WO2022101351A2 - Herstellungsverfahren für komponenten eines brennstoffzellenstapel - Google Patents

Herstellungsverfahren für komponenten eines brennstoffzellenstapel Download PDF

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Philipp Hausmann
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Cellcentric Gmbh & Co. Kg
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a manufacturing method for components of a fuel cell stack according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a manufacturing method for bipolar plates for a fuel cell stack.
  • thermosets provided with electrically conductive fillers are hot-pressed in a relatively lengthy process of 30 to 90 seconds.
  • cold pressing can also be used to produce such components based on thermoplastics.
  • This has the disadvantage of a significantly lower strength.
  • other methods such as rotary embossing of sheet mold compounds are also possible, but this requires relatively high wall thicknesses, which ultimately lead to a low energy density in the fuel cell stack produced in this way, and which are very limited in terms of geometric shape.
  • other plastics such as paint or similar can be used. These are then often arranged on carrier foils made of another plastic.
  • EP 2 801 121 B1 for further prior art.
  • a method for producing a flow field plate made of graphite and resin is described there, in which such a mixture is melted. For this will the mixture is extruded accordingly and introduced into a mold with a large number of flow fields, which are then divided into individual plates.
  • the mold is a shaping tool for generating the desired structures of the flow fields in a bipolar plate provided with them for a fuel cell stack.
  • the melting of the material and the subsequent curing in a mold is also relatively complex and time-consuming. When curing in the mold, it is also almost impossible to avoid unwanted deviations in shape due to shrinkage processes in the material filled in as a liquid, which makes relatively large material thicknesses necessary, particularly in the direction of stacking, in order to ensure the functionality of the flow field.
  • the object of the present invention is now to specify an energy- and time-efficient production method for components and/or bipolar plates of a fuel cell stack from a mixture of at least one plastic and at least one electrically conductive filler.
  • this object is achieved by a manufacturing method for components of a fuel cell stack according to claim 1.
  • Advantageous refinements and developments of this variant of the production method result from the dependent subclaims.
  • the object is also achieved by a manufacturing method for bipolar plates according to claim 8.
  • a particularly favorable and advantageous further development results from the dependent claim.
  • Favorable configurations and developments, which can be used for both production methods, are specified in the further dependent subclaims 10 to 12 for both production methods.
  • the manufacturing method according to the invention for components of a fuel cell stack uses a double band press, similar to the method in the above-mentioned prior art. Instead of just producing a web-shaped blank, as there, a web-shaped uncured or not yet fully cured blank is fed from the mixture to an isochoric double-belt press with individual segments in the production method according to the invention.
  • Each of the individual segments of this special type of double belt press has a shaping structure for shaping the blank as it passes through the double belt press.
  • the individual segments on the two bands of the Double belt presses lock themselves during the pressing process via corresponding locking elements and are thus positioned to each other reliably and with repeat accuracy during pressing.
  • the components are produced in the corresponding isochoric double belt presses until they are finally cured. This allows a continuous manufacturing process, which can deliver large quantities of components in a short time. Process times of well under 0.5 seconds per component are possible.
  • the components can be provided with a structure introduced by the individual segments both on one side and—preferably—on both sides.
  • the individual segments can be mounted interchangeably in the double belt press in order to be able to react easily and quickly to different requirements or changes in the geometry of the components, in particular the halves of bipolar plates.
  • At least one of the individual segments can have a shape-giving structure that differs from the shape-giving structure of the other individual segments.
  • the double belt press with the individual segments can preferably be designed to be relatively large.
  • such a double-belt press can be used, for example, to produce the cathode-side halves of the bipolar plates and another double-belt press arranged adjacent used to manufacture the anode-side halves of the bipolar plates. If a fuel cell stack or stack constructed from these bipolar plates is formed, for example, with a total number of 250 to 300 individual cells, a corresponding number of individual segments can produce all the required halves of bipolar plates in a single run or circulation of the strips.
  • one of the individual segments is designed in such a way that instead of a half-shell for a bipolar plate, it forms a half-shell for an interface plate, i.e. the plate that closes off the fuel cell stack, then a set of bipolar plates and interface plates for an entire fuel cell stack can be easily and efficiently combined into one Make circulation of two such double belt presses. Subsequent sorting and/or rearranging of the halves is then also not necessary. For the sake of simplicity, the text often only mentions bipolar plates, but this should also include the corresponding interface plates wherever this makes sense.
  • a particularly favorable embodiment of the manufacturing method provides that the individual segments of at least one of the belts of the isochoric double-belt press are fixed in a rotationally movable manner on a circulating belt.
  • This rotational mobility of the individual segments of at least one band makes it possible for them to rotate to a certain extent, independently of the orientation of the band in the respective area, in such a way that engagement of the corresponding locking elements of two individual segments that meet one another is facilitated.
  • the preferred production method for bipolar plates according to the invention then provides that two or more isochoric double-belt presses with individual segments are produced on the cathode side and on the anode side halves for the bipolar plates, in particular according to one of the design variants mentioned above. These halves are then glued together in a continuous process in a conventional isobaric double belt press.
  • no separate handling of the elements is necessary. Rather, they can be fed from the two isochoric double-belt presses to the one isobaric double-belt press directly and without having to be transferred or temporarily stored and glued to one another in the desired manner.
  • the adhesive is preferably applied with the aid of gravity, for example using a screen printing process or the like, to the halves of the bipolar plates that are fed in from below in the direction of gravity when used as intended, so that the bipolar plates are reliably bonded to one another in the subsequent isobaric double-belt press will.
  • This allows the entire bipolar plates to be manufactured easily in a continuous, very reliable and extraordinarily fast process.
  • seals which are used later to seal the individual cells and create a sealing effect between the respective bipolar plate and the so-called membrane electrode arrangement (MEA - Membrane Electrode) adjacent to it Assembly) or preferably a framed membrane electrode assembly (MEFA - Membrane Electrode Frame Assembly) to ensure.
  • the sealing material can be included in the etched structures of the bands and applied to the bipolar plates in the isobaric double-band press, so that they are not only glued together from their halves, but are also firmly connected to the required seal on at least one or preferably both of their outward-facing sides will.
  • zones can be different in the area of the respective double-belt press in the direction of the material flow Temperature are provided.
  • different demands on the processes running during production can be easily and efficiently within the Summarize double belt presses.
  • three zones with a temperature that decreases in the direction of material flow can be provided.
  • the temperature zones can include, in particular, a temperature zone for hot-pressing the structures into the web-shaped blank and subsequent cooling.
