen von zumindest einem Fluid, wie bspw. einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und/oder einem Kühlmittel, senkrecht zu der Plattenebene des plattenförmigen Grundkörpers aufweisen. Der Grundkörper weist insbesondere für jedes der Fluide jeweils zwei im Bereich sich gegenüberliegender Stirnseiten des Grundkörpers angeordnete Sammelöffnungen auf, wobei eine der beiden Sammelöffnungen zum Zuführen jeweiligen Fluids zu den Strömungskanälen und die andere Sammelöffnung zum Abführen des jeweiligen Fluids von den Strömungskanälen dient. Der Brennstoffzellenstapel kann insbesondere sog. Sammelkanäle umfassen, welche mittels der übereinander angeordneten Ausnehmungen in den in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels übereinander angeordneten Bipolarplattenhalbzeugen gebildet werden. The base body is, in particular, electrically conductive. The electrically conductive base body can, for example, have a metal, in particular be made of a metal. Next, the body can in particular flow channels on at least one plate side of the body for guiding at least a fluid such as a fuel, an oxidizer and/or a coolant. Flow channels can also be understood in particular as distributor structures for guiding or distributing at least one fluid, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant. Preferably, the base body has flow channels on one membrane side for conducting a reactant gas, such as a fuel or an oxidizing agent, and on a coolant side flow channels for conducting a coolant. The at least one fluid is preferably conveyed in the plane of the plate of the plate-shaped base body. Furthermore, the base body can have in particular recesses, so-called collection openings, for conducting at least one fluid, such as a fuel, an oxidizing agent and/or a coolant, perpendicular to the plate plane of the plate-shaped base body. In particular, the base body has two collection openings for each of the fluids arranged in the region of opposite end faces of the base body, one of the two collection openings being used to supply the respective fluid to the flow channels and the other collection opening being used to discharge the respective fluid from the flow channels. The fuel cell stack can in particular comprise so-called collecting channels, which are formed by means of the recesses arranged one above the other in the semifinished bipolar plates arranged one above the other in a stacking direction of the fuel cell stack.
Der Grundkörper des Bipolarplattenhalbzeugs ist bzw. wird vorzugsweise ebenfalls mit wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt. Vorzugsweise sind bzw. werden der Grundkörper und die Vorsprünge der zumindest einen Fixiervorrichtung mit demselben additiven Fertigungsverfahren erzeugt und sind insbesondere aus dem gleichen Material. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Grundkörper insbesondere nicht mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt ist bzw. wird, bspw. kann der Grundkörper eine Metallplatte, wie ein Blech, sein. Weiter kann der Grundkörper insbesondere an einer Kühlseite des Grundkörpers im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen“ soll hier ausgedrückt werden, dass der Grundkörper an der Kühlseite des Grundkörpers fertigungstechnisch Unebenheiten aufweisen kann. Vorzugsweise weist der an der Kühlseite im Wesentlichen eben ausgebildete Grundkörper an der Kühlseite im Wesentlichen keine Strömungskanäle auf, insbesondere keine Strömungskanäle auf. An einer der Kühlseite gegenüberliegenden Membranseite weist der Grundkörper insbesondere die zumindest eine Fixiervorrichtung und ferner vorzugsweise Strömungskanäle auf. Ein derartiges Bipolarplattenhalbzeug kann vorteilhafterweise besonders einfach, schnell und kostengünstig mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. Weiter kann der Grundkörper bzw. das Bipolarplattenhalbzeug somit besonders dünn ausgebildet sein. The base body of the semi-finished bipolar plate is or is preferably also produced using at least one additive manufacturing process. The base body and the projections of the at least one fixing device are preferably produced using the same additive manufacturing process and are in particular made of the same material. However, it is also conceivable that the base body is not or will not be produced using an additive manufacturing process, for example the base body can be a metal plate, such as sheet metal. Furthermore, the base body can be designed to be essentially planar, in particular on a cooling side of the base body. The expression “substantially” is intended to express here that the base body can have unevenness on the cooling side of the base body due to production technology. Preferably, the im on the cooling side Substantially planar basic body on the cooling side essentially no flow channels, in particular no flow channels. On a membrane side opposite the cooling side, the base body has in particular the at least one fixing device and also preferably flow channels. Such a semi-finished bipolar plate can advantageously be produced particularly easily, quickly and inexpensively using an additive manufacturing process. Furthermore, the base body or the semi-finished bipolar plate can thus be made particularly thin.
Das Anordnen der zumindest einen Fixiervorrichtung mit der Vielzahl an Vorsprüngen an die wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers ist insbesondere ein stoffschlüssiges Anordnen. Das stoffschlüssige Anordnen der zumindest einen Fixiervorrichtung mit der Vielzahl an Vorsprüngen kann mit dem wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere einem pulverbasierten Fertigungsverfahren, wie bspw. (selektivem) Laser- Strahlschmelzen, besonders vorteilhaft erfolgen. The arrangement of the at least one fixing device with the multiplicity of projections on the at least one plate side of the base body is in particular an arrangement with a material connection. The cohesive arrangement of the at least one fixing device with the multiplicity of projections can be carried out particularly advantageously using the at least one additive manufacturing method, in particular a powder-based manufacturing method, such as (selective) laser beam melting.
Vorzugsweise ist an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Plattenseiten, insbesondere an einer Membranseite und einer Kühlseite, des Grundkörpers jeweils zumindest eine Fixiervorrichtung mit einer Vielzahl an Vorsprüngen zur Fixierung jeweils einer Dichtung angeordnet, wobei die jeweiligen Vorsprünge jeweils mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt sind. Somit ist vorteilhafterweise auf beiden Seiten des Grundkörpers jeweils eine Fixiervorrichtung zum Fixieren jeweils einer Dichtung angeordnet und die Abdichtung der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels kann besonders vorteilhaft sein. Insbesondere kann eine weitere Fixiervorrichtung und die Vielzahl an Vorsprüngen der einen weiten Fixiervorrichtung insbesondere die gleichen Eigenschaften aufweisen, welche bereits zu der zumindest einen Fixiervorrichtung bzw. der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung erläutert worden sind bzw. im Nachfolgenden erläutert werden. At least one fixing device with a large number of projections for fixing a seal is preferably arranged on at least two opposite plate sides, in particular on a diaphragm side and a cooling side, of the base body, with the respective projections each being produced by means of at least one additive manufacturing process. A fixing device for fixing a respective seal is thus advantageously arranged on both sides of the base body, and the sealing of the fuel cell or the fuel cell stack can be particularly advantageous. In particular, a further fixing device and the multiplicity of projections of the one wide fixing device can in particular have the same properties which have already been explained for the at least one fixing device or the multiplicity of projections of the at least one fixing device or are explained below.
Ein additives Fertigungsverfahren ist insbesondere ein Verfahren, bei welchem ein Körper durch Zusammenfügen elementarer Volumenelemente geformt bzw. erzeugt wird. Bspw. können beim (selektiven) Laser- Strahlschmelzen als additives Fertigungsverfahren Metallpartikel als elementare Volumenelemente durch Verschmelzen mittels eines Laserstrahls zu einem Körper, wie einem Vorsprung, einem Grundkörper oder einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug, geformt werden. An additive manufacturing method is in particular a method in which a body is formed or produced by joining together elementary volume elements. For example, with (selective) laser beam melting as an additive manufacturing process, metal particles can be used as elementary volume elements be formed by fusing by means of a laser beam to form a body, such as a projection, a base body or a semi-finished bipolar plate according to the invention.