  • three temperature zones can also be provided here, which have hot, warm and cold temperatures for the hot-pressing in the direction of material flow and provide for the slow cooling of the halves.
  • a station for post-processing of the components or the bipolar plates is provided after at least one of the isochoric and/or isobaric double-belt presses, with the post-processing in particular including laser processing.
  • laser processing can be used, for example, to divide larger surfaces into individual elements.
  • Corresponding structures and/or microstructures can also be produced on the surface in order to make certain areas of the bipolar plates hydrophilic or hydrophobic, depending on the design of the corresponding halves of the bipolar plates.
  • structures can also be created in this way which, in particular during the production of the halves of the bipolar plates, produce structures which enable better adhesion of the bipolar plates to one another when the halves are finally glued to form the bipolar plates or better adhesion of subsequently applied seals to the bipolar plates.
  • Further post-processing can also include cleaning with superheated steam, plasma treatment or the like.
  • cutting or snapping off individual components along predetermined predetermined breaking points to separate the individual components and/or bipolar plates as part of such post-processing is also conceivable and possible in the continuous manufacturing process. Further advantageous configurations of the production method according to the invention also result from the exemplary embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.
  • the assembly of prefabricated membrane-electrode units takes place by means of the bipolar plates or interface plates produced in the previous production process using a continuous double-belt press process.
  • the membrane-electrode unit and the bonded and sealed bipolar plate or interface plate are continuously joined together with the aid of a DBP, with an isochoric press preferably curing of previously applied adhesive and with an isobaric press preferably injecting sealing material into a mold .
  • FIG. 2 shows a schematic enlargement of a detail from FIG. 1 ;
  • FIG. 3 shows a schematic enlargement of a detail from FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a diagrammatically indicated method structure for the production of bipolar plates.
  • the double belt press designated in its entirety by 1 is shown. It consists of a band structure in the upper area and a band structure in the lower area.
  • the double-belt press 1 in the illustration in FIG. 1 is designed as a so-called isochoric double-belt press 1 .
  • a bipolar plate 5 is the plate lying between the individual cells of a fuel cell stack, with the illustration in Figure 4 showing an exemplary view of such a bipolar plate 5 is shown.
  • An interface plate is the last plate in the cell stack, i.e. the plate that is not followed by any other single cell. This is then an anode interface plate at one end of the fuel cell stack and a cathode interface plate at the other end.
  • bipolar plates 5 and one cathode-side and one anode-side interface plate are required accordingly.
  • bipolar plates 5 are mentioned below, but this should always include the corresponding interface plates.
  • Such a bipolar plate 5 itself is now typically produced from two halves which are glued together in the stacking direction.
  • 4 shows a plan view of the bipolar plate 5 and here, for example, of the anode-side half.
  • Hydrogen or hydrogen-containing gas for example, is fed in through an opening designated 6 in the bipolar plate 5 and distributed uniformly to the individual cell or the membrane electrode arrangement located there, which forms the core of the individual cell, via the flow field designated 7. Residual gas flows out again via opening 8 .
  • a corresponding flow field for cooling medium is formed on the opposite side of this half, which flows in through the opening 9 and out again through the opening 10 .
  • the opposite half which is covered here by the half shown, has a similar, mirror-inverted structure, so that air or oxygen flows into this cathode-side half via opening 11, is distributed over a flow field located there on the back of the illustration in Figure 4, and the residual gases or exhaust gases flow out again via the opening 12 .
  • This structure of a bipolar plate 5 is generally known to a person skilled in the art of fuel cells, so that it does not need to be discussed further here.
  • the individual segments 4 are preferably rotatably suspended on the belt 3, at least on the belt 3 lying at the top during production, so that they meet with the individual segments 4 supplied horizontally on the lower belt 3 with a precise fit during pressing.
  • locking elements 13 are provided, as can be seen in the representation in Figure 3, which is to be understood as a further enlargement of the representation in Figure 2, which position the individual segments 4 in a precise manner relative to one another so that during the Pressing to ensure the lowest possible manufacturing tolerances between one and the other side of the manufactured halves of bipolar plates.
  • the locking elements 13 can be implemented, for example, in the form of the pins indicated here and—preferably funnel-shaped—openings, which engage in one another as the individual segments 4 come closer together, and thus the individual segments 4 and the shaping structures introduced into the respective individual segments 4 can be reproduced in the desired position relative to each other.
  • the corresponding structure is then introduced into the material of the supplied blank 2 by the structures in the manner of pressing and embossing, so that at the end of the double-belt press 1 in the direction of the material flow m the corresponding halves of the bipolar plates 5 are produced in a dimensionally stable manner.
  • the double-belt press 1 preferably has three temperature zones in succession in the material flow direction m, which are denoted by I, II and III in the illustration in FIG. 1 and are drawn in with a dot-dash line.
  • a correspondingly high temperature prevails in the first temperature zone I, so that the mixture of the blank 2 is pressed and hardened by a hot pressing process in the isochoric double-belt press 1 in order to determine the shape of the individual halves of the bipolar plates 5 via the individual segments 4.
  • Zone marked II has a slightly lower temperature in order to gently cool the material, while remaining between the individual segments 4 of the double-belt press 1 ensures at the same time that the component produced does not warp during the cooling phase, but can be produced flat and with a precise shape .
  • the ambient temperature of the device then prevails again in the third temperature zone, designated III, so that further cooling takes place before the halves of the bipolar plates 5 produced in this way press the double band press 1.
  • the halves of the bipolar plates 5 can be produced continuously in the double belt press according to FIG.
  • the use of the individual segments 4, which can also be exchanged if necessary, in order to quickly adapt the system to changes in the design, also makes it possible, for example with a number of individual segments 4 corresponding to the number of individual cells, to replace all the halves required, for example on the anode side, with a single rotation of the Produce double-belt press 1, preferably one of the individual segments 4 realized the shape for an interface plate, so that it can be produced directly, without the need for a complex and parallel process is necessary. Since this interface board is typically required only once per 200 to 300 halves, this would otherwise involve considerable effort and would typically necessitate a parallel but very underutilized production process.
  • Another advantage of the structure of the isochoric double belt press 1 is that the individual segments 4, which run back on the side facing away from the pressing process, ie at the top of the upper belt 3 and at the bottom of the lower belt 3, are empty in this phase. For example, they can be cleaned there, sprayed with a release agent or prepared with inserts in order to make ideal use of the return flow and improve and accelerate the process overall.
  • the halves of the bipolar plate 5 produced in this way can then, as indicated in the illustration in FIG. 5, be connected to one another accordingly via an isobaric double-band press 14.
  • the structure is essentially the same as that of the double-belt press 1, which is designed as an isochoric double-belt press with individual segments 4. Only the individual segments are omitted, so that the bands 3 of the isobaric double-belt press 14 take over the pressing of the layers to each other directly, as is known in principle from the field of double-belt presses.
  • a web of halves on the anode side comes from above and is denoted by 15, for example, while a web denoted by 16 with halves on the cathode side is fed in from below or in this case.
  • an adhesive 17 is preferably applied to the lower web 16 in the direction of gravity in a predetermined structure, for example by means of screen printing or the like.
  • the adhesive will typically enclose the outer edges of each half of the bipolar plate 5 and the respective openings 6, 8, 11 and 12 which are not in communication with a cooling medium flow field.
  • the individual halves of the subsequent bipolar plate 5 are thus glued to one another via this adhesive 17 .
  • different temperature zones I, II and III are possible, e.g. to activate and/or liquefy, harden and/or align the components and allow them to cool in a directed way.
  • the belts 3 are not in contact with the materials to be pressed and bonded on their way back, ie in the upper part of the double belt press 14 at the top and in the lower part of the double belt press 14 at the bottom.
  • the bands 3 each have a structure.
  • This structure can be realized in particular as an etched structure, which is etched into the strips 3 using electrochemical or photochemical methods.
  • the structure can, for example, have the form of seals required later on the bipolar plate 5, which seal the bipolar plate in relation to a framed membrane electrode assembly (MEFA) accordingly.
  • the sealing material can be applied, for example, in the stations that are indicated and are each designated by the reference numeral 18 .
  • the applied sealing material bonds with the material of the individual bipolar plates 5 in the isobaric double-belt press 14, if necessary under the action of temperature in one of zones I, II or III, so that these are completely finished and only have to be divided into the individual plates.
  • the core is formed by two isochoric double-belt presses 1, each of which is supplied with a blank 2, which can be produced in further optional double-belt presses or other suitable devices, which are denoted by 19 here.
  • the blank 2 can be designed, for example, in the form of a foil of a web-shaped green compact made of resin that is not cured or not fully cured with electrically conductive fillers such as graphite, but in principle also from other plastics such as gels, lacquers or the like, optionally with a foil or the like as a carrier .
  • the respective isochoric double belt press 1 with individual segments 4 there are then two optional post-processing stations designated 20, which can be used, for example, to create different structures via plasma processing, laser processing or the like, for example to improve the adhesion of the adhesive 17 applied later, but also to create specific hydrophobic or hydrophilic areas within the flow fields, to cut out openings and/or the like.
  • This material 22 can then be transported in a further optional post-processing station 23 to form the individual bipolar plates 5, as indicated schematically in the representation of FIG. 6 using three bipolar plates 5.
  • Such a manufacturing method as shown for example in the illustration in FIG , which preferably come to lie exactly at the right place within the isolated bipolar plates 5 by means of a corresponding arrangement of the individual segments 4 .
  • bipolar plates 5 and interface plates can be manufactured very quickly, efficiently and with high accuracy.
  • These can then be packaged immediately after the post-processing station 23 in units corresponding to one fuel cell stack each, without further sorting, rearranging or the like becoming necessary.
  • This ensures a very efficient, simple and cost-effective high-volume production process for the bipolar plates 5, for example from a duromer filled with graphite, such as a phenolic resin, an epoxy resin or the like.
  • the bipolar plates 5 can then also be subjected to correspondingly high loads without the hitherto usual disadvantage of the very slow production of such mechanically advantageous bipolar plates 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapels aus einem Gemisch von Kunststoff und wenigstens einem elektrisch leitendem Füllstoff mittels einer Doppelbandpresse (1, 14). Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein bahnförmiger ungehärteter oder nicht vollständig ausgehärteter Rohling (2), umfassend das Gemisch, einer isochoren Doppelbandpresse (1) mit Einzelsegmenten (4) zugeführt wird, wobei jedes der Einzelsegmente (4) eine formgebende Struktur zur Formgestaltung des Rohlings zu der Komponente beim Durchlaufen der Doppelbandpresse (1) aufweist, wobei die Einzelsegmente (4) auf den beiden Bändern (3) der Doppelbandpresse (1) sich während des Pressvorgangs über korrespondierende Verriegelungselemente (13) zueinander positionieren. Ferner ist ein Herstellungsverfahren für Bipolarplatten (5) und oder Interfaceplatten angegeben, deren Hälften nach dem obigen Verfahren hergestellt und in einer isobaren Doppelbandpresse (14) miteinander verklebt werden.

Description

Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapel
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapels nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für Bipolarplatten für einen Brennstoffzellenstapel.
Die Herstellung von Komponenten für Brennstoffzellenstapel, insbesondere von Bipolarplatten oder Teilen von Bipolarplatten für einen Brennstoffzellenstapel aus einem Gemisch aus Kunststoff und wenigstens einem elektrisch leitenden Füllstoff, ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Typischerweise werden hierfür entsprechende Pressen eingesetzt, bei denen durch Heißpressen mit elektrisch leitenden Füllstoffen versehene Duromere in einem relativ langwierigen Prozess über 30 bis 90 Sekunden heißgepresst werden. Alternativ dazu können auch Kaltpressen eingesetzt werden, um derartige Komponenten auf der Basis von Thermoplasten herzustellen. Dies hat den Nachteil einer deutlich geringeren Festigkeit. Auch weitere Verfahren wie beispielsweise das Rotationsprägen von Sheet Mold Compounds ist prinzipiell möglich, dies erfordert jedoch relativ hohe Wandstärken, welche letztlich zu einer geringen Energiedichte in dem so hergestellten Brennstoffzellenstapel führen, und welche hinsichtlich der geometrischen Formgebung sehr stark eingeschränkt sind. Alternativ dazu ist die Verwendung von anderen Kunststoffen wie z.B. Lacken oder Ähnlichem möglich. Diese sind dann häufig auf Trägerfolien aus einem weiteren Kunststoff angeordnet.
Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik in Form der WO 01/60593 A2 bekannt, elektrisch leitendes Kompositmaterial als Rohling über eine sogenannte Doppelbandpresse herzustellen. Für die Herstellung von Komponenten ist das System jedoch aufgrund der geringen Drücke und der nur schwer zu synchronisierenden Bänder ungeeignet.