Die jeweils mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren erzeugten Vorsprünge der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtungen können insbesondere derart erzeugt sein bzw. werden, dass die Oberflächenrauigkeit der Vorsprünge in einem Bereich zwischen 5 und 100 pm liegt. Somit kann eine Haftreibung zwischen den Vorsprüngen und der Dichtung besonders groß sein und die Dichtung kann besonders vorteilhaft fixiert sein. The protrusions of the plurality of protrusions of the at least one fixing device produced by means of the at least one additive manufacturing method can be produced in particular in such a way that the surface roughness of the protrusions is in a range between 5 and 100 μm. Thus, static friction between the projections and the seal can be particularly large and the seal can be fixed in a particularly advantageous manner.
Die Vorsprünge der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung sind insbesondere elektrisch leitfähig. Die elektrisch leitfähigen Vorsprünge können bspw. ein Metall aufweisen, insbesondere aus einem Metall sein. Weiter erstrecken sich die Vorsprünge der zumindest einen Fixiervorrichtung jeweils insbesondere ausgehend von der zumindest einen Plattenseite des Grundkörpers in eine Erstreckungsrichtung weg von dem Grundkörper. Die Erstreckungsrichtung ist vorzugsweise eine Richtung im Wesentlichen senkrecht, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Plattenseite. Weiter können die Vorsprünge jeweils insbesondere eine Höhe aufweisen, die sich aus einer einzigen Lage elementarer Volumenelemente ergibt. Somit kann die Vielzahl an Vorsprüngen zur Fixierung der Dichtung besonders schnell mittels dem wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt bzw. hergestellt werden. Die Vorsprünge können bevorzugterweise jeweils eine Höhe zwischen 10 und 500 pm aufweisen. Bspw. können Metallpartikel als elementare Volumenelemente eines pulverbasierten additiven Fertigungsverfahrens eine (mittlere) Korngröße von ungefähr 20 pm, insbesondere von ungefähr 10 bis 15 pm, aufweisen. Als Höhe eines Vorsprungs ist insbesondere die Erstreckung des Vorsprungs ausgehend von der zumindest einen Plattenseite des Grundkörpers in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Plattenseite weg von dem Grundkörper zu verstehen. Ferner können die Vorsprünge jeweils insbesondere eine Länge und/oder Breite zwischen 100 und 2000 pm aufweisen. Vorzugsweise weisen alle Vorsprünge der zumindest einen Fixiervorrichtung im Wesentlichen die gleiche Höhe und/oder Länge und/oder Breite, insbesondere die gleiche Höhe und/oder Länge und/oder Breite, auf. The projections of the plurality of projections of the at least one fixing device are, in particular, electrically conductive. The electrically conductive projections can, for example, have a metal, in particular be made of a metal. Furthermore, the projections of the at least one fixing device each extend in particular starting from the at least one plate side of the base body in a direction of extension away from the base body. The direction of extent is preferably a direction essentially perpendicular, in particular perpendicular, to the at least one side of the plate. Furthermore, the projections can each have a height that results from a single layer of elementary volume elements. The multiplicity of projections for fixing the seal can thus be produced or manufactured particularly quickly by means of the at least one additive manufacturing method. The projections can preferably each have a height of between 10 and 500 μm. For example, metal particles as elementary volume elements of a powder-based additive manufacturing method can have a (mean) particle size of approximately 20 μm, in particular approximately 10 to 15 μm. The height of a projection is to be understood in particular as the extension of the projection starting from the at least one plate side of the base body in a direction essentially perpendicular, in particular perpendicular, to the at least one plate side away from the base body. Furthermore, the projections can each have a length and/or width of between 100 and 2000 μm. All projections of the at least one fixing device preferably have an Substantially the same height and/or length and/or width, in particular the same height and/or length and/or width.
Weiter weisen insbesondere benachbarte Vorsprünge der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung jeweils den gleichen Abstand zueinander auf. Der Abstand zweier benachbarter Vorsprünge ist insbesondere kleiner als 10 mm. Somit kann eine ausreichende Fixierung einer Dichtung gewährleistet werden. Es ist auch denkbar, dass zumindest ein Teil benachbarter Vorsprünge der Vielzahl an Vorsprüngen sich jeweils kontaktieren, d. h. einen gemeinsamen Vorsprung ausbilden. Insbesondere können sich alle Vorsprünge der Vielzahl an Vorsprüngen kontaktieren und einen einzigen, kontinuierlichen Vorsprung bilden. Weiter ist auch denkbar, dass ein jeweiliger Abstand benachbarter Vorsprünge zumindest eines ersten Teils der Vielzahl an Vorsprüngen und ein jeweiliger Abstand benachbarter Vorsprünge zumindest eines zweiten Teils der Vielzahl an Vorsprüngen unterschiedlich ist. Bspw. kann insbesondere an kritischen Dichtungsstellen der Abstand benachbarter Vorsprünge geringer sein als an unkritischen Dichtungsstellen. Furthermore, in particular adjacent projections of the plurality of projections of the at least one fixing device are each at the same distance from one another. The distance between two adjacent projections is in particular less than 10 mm. Adequate fixation of a seal can thus be ensured. It is also conceivable that at least a part of adjacent projections of the plurality of projections contact each other, i. H. build a common lead. In particular, all of the protrusions of the plurality of protrusions can contact each other and form a single, continuous protrusion. Furthermore, it is also conceivable that a respective distance between adjacent projections of at least a first part of the plurality of projections and a respective distance between adjacent projections of at least a second part of the plurality of projections is different. For example, the distance between adjacent projections can be smaller, particularly at critical sealing points, than at non-critical sealing points.