Zum weiteren Stand der Technik kann ferner auf die EP 2 801 121 B1 hingewiesen werden. Dort ist ein Verfahren zur Herstellung einer Flow Field Platte aus Graphit und Harz beschrieben, bei welcher ein solches Gemisch aufgeschmolzen wird. Hierfür wird das Gemisch entsprechend extrudiert und in eine Form mit einer Vielzahl von Flow Fields eingebracht, welche dann zu Einzelplatten zerteilt werden. Die Form ist dabei ein formgebendes Werkzeug zur Erzeugung der gewünschten Strukturen der Flow Fields in einer mit ihnen versehenen Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel. Das Aufschmelzen des Materials und das anschließende Aushärten in einer Form ist ebenfalls relativ aufwändig und zeitintensiv. Beim Aushärten in der Form können außerdem durch Schwindungsprozesse des flüssig eingefüllten Materials unerwünschte Formabweichungen kaum vermieden werden, was insbesondere in Stapelrichtung relativ große Materialstärken notwendig macht, um die Funktionalität des Flow Fields sicherzustellen.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein möglichst energie- und zeiteffizientes Herstellungsverfahren für Komponenten und/oder Bipolarplatten eines Brennstoffzellenstapels aus einem Gemisch von wenigstens einem Kunststoff und wenigstens einem elektrisch leitenden Füllstoff anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapels gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Variante des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Die Aufgabe wird außerdem durch ein Herstellungsverfahren für Bipolarplatten gemäß dem Anspruch 8 gelöst. Auch hier ergibt sich eine besonders günstige und vorteilhafte Weiterbildung durch den hiervon abhängigen Unteranspruch. Günstige Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche für beide Herstellungsverfahren Verwendung finden können, sind in den weiteren abhängigen Unteransprüchen 10 bis 12 für beide Herstellungsverfahren angegeben.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapels setzt, ähnlich wie das Verfahren im oben genannten Stand der Technik, eine Doppelbandpresse ein. Anstatt wie dort lediglich einen bahnförmigen Rohling zu produzieren, wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ein bahnförmiger ungehärteter oder noch nicht vollständig ausgehärteter Rohling aus dem Gemisch einer isochoren Doppelbandpresse mit Einzelsegmenten zugeführt. Jedes der Einzelsegmente dieser speziellen Art von Doppelbandpresse weist dabei eine formgebende Struktur zur Formgestaltung des Rohlings beim Durchlaufen der Doppelbandpresse auf. Die Einzelsegmente auf den beiden Bändern der Doppelbandpresse verriegeln sich dabei während des Pressvorgangs über korrespondierende Verriegelungselemente und sind damit während des Pressens zuverlässig und wiederholgenau zueinander positioniert.
Das Herstellungsverfahren ermöglicht es also in einer speziellen Doppelbandpresse mit Einzelsegmenten, welche sich während des Prozessvorgangs miteinander verriegeln, positionsgenau die formgebenden Strukturen während des Pressvorgangs in dem Rohling abzubilden. Dies ist dabei ein kontinuierlicher Prozess, bei welchem keine komplexe Handhabung fragiler noch nicht (vollständig) ausgehärteter Bauteile notwendig ist.
Vielmehr entstehen diese Bauteile bis zur endgültigen Aushärtung in den entsprechenden isochoren Doppelbandpressen. Dies erlaubt einen kontinuierlichen Herstellungsprozess, welcher in kurzer Zeit hohe Mengen an Komponenten liefern kann. Prozesszeiten von deutlich unter 0,5 Sekunden je Komponenten sind so möglich. Die Komponenten können dabei sowohl einseitig als auch - bevorzugt - auf beiden Seiten mit einer durch die Einzelsegmente eingebrachten Struktur versehen sein.
Damit lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens insbesondere anodenseitige und kathodenseitige Hälften von Bipolarplatten und/oder Interfaceplatten für einen Brennstoffzellenstapel herstellen. Die benötigte Struktur der Strömungsfelder bzw. Flow Fields sowie Anschlussöffnungen und Verteilstrukturen können mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren effizient und formgenau erstellt werden.
Die Einzelsegmente können dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in der Doppelbandpresse austauschbar montiert sein, um so auf verschiedene Anforderungen oder Änderungen der Geometrie der Komponenten, insbesondere der Hälften von Bipolarplatten, einfach und schnell reagieren zu können.
Dabei kann gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens eines der Einzelsegmente eine von der formgebenden Struktur der anderen Einzelsegmente abweichende formgebende Struktur aufweisen. Vorzugsweise können die Doppelbandpresse mit den Einzelsegmenten relativ groß ausgebildet sein. Somit kann eine derartige Doppelbandpresse beispielsweise zur Herstellung der kathodenseitigen Hälften der Bipolarplatten und eine weitere benachbart angeordnete Doppelbandpresse zur Herstellung der anodenseitigen Hälften der Bipolarplatten eingesetzt werden. Wird ein aus diesen Bipolarplatten aufgebauter Brennstoffzellenstapel bzw. Stack beispielsweise mit einer Gesamtzahl von 250 bis 300 Einzelzellen ausgebildet, so kann eine korrespondierende Anzahl von Einzelsegmenten alle benötigten Hälften von Bipolarplatten in einem einzigen Durchlauf bzw. Umlauf der Bänder herstellen. Ist dabei eines der Einzelsegmente so ausgebildet, dass dieses anstelle einer Halbschale für eine Bipolarplatte eine Halbschale für eine Interfaceplatte ausbildet, also die den Brennstoffzellenstapel jeweils abschließende Platte, dann lässt sich einfach und effizient ein Satz von Bipolarplatten und Interfaceplatten für einen gesamten Brennstoffzellenstapel in einem einzigen Umlauf von zwei derartigen Doppelbandpressen herstellen. Es ist dann auch keine anschließende Sortierung und/oder Umschichtung der Hälften notwendig. Zur Vereinfachung sind im Text häufig nur Bipolarplatten erwähnt, dies soll aber, wo immer das sinnvoll ist, auch die entsprechenden Interfaceplatten mit einschließen.
Eine besonders günstige Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens sieht es dabei vor, dass die Einzelsegmente zumindest eines der Bänder der isochoren Doppelbandpresse drehbeweglich auf einem umlaufenden Band fixiert sind. Diese Drehbeweglichkeit der Einzelsegmente zumindest eines Bandes macht es möglich, dass diese bis zu einem gewissen Grad unabhängig von der Ausrichtung des Bandes im jeweiligen Bereich sich so drehen, dass ein Eingriff der korrespondierenden Verriegelungselemente zweier aufeinander treffender Einzelsegmente erleichtert wird.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon können sie sich durch die Schwerkraft zu den Einzelsegmenten des anderen Bandes im Einlaufbereich der Presse ausrichten. Sie können also entsprechend über eine drehbewegliche Fixierung so aufgenommen sein, dass sie sich durch die Schwerkraft horizontal auszurichten und mit den am anderen Band entsprechend ausgerichteten oder dort entsprechend fixierten Einzelsegmenten zuverlässig und ortsgenau zusammenzuwirken. Durch ein solches horizontales Aufeinandertreffen der Einzelsegmente wird eine hohe Formgenauigkeit beim Pressen der insbesondere beidseitig strukturierten Komponenten erzielt.
Das bevorzugte Herstellungsverfahren für Bipolarplatten gemäß der Erfindung sieht es dann vor, dass über zwei oder mehr isochore Doppelbandpressen mit Einzelsegmenten jeweils kathodenseitig und anodenseitig Hälften für die Bipolarplatten hergestellt werden, insbesondere nach einem der oben genannten Ausgestaltungsvarianten. Im Anschluss werden dann diese Hälften in einem weiterhin kontinuierlichen Prozess in einer herkömmlichen isobaren Doppelbandpresse miteinander verklebt. Auch hier ist keine getrennte Handhabung der Elemente notwendig. Vielmehr können diese aus den beiden isochoren Doppelbandpressen der einen isobaren Doppelbandpresse direkt und ohne umsetzen oder Zwischenlagern zugeführt und in der gewünschten Art und Weise miteinander verklebt werden.
Der Kleber vor dem Erreichen der isobaren Doppelbandpresse wird vorzugsweise unter Zuhilfenahme der Schwerkraft beispielsweise über ein Siebdruckverfahren oder ähnliches auf die bei der bestimmungsgemäß Verwendung in Richtung der Schwerkraft von unten zugeführten Hälften der Bipolarplatten entsprechend aufgetragen, sodass die Bipolarplatten in der nachfolgenden isobaren Doppelbandpresse zuverlässig miteinander verklebt werden. Dies erlaubt eine einfache Herstellung der gesamten Bipolarplatten in einem kontinuierlichen, sehr zuverlässigen und außerordentlich schnellen Prozess.
Auf der dem Pressvorgang abgewandten Seite der Bänder können, falls die Bänder entsprechend strukturiert sind, weitere Elemente appliziert werden, beispielsweise Dichtungen, welche zur späteren Abdichtung der Einzelzellen dienen und eine Dichtwirkung zwischen der jeweiligen Bipolarplatte und der ihr benachbarten sogenannten Membranelektrodenanordnung (MEA - Membrane Electrode Assembly) oder vorzugsweise einer gerahmten Membranelektrodenanordnung (MEFA - Membrane Electrode Frame Assembly) zu gewährleisten. Das Dichtmaterial kann entsprechend in die geätzten Strukturen der Bänder aufgenommen und in der isobaren Doppelbandpresse auf die Bipolarplatten appliziert werden, sodass diese nicht nur aus ihren Hälften miteinander verklebt sondern auf wenigstens einer oder bevorzugt beiden ihrer nach außen gewandten Seiten gleichzeitig mit der benötigten Dichtung fest verbunden werden.
In beiden Varianten der bei den beiden beschriebenen Herstellungsverfahrenen eingesetzten Doppelbandpressen, also sowohl bei der isobaren Doppelbandpresse zum Verkleben der Hälften als auch bei der isochoren Doppelbandpresse zur Herstellung der Komponenten oder bevorzugt der Hälften, können dabei im Bereich der jeweiligen Doppelbandpresse in Richtung des Materialflusses Zonen unterschiedlicher Temperatur vorgesehen werden. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Ansprüche an die jeweils während der Herstellung ablaufenden Prozesse einfach und effizient innerhalb der Doppelbandpressen zusammenfassen. Insbesondere können dabei drei Zonen mit in Materialflussrichtung abnehmender Temperatur vorgesehen sein. Diese Zonen erlauben im Bereich der isobaren Doppelbandpresse beispielsweise das Verkleben, das anschließende Ausrichten und Abkühlen der Bipolarplatten, um so zuverlässig ebene Bipolarplatten aus den beiden miteinander verklebten Hälften zu erhalten. Insbesondere im Bereich der isochoren Doppelbandpressen mit Einzelsegmenten können die Temperaturzonen insbesondere eine Temperaturzone für das Heißpressen der Strukturen in den bahnförmigen Rohling und eine anschließendes Abkühlen umfassen, insbesondere können auch dabei drei Temperaturzonen vorgesehen sein, welche in Materialflussrichtung heiße, warme und kalte Temperaturen für das Heißpressen und das langsame Abkühlen der Hälften bereitstellen.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung die für beide beschriebenen Herstellungsverfahren Anwendung finden kann, ist es, dass eine Station zur Nachbearbeitung der Komponenten oder der Bipolarplatten nach wenigstens einer der isochoren und/oder isobaren Doppelbandpressen vorgesehen wird, wobei die Nachbearbeitung insbesondere eine Laserbearbeitung beinhaltet. Über eine solche Laserbearbeitung können beispielsweise größere hergestellte Flächen in einzelne Elemente zerteilt werden. Es lassen sich auch auf der Oberfläche entsprechende Strukturen und/oder Mikrostrukturen erzeugen, um so bestimmte Bereiche der Bipolarplatten hydrophil oder hydrophob zu gestalten, je nach Design der entsprechenden Hälften der Bipolarplatten. Außerdem lassen sich auf diese Art auch Strukturen schaffen, welche insbesondere bei der Herstellung der Hälften der Bipolarplatten Strukturen erzeugen, welche eine bessere Anhaftung der Bipolarplatten aneinander beim abschließenden Verkleben der Hälften zu den Bipolarplatten oder das bessere Anhaften von nachfolgend applizierten Dichtungen an den Bipolarplatten ermöglichen. Weitere Nachbearbeitungen können auch eine Reinigung mit Heißdampf, eine Plasmabehandlung oder ähnliches umfassen. Insbesondere auch ein Schneiden oder Abknicken von Einzelkomponenten entlang von vorgegebenen Sollbruchstellen zur Separierung der einzelnen Komponenten und/oder Bipolarplatten im Rahmen einer solchen Nachbearbeitung ist in dem kontinuierlichen Herstellungsprozess denkbar und möglich. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Verfügen von vorkonfektionierten Membran-Elektrodeneinheiten mittels der im vorhergegangenen Fertigungsprozess hergestellten Bipolarplatten oder Interfaceplatten durch einen kontinuierlichen Doppelbandpressenprozess. Dabei wird die aus der Membran- Elektrodeneinheit und verklebter und gedichteter Bipolarplatte oder Interfaceplatte kontinuierlich mit Hilfe einer DBP miteinander gefügt, wobei bei einer isochoren Presse bevorzugt ein Aushärten von zuvor aufgebrachtem Klebstoff erfolgt und bei einer isobaren Presse bevorzugt ein Injizieren von Dichtwerkstoff in ein Formwerkzeug erfolgt.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine isochore Doppelbandpresse mit Einzelsegmenten in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 eine schematische Vergrößerung eines Ausschnitts aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Vergrößerung eines Ausschnitts aus Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte in der Draufsicht;
Fig. 5 eine isobare Doppelbandpresse; und
Fig. 6 ein schematisch angedeuteter Verfahrensaufbau zur Herstellung von Bipolarplatten.