Vorteilhafterweise kann die Vielzahl an durch wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugten Vorsprüngen eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs die Dichtung besonders vorteilhaft fixieren. Die durch das additive Fertigungsverfahren erzeugten Vorsprünge können eine besonders vorteilhafte Rauigkeit aufweisen und ferner können besonders vorteilhaft geformte Vorsprünge, bspw. Vorsprünge mit Hinterschnitten, besonders einfach erzeugt werden. Somit kann ein ungewolltes Ausströmen eines Fluids aus dem Brennstoffzellenstapel und/oder ein ungewolltes Vermischen der Fluide untereinander verhindert werden. Weiter kann eine langzeitige Abdichtung sichergestellt werden. Somit kann eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel besonders vorteilhaft betrieben werden. Ferner kann das Bipolarplattenhalbzeug bzw. können die Vorsprünge besonders einfach, kostengünstig und schnell erzeugt werden. Advantageously, the large number of projections of a bipolar plate semi-finished product according to the invention produced by at least one additive manufacturing method can fix the seal in a particularly advantageous manner. The projections produced by the additive manufacturing method can have a particularly advantageous roughness and, furthermore, particularly advantageously shaped projections, for example projections with undercuts, can be produced in a particularly simple manner. It is thus possible to prevent a fluid from escaping unintentionally from the fuel cell stack and/or to prevent the fluids from mixing with one another. Furthermore, long-term sealing can be ensured. A fuel cell or a fuel cell stack can thus be operated particularly advantageously. Furthermore, the semi-finished bipolar plate or the projections can be produced particularly easily, inexpensively and quickly.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug die Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung zumindest einen Funktionsbereich der wenigstens einen Plattenseite des Grundkörpers zum Bilden einer Dichtungsstruktur zumindest teilweise, insbesondere zum Bilden einer geschlossenen Dichtungsstruktur komplett, umlaufen. Vorzugsweise umläuft die Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung den zumindest einen Funktionsbereich linienförmig, wobei insbesondere die Vorsprünge beabstandet zueinander angeordnet sind. Somit kann ein ungewolltes Ausströmen eines Fluids aus dem Brennstoffzellenstapel und/oder ein ungewolltes Vermischen der Fluide untereinander besonders vorteilhaft verhindert werden. Der Funktionsbereich kann insbesondere ein aktiver Bereich und/oder ein inaktiver Bereich und/oder eine Sammelöffnung und/oder ein Randbereich des Bipolarplattenhalbzeugs bzw. der Brennstoffzelle sein. Der aktive Bereich des Bipolarplattenhalbzeugs ist insbesondere der Bereich, in welchem eine chemische Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel stattfindet. Der inaktive Bereich des Bipolarplattenhalbzeugs ist insbesondere der Bereich, in welchem mittels Strömungskanälen ein Fluid zwischen einer Sammelöffnung und einem aktiven Bereich geführt wird. Das Bipolarplattenhalbzeug weist insbesondere in dem aktiven Bereich und/oder dem inaktiven Bereich Strömungskanäle auf. Der Randbereich des Bipolarplattenhalbzeugs ist insbesondere der äußere Rand des plattenförmigen Grundkörpers des Bipolarplattenhalbzeugs. It can be advantageous if, in the case of a semi-finished bipolar plate according to the invention, the plurality of projections of the at least one fixing device protrudes at least one functional region of the at least one Plate side of the base body to form a sealing structure at least partially, in particular completely to form a closed sealing structure, circulate. The multiplicity of projections of the at least one fixing device preferably runs around the at least one functional area in a linear manner, with the projections in particular being arranged at a distance from one another. In this way, an unintentional outflow of a fluid from the fuel cell stack and/or an unintentional mixing of the fluids with one another can be prevented in a particularly advantageous manner. The functional area can in particular be an active area and/or an inactive area and/or a collecting opening and/or an edge area of the semi-finished bipolar plate product or the fuel cell. The active area of the semi-finished bipolar plate is in particular the area in which a chemical reaction of a fuel with an oxidizing agent takes place. The inactive area of the semi-finished bipolar plate is in particular the area in which a fluid is guided between a collection opening and an active area by means of flow channels. The semi-finished bipolar plate has flow channels in particular in the active area and/or the inactive area. The edge area of the semi-finished bipolar plate is in particular the outer edge of the plate-shaped base body of the semi-finished bipolar plate.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug an der wenigstens einen Plattenseite des Grundkörpers zumindest eine weitere Fixiervorrichtung mit einer Vielzahl an Vorsprüngen zur Fixierung der Dichtung angeordnet sein, wobei die Vorsprünge der beiden Fixiervorrichtungen zueinander beabstandet, insbesondere parallel zueinander beabstandet, angeordnet sind. Mit anderen Worten wird die Dichtung durch beide Fixiervorrichtungen fixiert. Somit kann eine besonders vorteilhafte langzeitige Abdichtung einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenstapels gewährleistet werden. Die zueinander beabstandeten Vorsprünge der beiden Fixiervorrichtungen können einen Zwischenraum ausbilden, wobei in dem Zwischenraum die Dichtung aufgenommen ist. Ferner können die zueinander beabstandeten Vorsprünge der beiden Fixiervorrichtungen insbesondere versetzt zueinander beabstandet angeordnet sein. Die versetzt zueinander angeordneten Vorsprünge können bspw. eine Zick-Zack-Struktur ausbilden. Somit kann die Anzahl an Vorsprüngen geringgehalten und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Fixierung der Dichtung erreicht werden. Advantageously, in a semi-finished bipolar plate according to the invention, at least one further fixing device with a large number of projections for fixing the seal can be arranged on the at least one plate side of the base body, the projections of the two fixing devices being spaced apart from one another, in particular spaced parallel to one another. In other words, the seal is fixed by both fixing devices. A particularly advantageous long-term sealing of a fuel cell or a fuel cell stack can thus be ensured. The mutually spaced projections of the two fixing devices can form an intermediate space, with the seal being accommodated in the intermediate space. Furthermore, the mutually spaced-apart projections of the two fixing devices can in particular be offset and spaced apart from one another. The offset projections can form a zigzag structure, for example. So she can Number of projections kept low and at the same time a particularly advantageous fixation of the seal can be achieved.
Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug zumindest ein Teil der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung jeweils zumindest einen Hinterschnitt aufweisen. Der zumindest eine Hinterschnitt des zumindest einen Teils der Vielzahl an Vorsprüngen kann mit dem additiven Fertigungsverfahren besonders einfach hergestellt werden. Weiter kann der zumindest eine Teil der Vielzahl an Vorsprüngen mit dem zumindest einen Hinterschnitt und die Dichtung mittels dem Hinterschnitt insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sein. Mit anderen Worten ist der zumindest eine Teil der Vielzahl an Vorsprüngen mit dem zumindest einem Hinterschnitt derart ausgebildet, dass die fixierte Dichtung ausgehend von der Plattenseite des Grundkörpers in eine Richtung weg von dem Grundkörper fixiert ist, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig fixiert ist. Vorzugsweise ist die Dichtung des Bipolarplattenhalbzeugs bzw. der Brennstoffzelle komplementär zu der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung ausgebildet. Die Dichtung dient insbesondere dazu, ein ungewolltes Übergehen eines Fluids von einer Druckseite der Dichtung zu einer anderen Druckseite zu verhindern bzw. zu begrenzen. Vorzugsweise ist der zumindest eine Hinterschnitt des jeweiligen Vorsprungs der Druckseite zugewandt, auf welcher der Druck größer ist. Somit kann das Fixieren der Dichtung besonders vorteilhaft gewährleistet werden. With particular advantage, in a semi-finished bipolar plate product according to the invention, at least some of the plurality of projections of the at least one fixing device can each have at least one undercut. The at least one undercut of the at least one part of the multiplicity of projections can be produced particularly easily using the additive manufacturing method. Furthermore, the at least one part of the multiplicity of projections can be connected to the at least one undercut and the seal can be connected by means of the undercut, in particular in a form-fitting and/or force-fitting manner. In other words, the at least one part of the plurality of projections with the at least one undercut is designed in such a way that the fixed seal is fixed starting from the plate side of the base body in a direction away from the base body, in particular is fixed in a positive and/or non-positive manner. The seal of the semi-finished bipolar plate or of the fuel cell is preferably designed to complement the plurality of projections of the at least one fixing device. The seal serves in particular to prevent or limit an unintentional transfer of a fluid from one pressure side of the seal to another pressure side. The at least one undercut of the respective projection preferably faces the pressure side on which the pressure is greater. The fixing of the seal can thus be ensured in a particularly advantageous manner.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug zumindest ein erster Teil der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung in einem Vertikalschnitt eine erste Schnittform aufweisen und ein zweiter Teil der Vielzahl an Vorsprüngen in einem Vertikalschnitt eine von der ersten Schnittform unterschiedliche zweite Schnittform aufweisen. Mit anderen Worten kann die Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung unterschiedlich ausgebildete Vorsprünge aufweisen. Bspw. kann an einer kritischen Dichtungsstelle der zumindest eine erste Teil der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung in einem Vertikalschnitt eine T-Form aufweisen und an einer unkritischen Dichtungsstelle der zumindest eine zweite Teil der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung in einem Vertikalschnitt eine Rechtecks- Form aufweisen. Somit kann die Fixierung der Dichtung besonders vorteilhaft sein, die Abdichtung besonders langzeitig und ferner eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel besonders vorteilhaft betrieben werden. Es ist auch denkbar, dass die Vorsprünge alternierend zumindest eine erste Vorsprungsform und eine zweite Vorsprungsform aufweisen. According to a further preferred embodiment, in a semi-finished bipolar plate according to the invention, at least a first part of the plurality of projections of the at least one fixing device can have a first sectional shape in a vertical section and a second part of the plurality of projections can have a second sectional shape in a vertical section that differs from the first sectional shape. In other words, the multiplicity of projections of the at least one fixing device can have differently configured projections. For example, the at least one first part of the plurality of projections of the at least one fixing device can have a T-shape in a vertical section at a critical sealing point and the at least one second part of the A plurality of projections of the at least one fixing device have a rectangular shape in a vertical section. Thus, the fixation of the seal can be particularly advantageous, the seal can be particularly long-term and, furthermore, a fuel cell or a fuel cell stack can be operated particularly advantageously. It is also conceivable that the projections alternately have at least a first projection shape and a second projection shape.
Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug zumindest ein Teil der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung in einem Vertikalschnitt als Schnittform zumindest eine Dreiecksform und/oder eine Kreissegmentsform, insbesondere eine Halbkreisflächenform, und/oder eine Rechtecksform und/oder eine L-Form und/oder eine T-Form aufweisen. Ein Vorsprung mit einer Dreiecksform kann mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren besonders schnell und materialsparend erzeugt bzw. hergestellt werden. Die Dreiecksform ist vorzugsweise eine gleichschenklige-spitzwinklige Dreiecksform. Der zumindest eine Teil der Vielzahl an Vorsprüngen, welcher in einem Vertikalschnitt als Schnittform die gleichschenklige-spitzwinklige Dreiecksform aufweist, ist insbesondere nadelkissenförmig ausgebildet. Ein Vorsprung mit einer Kreissegmentsform, insbesondere eine Halbkreisflächenform, kann eine besonders vorteilhafte Abdichtung erzeugen. Ferner kann ein Vorsprung mit einer L-Form, insbesondere einer umgedrehten L-Form, eine Dichtung besonders vorteilhaft mittels dem einen Hinterschnitt fixieren. Ein Vorsprung mit einer T-Form kann eine Dichtung besonders vorteilhaft mittels den beiden sich gegenüberliegenden Hinterschnitten fixieren. Advantageously, in a semi-finished bipolar plate according to the invention, at least some of the plurality of projections of the at least one fixing device in a vertical section can have at least a triangular shape and/or a circular segment shape, in particular a semicircular surface shape, and/or a rectangular shape and/or an L-shape and/or have a T-shape. A projection with a triangular shape can be produced or manufactured particularly quickly and in a material-saving manner by means of the at least one additive manufacturing method. The triangle shape is preferably an isosceles acute triangle shape. The at least one part of the plurality of projections, which has the isosceles acute-angled triangular shape as a sectional shape in a vertical section, is in particular designed in the shape of a pincushion. A projection with the shape of a segment of a circle, in particular a semicircular surface shape, can create a particularly advantageous seal. Furthermore, a projection with an L-shape, in particular an inverted L-shape, can particularly advantageously fix a seal by means of the one undercut. A projection with a T-shape can particularly advantageously fix a seal by means of the two opposite undercuts.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeug das wenigstens eine additive Fertigungsverfahren ein pulverbasiertes additives Fertigungsverfahren ist, insbesondere, dass das additive Fertigungsverfahren ein (selektives) Laser- Strahlschmelzen und/oder ein Elektronen-Strahlschmelzen und/oder ein Binder Jetting ist. Vorsprünge können mittels Binder Jetting besonders günstig erzeugt werden. Ferner können Vorsprünge mittels Elektronen-Strahlschmelzen besonders schnell und mit einer besonders hohen Oberflächenrauigkeit erzeugt werden. Vorsprünge können mittels (selektivem) Laser- Strahlschmelzen besonders genau erzeugt werden. It can be advantageous if, in the case of a semi-finished bipolar plate according to the invention, the at least one additive manufacturing process is a powder-based additive manufacturing process, in particular if the additive manufacturing process is (selective) laser beam melting and/or electron beam melting and/or binder jetting. Projections can be produced particularly cheaply by means of binder jetting. Furthermore, projections using electron beam melting can be particularly fast and with a particularly high surface roughness. Projections can be produced particularly precisely by means of (selective) laser beam melting.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Bipolarplatte ein erstes erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug und ein an das erste Bipolarplattenhalbzeug angeordnetes zweites Bipolarplattenhalbzeug aufweist, oder wobei die Bipolarplatte ein erstes erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug und ein an das erste Bipolarplattenhalbzeug angeordnetes zweites erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug aufweist. According to a second aspect, the present invention shows a bipolar plate for a fuel cell of a fuel cell stack, wherein the bipolar plate has a first semi-finished bipolar plate according to the invention and a second semi-finished bipolar plate arranged on the first semi-finished bipolar plate, or the bipolar plate has a first semi-finished bipolar plate according to the invention and a second semi-finished product arranged on the first semi-finished bipolar plate inventive bipolar plate semi-finished product.
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte ist insbesondere für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges. The bipolar plate according to the invention is in particular for a fuel cell of a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle.
Die Bipolarplatte gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Bipolarplattenhalbzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. The bipolar plate according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the semi-finished bipolar plate according to the first aspect of the invention.
Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle, insbesondere in zumindest einem aktiven Bereich der Brennstoffzelle, eine Membran, zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine Seite der Membran angeordnete Katalysatorschichten, zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine der Katalysatorschichten angeordnete Gasdiffusionslagen, ein erstes Bipolarplattenhalbzeug und ein zweites Bipolarplattenhalbzeug aufweist, wobei das erste und das zweite Bipolarplattenhalbzeug die Brennstoffzelle beidseitig begrenzen, wobei zumindest ein Bipolarplattenhalbzeug ein erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug ist. According to a third aspect, the present invention shows a fuel cell of a fuel cell stack, wherein the fuel cell, in particular in at least one active region of the fuel cell, has a membrane, two opposite catalyst layers each arranged on one side of the membrane, two opposite catalyst layers each arranged on one of the catalyst layers Has gas diffusion layers, a first semi-finished bipolar plate and a second semi-finished bipolar plate, the first and the second semi-finished bipolar plate delimiting the fuel cell on both sides, at least one semi-finished bipolar plate being a semi-finished bipolar plate according to the invention.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Bipolarplattenhalbzeug jeweils ein erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug. Preferably, the first and the second semi-finished bipolar plate are each a semi-finished bipolar plate according to the invention.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzelle ist vorzugsweise für einen Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges. Ein Brennstoffzellenstapel weist insbesondere eine Vielzahl an übereinander angeordneten erfindungsgemäßen Brennstoffzellen auf. The fuel cell according to the invention is preferably for a fuel cell stack of a fuel cell system of a motor vehicle. A fuel cell stack has, in particular, a multiplicity of fuel cells according to the invention arranged one above the other.
Die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Bipolarplattenhalbzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. The fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the semi-finished bipolar plate according to the first aspect of the invention or the bipolar plate according to the second aspect of the invention.
Gemäß einem vierten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: According to a fourth aspect, the present invention shows a method for producing a semi-finished bipolar plate according to the invention, the method having at least the following steps:
- Bereitstellen eines plattenförmigen Grundkörpers, - Providing a plate-shaped base body,
- Anordnen einer Vielzahl an Vorsprüngen zumindest einer Fixiervorrichtung an wenigstens eine Plattenseite des bereitgestellten Grundkörpers mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren, oder wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: - Arranging a large number of projections of at least one fixing device on at least one side of the plate of the base body provided by means of at least one additive manufacturing method, or the method having at least the following steps:
- Herstellen eines plattenförmigen Grundkörpers und Anordnen einer Vielzahl an Vorsprüngen zumindest einer Fixiervorrichtung an wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren. - Producing a plate-shaped base body and arranging a plurality of projections of at least one fixing device on at least one side of the plate of the base body by means of at least one additive manufacturing process.
Vorteilhafterweise kann insbesondere auch ein Grundkörper, welcher nicht mit einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt worden ist, die mit wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugten Vorsprünge aufweisen. In dieser Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere in einem ersten Schritt ein plattenförmiger Grundkörper, bspw. eine Metallplatte, wie ein (ebenes) Blech, bereitgestellt. Dieser plattenförmige Grundkörper kann vorzugsweise vor und/oder nach und/oder (zusammen) mit dem Anordnen der Vielzahl an Vorsprüngen an die wenigstens eine Plattenseite des bereitgestellten Grundkörpers derart bearbeitet werden, dass der Grundkörper bspw. In particular, a base body which has not been produced using an additive manufacturing method can also advantageously have the projections produced using at least one additive manufacturing method. In this embodiment of the method, a plate-shaped base body, for example a metal plate, such as a (flat) sheet metal, is provided in a first step. This plate-shaped base body can preferably be processed before and/or after and/or (together) with the arrangement of the large number of projections on the at least one plate side of the base body provided in such a way that the base body, for example
Strömungskanäle, Sammelöffnungen, usw. aufweist. Bspw. kann das Bearbeiten ein Umformen, insbesondere ein Prägen, und/oder ein Trennen, insbesondere ein Stanzen, und/oder ein Anordnen bzw. Ausbilden mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren sein. In einem weiteren (darauffolgenden) Schritt wird die Vielzahl an Vorsprüngen an die wenigstens eine Plattenseite des bereitgestellten Grundkörpers mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren angeordnet. Das Anordnen der Vielzahl an Vorsprüngen ist insbesondere ein stoffschlüssiges Anordnen. Flow channels, collection ports, etc. has. For example, the processing can be reshaping, in particular embossing, and/or separating, in particular stamping, and/or arranging or forming using at least one be additive manufacturing processes. In a further (subsequent) step, the multiplicity of projections are arranged on the at least one plate side of the base body provided by means of the at least one additive manufacturing method. The arrangement of the multiplicity of projections is in particular an arrangement with a material connection.
Bevorzugterweise wird das Bipolarplattenhalbzeug bzw. der Grundkörper und die Vielzahl an Vorsprüngen mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt. In dieser weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Herstellen des Grundkörpers, insbesondere des Grundkörpers mit bspw. Strömungskanäle, Sammelöffnungen, usw., und das Anordnen bzw. Herstellen der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung an die wenigstens eine Plattenseite gemeinsam. Mit anderen Worten werden das Bipolarplattenhalbzeug bzw. der Grundkörper mit der Vielzahl an Vorsprüngen in einem Vorgang/Schritt hergestellt. Somit kann das Bipolarplattenhalbzeug besonders einfach, schnell und kostengünstig erzeugt werden. The semi-finished bipolar plate or the base body and the multiplicity of projections are preferably produced by means of at least one additive manufacturing process. In this further embodiment of the method, the production of the base body, in particular the base body with e.g. In other words, the semi-finished bipolar plate or the base body with the multiplicity of projections is produced in one process/step. The semi-finished bipolar plate can thus be produced in a particularly simple, quick and cost-effective manner.
Vorteilhafterweise kann ein erfindungsgemäßes Verfahren als einen weiteren Schritt das Anordnen von Strömungskanälen an wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers, insbesondere an wenigstens eine Plattenseite eines (ebenen) Bleches, zum Führen von zumindest einem Fluid mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren aufweisen. Somit kann das Bipolarplattenhalbzeug besonders einfach, schnell und kostengünstig erzeugt werden. Das Anordnen bzw. Ausbilden von Strömungskanälen an die wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers, insbesondere an die wenigstens eine Plattenseite des (ebenen) Bleches, mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren kann insbesondere in einem gemeinsamen Vorgang/Schritt mit dem Anordnen der Vielzahl an Vorsprüngen der zumindest einen Fixiervorrichtung an die wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers mittels dem wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erfolgen. Vorzugsweise wird für das Anordnen der Vielzahl an Vorsprüngen und für das Anordnen der Strömungskanäle insbesondere das gleiche additive Fertigungsverfahren angewendet. Somit kann das Bipolarplattenhalbzeug besonders schnell und kostengünstig erzeugt werden. Das Anordnen von Strömungskanälen an die wenigstens eine Plattenseite des Grundkörpers ist insbesondere ein stoffschlüssiges Anordnen. Das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Bipolarplattenhalbzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. der Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Advantageously, a method according to the invention can have as a further step the arrangement of flow channels on at least one plate side of the base body, in particular on at least one plate side of a (flat) metal sheet, for guiding at least one fluid by means of at least one additive manufacturing method. The semi-finished bipolar plate can thus be produced in a particularly simple, quick and cost-effective manner. The arrangement or formation of flow channels on the at least one plate side of the base body, in particular on the at least one plate side of the (flat) metal sheet, by means of the at least one additive manufacturing method can be carried out in particular in a joint process/step with the arrangement of the multiplicity of projections of the at least a fixing device to the at least one plate side of the base body by means of the at least one additive manufacturing process. In particular, the same additive manufacturing method is preferably used for arranging the multiplicity of projections and for arranging the flow channels. Thus, the semi-finished bipolar plate can be produced particularly quickly and inexpensively. The arrangement of flow channels on the at least one plate side of the base body is in particular a cohesive arrangement. The method according to the fourth aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the semi-finished bipolar plate according to the first aspect of the invention or the bipolar plate according to the second aspect of the invention or the fuel cell according to the third aspect of the invention.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Further measures improving the invention result from the following description of some exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both on their own and in various combinations. It should be noted that the figures are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way.