In der Darstellung der Figur 1 ist in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Doppelbandpresse dargestellt. Sie besteht aus einem Bandaufbau im oberen und einem Bandaufbau im unteren Bereich. Ein Grünling 2 als bahnförmiger Rohling beispielsweise aus einem Kunststoff und einem elektrisch leitenden Füllstoff wird in die Doppelbandpresse 1 eingeführt und von dieser in einer mit m bezeichneten Materialflussrichtung durch die Doppelbandpresse gefördert. Die Doppelbandpresse 1 in der Darstellung der Figur 1 ist dabei als sogenannte isochore Doppelbandpresse 1 ausgebildet. Sie weist auf ihren Bändern 3 jeweils eine Vielzahl von Einzelsegmenten 4 auf, welchen nur schematisch angedeutet sind. Davon sind nur einige mit dem Bezugszeichen 4 versehen.
Ein solcher Aufbau einer Doppelbandpresse 1 mit Einzelsegmenten 4 ermöglicht es nun, in die Einzelsegmente 4 formgebende Strukturen einzubringen, um so diese Strukturen in den Grünling abzubilden und beispielsweise die kathodenseitigen oder anodenseitigen Hälften einer Bipolarplatte 5 oder einer Interfaceplatte herzustellen. Eine Bipolarplatte 5 ist dabei die zwischen den Einzelzellen eines Brennstoffzellenstapels liegende Platte, wobei in der Darstellung der Figur 4 eine beispielhafte Ansicht einer solchen Bipolarplatte 5 gezeigt ist. Unter einer Interfaceplatte versteht man die jeweils letzte Platte des Zellenstapels, also die Platte, auf die benachbart keine weitere Einzelzelle folgt. Dies ist dann auf der an dem einen Ende des Brennstoffzellenstapels eine Anoden-Interfaceplatte und am andern Ende eine Kathoden-Interfaceplatte. Bei einem Brennstoffzellenstapel mit typischerweise 200 bis 400 Einzelzelle werden dementsprechend 200 bis 400 Bipolarplatten 5 und jeweils eine kathodenseitige und eine anodenseitige Interfaceplatte benötigt. Zur Vereinfachung sind nachfolgend immer nur Bipolarplatten 5 erwähnt, dies soll aber immer auch die entsprechenden Interfaceplatten mit einschließen.
Eine solche Bipolarplatte 5 selbst, wie sie beispielhaft in einer Draufsicht in der Darstellung der Figur 4 angedeutet ist, wird nun typischerweise aus zwei Hälften hergestellt, welche in Stapelrichtung miteinander verklebt sind. In der Darstellung der Figur 4 ist eine Draufsicht auf die Bipolarplatte 5 und hier beispielsweise auf die anodenseitige Hälfte zu erkennen. Über eine mit 6 bezeichnete Öffnung in der Bipolarplatte 5 wird beispielsweise Wasserstoff oder wasserstoffhaltiges Gas zugeführt und über das mit 7 bezeichnete Strömungsfeld bzw. Flow Field gleichmäßig auf die Einzelzelle bzw. die dort befindliche Membranelektrodenanordnung, welche den Kern der Einzelzelle bildet, verteilt. Restgas strömt über die Öffnung 8 wieder ab. Auf der gegenüberliegenden Seite dieser Hälfte ist ein entsprechendes Strömungsfeld für Kühlmedium ausgebildet, welches durch die Öffnung 9 zuströmt und durch die Öffnung 10 wieder abströmt. Die gegenüberliegende Hälfte, welche hier von der dargestellten Hälfte verdeckt ist, ist spiegelverkehrt ähnlich aufgebaut, sodass in dieser kathodenseitigen Hälfte über die Öffnung 11 Luft oder Sauerstoff zuströmt, über ein dort befindliches, auf der Rückseite der Darstellung in Figur 4 befindliches Strömungsfeld verteilt wird und das Restgase bzw. Abgase über die Öffnung 12 wieder abströmen. Dieser Aufbau einer Bipolarplatte 5 ist für einen Brennstoffzellen-Fachmann allgemein bekannt, sodass hier nicht weiter darauf eingegangen werden muss.
Die Einzelsegmente 4 der Doppelbandpresse 1 gemäß Figur 1 , von welchen einige in Figur 2 nochmals in einer vergrößerten Darstellung zu erkennen sind, weisen im Bereich ihrer während des Pressvorgangs einander zugwandten Oberflächen nun also entsprechende Strukturen auf, um beispielsweise bei der anodenseitigen in Figur 4 erkennbaren Hälfte der Bipolarplatte auf der Oberseite das Strömungsfeld 7 und auf der Rückseite ein entsprechendes Strömungsfeld für Kühlmedium auszubilden und insbesondere auch die Öffnungen bzw. Durchbrüche 6, 8, 9, 10, 11, 12 zu erzeugen, welche im späteren Brennstoffzellenstapel durchgehende Strömungskanäle ausbilden. Um nun einen ausreichenden Druck beim Verpressen und prägen der Strukturen beispielsweise in einen Rohlings 2 aus Graphit und einem Duromer zu gewährleisten und darüber hinaus gleichzeitig die Präzision zwischen der Vorderseite mit dem Strömungsfeld 7 und der Rückseite mit einem Strömungsfeld für das Kühlmedium am Beispiel der anodenseitigen Hälfte zu gewährleisten, sind die Einzelsegmente 4 nun so aufgehängt, dass sie zumindest während des Pressens zwischen den beiden Bändern 3 positionsgenau zueinander liegen.
Hierfür sind die Einzelsegmente 4 vorzugsweise drehbar an dem Band 3, zumindest an dem bei der Herstellung oben liegenden Band 3, aufgehängt, sodass sie mit dem beispielsweise horizontal am unteren Band 3 zugeführten Einzelsegmenten 4 passgenau während des Pressens Zusammentreffen. Um diese Passgenauigkeit zu gewährleisten, sind dabei, wie es in der Darstellung der Figur 3, welche als weitere Vergrößerung der Darstellung der Figur 2 zu verstehen ist, erkennbar ist, Verriegelungselemente 13 vorgesehen, welche die Einzelsegmente 4 passgenau zueinander positionieren, um so während des Pressens möglichst geringe Fertigungstoleranzen zwischen der einen und der anderen Seite der hergestellten Hälften von Bipolarplatten zu gewährleisten. Die Verriegelungselemente 13 können beispielsweise in Form der hier angedeuteten Stifte und - vorzugsweise trichterförmigen - Öffnungen realisiert sein, welche bei einer zunehmenden Annäherung der Einzelsegmente 4 zueinander ineinander eingreifen und somit die Einzelsegmente 4 und die in die jeweiligen Einzelsegmente 4 eingebrachten hier nicht dargestellten formgebenden Strukturen reproduzierbar in der gewünschten Position zueinander zu halten. Durch die Strukturen wird dann in der Art eines Pressens und Prägens die entsprechende Struktur in das Material des zugeführten Rohlings 2 eingebracht, sodass am Ende der Doppelbandpresse 1 in Richtung des Materialflusses m die entsprechenden Hälften der Bipolarplatten 5 formstabil hergestellt sind.
Die Doppelbandpresse 1 weist dafür vorzugsweise in Materialflussrichtung m aufeinanderfolgend drei Temperaturzonen auf, welche mit I, II und III in der Darstellung der Figur 1 bezeichnet und mit strichpunktierter Linie eingezeichnet sind. In der ersten Temperaturzone I herrscht dabei eine entsprechende hohe Temperatur, sodass das Gemisch des Rohlings 2 durch einen Heißpressprozess in der isochoren Doppelbandpresse 1 gepresst und ausgehärtet wird, um so über die Einzelsegmente 4 die Form der einzelnen Hälften der Bipolarplatten 5 zu bestimmen. In der anschließenden mit II bezeichneten Zone herrscht eine etwas geringere Temperatur, um so das Material schonend abzukühlen, wobei durch den Verbleib zwischen den Einzelsegmenten 4 der Doppelbandpresse 1 gleichzeitig gewährleistet wird, dass die hergestellte Komponente sich während der Abkühlphase nicht verzieht, sondern eben und formgenau erzeugt werden kann. In der dritten mit III bezeichneten Temperaturzone herrscht dann wieder die Umgebungstemperatur der Vorrichtung, sodass ein weiteres Abkühlen erfolgt, bevor die so hergestellten Hälften der Bipolarplatten 5 die Doppelbandpresse 1.
Anders als bei bisherigen Prozessen ist dabei die Herstellung der Hälften der Bipolarplatten 5 in der Doppelbandpresse gemäß Figur 1 kontinuierlich möglich, sodass beispielsweise bei jedem Umlauf der Bänder 3 die Bipolarplattenhälften für einen Brennstoffzellenstapel hergestellt werden können. Der Einsatz der Einzelsegmente 4, welche gegebenenfalls auch ausgetauscht werden können, um so die Anlage schnell an Änderungen im Design anzupassen, ermöglicht es außerdem, beispielsweise bei einer der Anzahl von Einzelzellen entsprechenden Anzahl von Einzelsegmenten 4 alle benötigten Hälften beispielsweise anodenseitig mit einer einzigen Umdrehung der Doppelbandpresse 1 herzustellen, wobei vorzugsweise eines der Einzelsegmente 4 die Formgebung für eine Interfaceplatte realisiert, sodass diese unmittelbar mit hergestellt werden kann, ohne das hierfür ein aufwändiger und paralleler Prozess notwendig ist. Da diese Interfaceplatte typischerweise nur einmal je 200 bis 300 Hälften benötigt wird, wäre dies ansonsten mit einem erheblichen Aufwand verbunden und würde typischerweise eine parallel angeordnete aber sehr schlecht ausgelastete Fertigung notwendig machen.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus der isochoren Doppelbandpressen 1 liegt darin, dass die Einzelsegmente 4, die auf der dem Pressvorgang abgewandten Seite, also beim oberen Band 3 oben und beim unteren Band 3 unten zurücklaufen, in dieser Phase leer sind. Sie können dort beispielsweise gereinigt werden, mit einem Trennmittel besprüht werden oder auch mit Einlegeteilen vorbereitet werden, um so auch den Rücklauf ideal zu nutzen und den Prozess insgesamt zu verbessern und zu beschleunigen.
Die so hergestellten Hälften der Bipolarplatte 5 können dann, wie es in der Darstellung der Figur 5 angedeutet ist, über eine isobare Doppelbandpresse 14 entsprechend miteinander verbunden werden. Der Aufbau ist im Wesentlichen derselbe wie bei der Doppelbandpresse 1, welche als isochore Doppelbandpresse mit Einzelsegmenten 4 ausgebildet ist. Es wird lediglich auf die Einzelsegmente verzichtet, sodass die Bänder 3 der isobaren Doppelbandpresse 14 das Verpressen der Schichten zueinander direkt übernehmen, wie dies prinzipiell aus dem Bereich der Doppelbandpressen bekannt ist. Dabei kommt von oben und mit 15 bezeichnet beispielsweise eine Bahn von anodenseitigen Hälften, während von unten bzw. in diesem Fall eben eine mit 16 bezeichnete Bahn mit kathodenseitigen Hälften zugeführt wird. Die einander zugewandten Seiten der anodenseitigen und kathodenseitigen Hälften der Bahnen 15, 16 sind dabei jeweils die Bereiche, zwischen den später das Kühlmedium strömt. Vorzugsweise auf der in Richtung der Schwerkraft unteren Bahn 16 ist außerdem ein Kleber 17 in einer vorgegebenen Struktur, beispielsweise über Siebdruck oder dergleichen, aufgetragen.