Es zeigen schematisch: They show schematically:
Fig. 1 in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, 1 in a plan view an embodiment of a bipolar plate semi-finished product according to the invention,
Fig. 2 in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, 2 in a plan view another embodiment of a bipolar plate semi-finished product according to the invention,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, 3 shows a detail of a vertical section of a further embodiment of a semi-finished bipolar plate according to the invention,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, 4 shows a detail of a vertical section of a further embodiment of a semi-finished bipolar plate according to the invention,
Fig. 5 in einem Vertikalschnitt fünf erfindungsgemäße Vorsprünge, 5 in a vertical section five projections according to the invention,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs, Fig. 7 in einem Vertikalschnitt einer Explosionszeichnung einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte, 6 shows a further embodiment of a semi-finished bipolar plate according to the invention, 7 shows a section of an embodiment of a bipolar plate according to the invention in a vertical section of an exploded drawing,
Fig. 8 in einer Schnittansicht einer Explosionszeichnung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, 8 shows an embodiment of a fuel cell according to the invention in a sectional view of an exploded drawing,
Fig. 9 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 9 shows an embodiment of a method according to the invention, and
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 10 shows a further embodiment of a method according to the invention.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet. In the following figures, identical reference symbols are used for the same technical features, also from different exemplary embodiments.
Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs la. Das Bipolarplattenhalbzeug la umfasst einen plattenförmigen Grundkörper 10, wobei an einer Plattenseite 11 des Grundkörpers 10 eine Fixiervorrichtung 21 mit sechs Vorsprüngen 23, insbesondere in einem Randbereich des Bipolarplattenhalbzeugs la, wobei der Randbereich ein äußerer Rand des plattenförmigen Grundkörpers 10 ist, angeordnet ist. Die sechs Vorsprünge 23 sind jeweils mittels einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt worden, sodass eine Dichtung besonders vorteilhaft fixiert wird. FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention. The semi-finished bipolar plate la comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 having six projections 23 being arranged on a plate side 11 of the base body 10, in particular in an edge area of the semi-finished bipolar plate la, the edge area being an outer edge of the plate-shaped base body 10. The six projections 23 have each been produced using an additive manufacturing process, so that a seal is particularly advantageously fixed.
Figur 2 zeigt in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs la. Das Bipolarplattenhalbzeug la umfasst einen plattenförmigen Grundkörper 10, wobei an einer Plattenseite 11 des Grundkörpers 10 eine Fixiervorrichtung 21 mit einer Vielzahl an Vorsprüngen 23 angeordnet ist. Die Vielzahl an Vorsprüngen 23 wird durch die punktierten Linien dargestellt. Die Vielzahl an Vorsprüngen 23 der zumindest einen Fixiervorrichtung umlaufen linienförmig komplett die Ports 31, 32, 33 und 34 als Funktionsbereiche und ferner ebenfalls einen Randbereich des Bipolarplattenhalbzeugs la als einen weiteren Funktionsbereich. Somit kann ein ungewolltes Ausströmen eines Fluids aus einem der Ports 31, 32, 33 und/oder 34 sowie ein ungewolltes Ausströmen eines Fluids aus einem aktiven Bereich 35 des Bipolarplattenhalbzeugs la besonders vorteilhaft verhindert werden. Die Linien im aktiven Bereich 35 stellen insbesondere schematisch Strömungskanäle zum Führen eines Fluids dar. FIG. 2 shows a top view of a further embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention. The semi-finished bipolar plate la comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 having a plurality of projections 23 being arranged on a plate side 11 of the base body 10. The plurality of projections 23 are represented by the dotted lines. The plurality of projections 23 of the at least one fixing device linearly completely surround the ports 31, 32, 33 and 34 as functional areas and also an edge area of the semi-finished bipolar plate la as a further functional area. Thus, an unwanted outflow of a fluid from one of the ports 31, 32, 33 and / or 34 and an unintentional outflow of a fluid from an active region 35 of the semi-finished bipolar plate la can be prevented in a particularly advantageous manner. The lines in the active region 35 represent flow channels for guiding a fluid, in particular schematically.
Figur 3 und Figur 4 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts (vgl. Schnittachse A-A in Figur 2) einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs la. In Figur 3 ist ein Vorsprung 23 einer Fixiervorrichtung 21, wobei der Vorsprung 23 an eine Plattenseite 11 eines plattenförmigen Grundkörpers 10 des Bipolarplattenhalbzeugs la angeordnet ist, dargestellt. Der Vorsprung 23 weist einen Hinterschnitt auf, wobei der Hinterschnitt dem aktiven Bereich 35 zugewandt ist. Dadurch dass der Hinterschnitt des Vorsprungs 23 der Druckseite zugewandt ist, auf welcher der Druck größer ist, kann das Fixieren einer zu dem Vorsprung 23 komplementär ausgebildeten Dichtung 110 besonders vorteilhaft gewährleistet werden. In Figur 4 ist zusätzlich zu Figur 3 eine weitere Fixiervorrichtung 22 mit einem Vorsprung 24 zur Fixierung der Dichtung 110 angeordnet. Die in Figur 4 dargestellten Vorsprünge 23 und 24 sind zueinander beabstandet angeordnet. FIG. 3 and FIG. 4 each show a detail of a vertical section (cf. section axis A-A in FIG. 2) of a further embodiment of a bipolar plate semi-finished product la according to the invention. FIG. 3 shows a projection 23 of a fixing device 21, the projection 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the semi-finished bipolar plate product la. The projection 23 has an undercut, the undercut facing the active region 35 . Due to the fact that the undercut of the projection 23 faces the pressure side on which the pressure is greater, the fixing of a seal 110 designed to complement the projection 23 can be ensured in a particularly advantageous manner. In addition to FIG. 3, a further fixing device 22 with a projection 24 for fixing the seal 110 is arranged in FIG. The projections 23 and 24 shown in FIG. 4 are arranged at a distance from one another.
Figur 5 zeigt jeweils in einem Vertikalschnitt fünf erfindungsgemäße Vorsprünge 23 einer Fixiervorrichtung 21, wobei der jeweilige Vorsprung 23 an eine Plattenseite 11 eines plattenförmigen Grundkörpers 10 des Bipolarplattenhalbzeugs la angeordnet ist. Die erste dargestellte Schnittform (von links) ist eine Dreiecksform, die zweite Schnittform ist eine Halbkreisflächenform, die dritte Schnittform ist eine Rechtecksform, die vierte Schnittform ist eine L-Form, insbesondere eine umgedrehte L-Form, und die fünfte Schnittform ist eine T-Form. FIG. 5 shows in a vertical section five projections 23 according to the invention of a fixing device 21, the respective projection 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the semi-finished bipolar plate la. The first sectional shape shown (from the left) is a triangle shape, the second sectional shape is a semi-circular area shape, the third sectional shape is a rectangular shape, the fourth sectional shape is an L-shape, specifically an inverted L-shape, and the fifth sectional shape is a T- Shape.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bipolarplattenhalbzeugs la. In Figur 6 sind vier Vorsprünge 23 einer Vielzahl an Vorsprüngen 23 einer Fixiervorrichtung 21, wobei die vier Vorsprünge 23 an eine Plattenseite 11 eines plattenförmigen Grundkörpers 10 des Bipolarplattenhalbzeugs la angeordnet sind, dargestellt. Ein jeweiliger Abstand Dl benachbarter Vorsprünge 23 und ein jeweiliger Abstand D2 benachbarter Vorsprünge 23 ist hier unterschiedlich ist. Bspw. kann insbesondere an kritischen Dichtungsstellen der Abstand benachbarter Vorsprünge 23 geringer sein als an unkritischen Dichtungsstellen. FIG. 6 shows a further embodiment of a semi-finished bipolar plate product la according to the invention. FIG. 6 shows four projections 23 of a multiplicity of projections 23 of a fixing device 21, the four projections 23 being arranged on a plate side 11 of a plate-shaped base body 10 of the bipolar plate semi-finished product 1a. A respective distance D1 between adjacent projections 23 and a respective distance D2 between adjacent projections 23 is different here. For example, in particular at critical Sealing points, the distance between adjacent projections 23 may be less than at non-critical sealing points.
Figur 7 zeigt in einem Vertikalschnitt einer Explosionszeichnung einen Ausschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100. Die Bipolarplatte 100 weist ein erstes erfindungsgemäßes Bipolarplattenhalbzeug la und ein an das erste Bipolarplattenhalbzeug la angeordnetes zweites Bipolarplattenhalbzeug lb auf. Das erste erfindungsgemäße Bipolarplattenhalbzeug la umfasst einen plattenförmigen Grundkörper 10, wobei an einer Membranseite 11 als Plattenseite des Grundkörpers 10 und an einer Kühlseite 12 des Grundkörpers jeweils eine Fixiervorrichtung 21 bzw. 22 mit einer Vielzahl an Vorsprüngen 23 bzw. 24 zur Fixierung jeweils einer Dichtung 110 (nicht dargestellt) angeordnet ist. FIG. 7 shows a vertical section of an exploded view of a section of an embodiment of a bipolar plate 100 according to the invention. The bipolar plate 100 has a first inventive semi-finished bipolar plate la and a second semi-finished bipolar plate lb arranged on the first semi-finished bipolar plate la. The first bipolar plate semi-finished product la according to the invention comprises a plate-shaped base body 10, with a fixing device 21 or 22 each having a plurality of projections 23 or 24 for fixing a seal 110 on a membrane side 11 as the plate side of the base body 10 and on a cooling side 12 of the base body (Not shown) is arranged.
Figur 8 zeigt in einer Schnittansicht einer Explosionszeichnung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 202, insbesondere eines aktiven Bereichs der Brennstoffzelle 202, wobei die Brennstoffzelle 202 eine Membran 212, zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine Seite der Membran 212 angeordnete Katalysatorschichten 214a, 214b, zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine der Katalysatorschichten 214a, 214b angeordnete Gasdiffusionslagen 216a, 216b, ein erstes Bipolarplattenhalbzeug la und ein zweites Bipolarplattenhalbzeug lb aufweist, wobei das erste und zweite Bipolarplattenhalbzeug la, lb die Brennstoffzelle 202 beidseitig begrenzen, wobei zumindest ein Bipolarplattenhalbzeug la, lb erfindungsgemäß ausgebildet ist. Figure 8 shows a sectional view of an exploded drawing of an embodiment of a fuel cell 202 according to the invention, in particular an active region of the fuel cell 202, the fuel cell 202 having a membrane 212, two opposite catalyst layers 214a, 214b each arranged on one side of the membrane 212, two opposite gas diffusion layers 216a, 216b arranged on one of the catalyst layers 214a, 214b, a first semi-finished bipolar plate la and a second semi-finished bipolar plate lb, with the first and second semi-finished bipolar plates la, lb delimiting the fuel cell 202 on both sides, with at least one semi-finished bipolar plate la, lb being configured according to the invention .
Figur 9 und Figur 10 offenbaren jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Figur 9 umfasst als ersten Schritt ein Bereitstellen 302 des plattenförmigen Grundkörpers 10 sowie als weiteren, darauffolgenden Schritt ein Anordnen 304 der Vielzahl an Vorsprüngen 23, 24 der zumindest einen Fixiervorrichtung 21, 22 an die wenigstens eine Plattenseite 11, 12 des bereitgestellten Grundkörpers 10 mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren. Zusätzlich kann diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als weiteren Schritt das Anordnen bzw. Ausbilden 306 von Strömungskanälen an die wenigstens eine Plattenseite 11, 12 des Grundkörpers 10 mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren aufweisen. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Figur 10 umfasst als Schritte ein Herstellen 402 des plattenförmigen Grundkörpers 10 und Anordnen 404 der Vielzahl an Vorsprüngen 23, 24 der zumindest einen Fixiervorrichtung 21, 22 an die wenigstens eine Plattenseite 11, 12 des Grundkörpers 10 mittels dem wenigstens einen additiven Fertigungsverfahren. Zusätzlich kann auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als weiteren Schritt das Anordnen bzw. Ausbilden 406 von Strömungskanälen an die wenigstens eine Plattenseite 11, 12 des Grundkörpers 10 mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren aufweisen. FIG. 9 and FIG. 10 each disclose an embodiment of a method according to the invention. The embodiment of the method according to the invention according to Figure 9 comprises, as a first step, providing 302 the plate-shaped base body 10 and, as a further, subsequent step, arranging 304 the large number of projections 23, 24 of the at least one fixing device 21, 22 on the at least one plate side 11, 12 of the provided base body 10 by means of the at least one additive manufacturing process. In addition, this embodiment of the method according to the invention can, as a further step, arrange or Forming 306 flow channels on the at least one plate side 11, 12 of the base body 10 by means of at least one additive manufacturing process. The embodiment of the method according to the invention according to Figure 10 comprises the steps of producing 402 the panel-shaped base body 10 and arranging 404 the plurality of projections 23, 24 of the at least one fixing device 21, 22 on the at least one panel side 11, 12 of the base body 10 by means of the at least one additive manufacturing processes. In addition, this embodiment of the method according to the invention can also have the arrangement or formation 406 of flow channels on the at least one plate side 11, 12 of the base body 10 by means of at least one additive manufacturing method as a further step.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) für eine Bipolarplatte (100) eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) einen Grundkörper (10) umfasst, wobei der Grundkörper (10) plattenförmig ausgebildet ist und an wenigstens einer Plattenseite (11, 12) des Grundkörpers (10) zumindest eine Fixiervorrichtung (21, 22) mit einer Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) zur Fixierung einer Dichtung (110) angeordnet ist, wobei die Vorsprünge (23, 24) jeweils mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren erzeugt sind. 1. Bipolar plate semi-finished product (la, lb) for a bipolar plate (100) of a fuel cell stack, wherein the bipolar plate semi-finished product (la, lb) comprises a base body (10), the base body (10) being plate-shaped and on at least one plate side (11, 12 ) of the base body (10) at least one fixing device (21, 22) with a large number of projections (23, 24) for fixing a seal (110) is arranged, the projections (23, 24) each being produced by means of at least one additive manufacturing process .
2. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) der zumindest einen Fixiervorrichtung (21, 22) zumindest einen Funktionsbereich (31, 32, 33, 34, 35) der wenigstens einen Plattenseite (11, 12) des Grundkörpers (10) zum Bilden einer Dichtungsstruktur zumindest teilweise umlaufen. 2. Bipolar plate semi-finished product (1a, 1b) according to claim 1, characterized in that the plurality of projections (23, 24) of the at least one fixing device (21, 22) has at least one functional area (31, 32, 33, 34, 35) of the at least at least partially encircle a plate side (11, 12) of the base body (10) to form a sealing structure.
3. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der wenigstens einen Plattenseite (11, 12) des Grundkörpers (10) zumindest eine weitere Fixiervorrichtung (21, 22) mit einer Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) zur Fixierung der Dichtung (110) angeordnet ist, wobei die Vorsprünge (23, 24) der beiden Fixiervorrichtungen (21, 22) zueinander beabstandet, insbesondere parallel zueinander beabstandet, angeordnet sind. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) der zumindest einen Fixiervorrichtung (21, 22) jeweils zumindest einen Hinterschnitt (26) aufweist. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Teil der Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) der zumindest einen Fixiervorrichtung (21, 22) in einem Vertikalschnitt eine erste Schnittform aufweist und ein zweiter Teil der Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) in einem Vertikalschnitt eine von der ersten Schnittform unterschiedliche zweite Schnittform aufweisen. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) der zumindest einen Fixiervorrichtung (21, 22) in einem Vertikalschnitt zumindest eine der folgenden Schnittformen aufweist: a. eine Dreiecksform, b. eine Kreissegmentsform, insbesondere eine Halbkreisflächenform, c. eine Rechtecksform, d. eine L-Form, e. eine T-Form. Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine additive Fertigungsverfahren ein pulverbasiertes additives Fertigungsverfahren ist, insbesondere eines der folgenden pulverbasierten additiven Fertigungsverfahren ist: 3. Bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further fixing device (21, 22) with a plurality of projections (23, 24) for fixing the seal (110), the projections (23, 24) of the two fixing devices (21, 22) being spaced apart from one another, in particular spaced parallel to one another. Bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the plurality of projections (23, 24) of the at least one fixing device (21, 22) each have at least one undercut (26). Bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to one of the preceding claims, characterized in that at least a first part of the plurality of projections (23, 24) of the at least one fixing device (21, 22) has a first sectional shape in a vertical section and a second part of the A plurality of projections (23, 24) in a vertical section have a second sectional shape that differs from the first sectional shape. Bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the plurality of projections (23, 24) of the at least one fixing device (21, 22) has at least one of the following sectional shapes in a vertical section: a. a triangle shape, b. a circular segment shape, in particular a semicircular shape, c. a rectangular shape, d. an L shape, e. a T shape. Bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one additive manufacturing process is a powder-based additive manufacturing process, in particular one of the following powder-based additive manufacturing processes:
• Laser-Strahlschmelzen, • laser beam melting,
• Elektronen-Strahlschmelzen, • electron beam melting,
• Binder Jetting. Bipolarplatte (100) für eine Brennstoffzelle (202) eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Bipolarplatte (100) ein erstes Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche und ein an das erste Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) angeordnetes zweites Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) aufweist, oder wobei die Bipolarplatte (100) ein erstes Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) und ein an das erste Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) angeordnetes zweites Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) aufweist, wobei beide Bipolarplattenhalbzeuge (la, lb) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet sind. Brennstoffzelle (202) eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle (202) eine Membran (212), zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine Seite der Membran (212) angeordnete Katalysatorschichten (214a, 214b), zwei sich gegenüberliegende jeweils an eine der Katalysatorschichten (214a, 214b) angeordnete Gasdiffusionslagen (216a, 216b), ein erstes Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) und ein zweites Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) aufweist, wobei das erste und zweite Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) die Brennstoffzelle (202) beidseitig begrenzen, wobei zumindest ein Bipolarplattenhalbzeug (la, lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. - 22 - Verfahren zum Herstellen eines Bipolarplattenhalbzeugs (la, lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: • Binder jetting. Bipolar plate (100) for a fuel cell (202) of a fuel cell stack, wherein the bipolar plate (100) comprises a first semi-finished bipolar plate (la, lb) according to one of the preceding claims and a second semi-finished bipolar plate (la, lb) arranged on the first semi-finished bipolar plate (la, lb). ) or wherein the bipolar plate (100) has a first semi-finished bipolar plate (la, lb) and a second semi-finished bipolar plate (la, lb) arranged on the first semi-finished bipolar plate (la, lb), both semi-finished bipolar plates (la, lb) according to one of preceding claims are formed. Fuel cell (202) of a fuel cell stack, wherein the fuel cell (202) has a membrane (212), two opposite catalyst layers (214a, 214b) each arranged on one side of the membrane (212), two opposite each other on one of the catalyst layers (214a, 214b) arranged gas diffusion layers (216a, 216b), a first semi-finished bipolar plate (la, lb) and a second semi-finished bipolar plate (la, lb), wherein the first and second semi-finished bipolar plate (la, lb) delimit the fuel cell (202) on both sides, wherein at least a semi-finished bipolar plate (la, lb) according to one of claims 1 to 7 is formed. - 22 - Method for producing a bipolar plate semi-finished product (la, lb) according to any one of claims 1 to 7, wherein the method has at least the following steps:
- Bereitstellen (302) eines plattenförmigen Grundkörpers (10),- Providing (302) a plate-shaped base body (10),
- Anordnen (304) einer Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) zumindest einer Fixiervorrichtung (21, 22) an wenigstens eine Plattenseite (11, 12) des bereitgestellten Grundkörpers (10) mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren, oder wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: - Arranging (304) a large number of projections (23, 24) of at least one fixing device (21, 22) on at least one panel side (11, 12) of the base body (10) provided by means of at least one additive manufacturing process, or the process comprising at least the following has steps:
- Herstellen (402) eines plattenförmigen Grundkörpers (10) und Anordnen (404) einer Vielzahl an Vorsprüngen (23, 24) zumindest einer Fixiervorrichtung (21, 22) an wenigstens eine Plattenseite (11, 12) des Grundkörpers (10) mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: - Manufacturing (402) a plate-shaped base body (10) and arranging (404) a large number of projections (23, 24) of at least one fixing device (21, 22) on at least one plate side (11, 12) of the base body (10) by means of at least one additive manufacturing processes. Method according to claim 10, characterized in that the method further comprises the following step:
- Anordnen (306, 406) von Strömungskanälen an wenigstens eine Plattenseite (11, 12) des Grundkörpers (10) zum Führen von zumindest einem Fluid mittels wenigstens einem additiven Fertigungsverfahren. - Arranging (306, 406) of flow channels on at least one plate side (11, 12) of the base body (10) for guiding at least one fluid by means of at least one additive manufacturing process.
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