Der Kleber wird typischerweise die äußeren Ränder der jeweiligen Hälfte der Bipolarplatte 5 umschließen, sowie die entsprechenden Öffnungen 6, 8, 11 und 12, welche nicht mit einem Strömungsfeld für das Kühlmedium in Verbindung stehen. Über diesen Kleber 17 werden also die einzelnen Hälften der späteren Bipolarplatte 5 miteinander verklebt. Dies erfolgt in der isobaren Doppelbandpresse 14 in einem weiterhin kontinuierlich laufenden und sich an die Herstellung der Hälften anschließenden Prozess, welcher so die Herstellung der Bipolarplatten 5 einfach, effizient und mit geringen Taktzeiten abschließt. Auch hier sind verschiedene Temperaturzonen I, II und III möglich, um z.B. Kleber zu aktivieren und/oder zu verflüssigen, auszuhärten und/oder die Bauteile auszurichten und gerichtet abkühlen zu lassen.
Dabei ist es so, dass die Bänder 3 auf ihrem Rückweg, also beim oberen Teil der Doppelbandpresse 14 oben und beim unteren Teil der Doppelbandpresse 14 unten nicht mit dem zu verpressenden und zu verklebenden Materialien im Eingriff stehen. Hier ist es dann möglich, die Bänder entsprechend zu reinigen, Trennmittel aufzubringen oder dergleichen.
Vorzugsweise kann es nun vorgesehen sein, dass die Bänder 3 jeweils eine Struktur aufweisen. Diese Struktur kann insbesondere als geätzte Struktur, welche über elektrochemische oder fotochemische Verfahren in die Bänder 3 eingeätzt ist, realisiert werden. Die Struktur kann beispielsweise die Form von später auf der Bipolarplatte 5 benötigten Dichtungen aufweisen, welche die Bipolarplatte gegenüber einer gerahmten Membranelektrodenanordnung (MEFA) entsprechend abdichten. Das Dichtmaterial kann beispielsweise in den angedeuteten und jeweils mit dem Bezugszeichen 18 bezeichneten Stationen aufgebracht werden. Zusätzlich zum Verkleben der beiden Materialien 15, 16 der jeweiligen Hälften der Bipolarplatten 5 kann nun also eine Dichtung auf die entsprechenden Oberflächen der Bipolarplatte 5 aufgebracht werden, um diese später gegenüber beiden benachbarten gerahmten Membranelektrodenanordnungen einfach und effizient abzudichten. Das aufgebrachte Dichtmaterial verbindet sich dann in der isobaren Doppelbandpresse 14, ggf. unter Temperatureinwirkung in einer der Zonen I, II oder III mit dem Material der einzelnen Bipolarplatten 5, sodass diese komplett fertig ausgebildet sind und lediglich noch in die Einzelplatten aufgeteilt werden müssen.
In der Darstellung der Figur 6 ist der gesamte Herstellungsprozess nochmals gezeigt. Den Kern bilden dabei zwei isochore Doppelbandpressen 1, welchen jeweils ein Rohling 2 zugeführt wird, welcher in weiteren optionalen Doppelbandpressen oder anderen geeigneten Vorrichtungen, welche hier mit 19 bezeichnet sind, hergestellt werden kann. Der Rohling 2 kann beispielsweise in der Art einer Folie eines bahnförmigen Grünlings aus nicht oder nicht vollständig ausgehärtetem Harz mit elektrisch leitenden Füllstoffen wie Graphit ausgebildet sein, prinzipiell aber auch aus anderen Kunststoffen wie Gelen, Lacken oder dergleichen, gegebenenfalls mit einer Folie oder dergleichen als Träger.
Nach der jeweiligen isochoren Doppelbandpressen 1 mit Einzelsegmenten 4 kommen dann zwei optionale mit 20 bezeichnete Nachbearbeitungsstationen, welche beispielsweise genutzt werden können, um über eine Plasmabearbeitung, eine Laserbearbeitung oder ähnliches verschiedene Strukturen zu schaffen, beispielsweise um die Anhaftung des später aufgetragenen Klebers 17 zu verbessern, aber auch um gezielt innerhalb der Strömungsfelder hydrophobe oder hydrophile Bereiche zu schaffen, Durchbrüche auszuschneiden und/oder dergleichen. Das nun oben mit 15 und unten mit 16, analog zur Darstellung in Figur 5 bezeichnete Material mit den anodenseitigen bzw. kathodenseitigen Hälften der Bipolarplatte 5, kommt dann im kontinuierlichen Ablauf der Herstellung zur isobaren Doppelbandpresse 14, wobei bei einem der Materialien, hier beim Material 16, in einer mit 21 bezeichneten Station zuvor beispielsweise durch Siebdruck der Kleber 17 an den gewünschten Stellen aufgetragen wird. Im Materialflussrichtung m nach der isobaren Doppelbandpresse 14 verlässt ein die gesamten Bipolarplatten 5 umfassendes Material 22, welches gegebenenfalls auch bereits mit Dichtungen, welche auf das Material der Bipolarplatten 5 aufgebracht sind, versehen ist, die Doppelbandpresse 14. Dieses Material 22 kann dann in einer weiteren optionalen Nachbearbeitungsstation 23 zu den einzelnen Bipolarplatten 5 vereinzelt werden, wie es in der Darstellung der Figur 6 anhand von drei Bipolarplatten 5 schematisch angedeutet ist. Über ein solches Fertigungsverfahren, wie es beispielsweise in der Darstellung der Figur 6 gezeigt ist, lassen sich in einem kontinuierlichen Prozess, ohne dass Materialien innerhalb der Fertigung manuell bewegt, zwischengelagert oder sortiert werden müssen, eine Vielzahl von Bipolarplatten 5 mit der passenden Anzahl von Interfaceplatten, welche vorzugsweise durch eine entsprechende Anordnung der Einzelsegmente 4 genau an der richtigen Stelle innerhalb der vereinzelten Bipolarplatten 5 zu liegen kommen, herstellen. Dabei sind hohe Herstellungsgeschwindigkeiten mit vier oder mehr Bipolarplatten 5 pro Sekunde problemlos zu erreichen, sodass eine sehr schnelle, effiziente und mit hoher Genauigkeit reproduzierbare Herstellung der Bipolarplatten 5 und Interfaceplatten möglich wird. Diese können dann unmittelbar nach der Nachbearbeitungsstation 23 in Einheiten für jeweils einen Brennstoffzellenstapel entsprechen verpackt werden, ohne dass ein weiteres Sortieren, Umschichten oder dergleichen notwendig wird. Dies gewährleistet einen sehr effizienten, einfachen und kostengünstigen Hochvolumenfertigungsprozess für die Bipolarplatten 5, beispielsweise aus einem mit Graphit gefüllten Duromer, wie einem Phenolharz, einem Epoxidharz oder ähnlichem. Die Bipolarplatten 5 sind dann auch entsprechend hoch belastbar, ohne den bisher üblichen Nachteil der sehr langsamen Fertigung derartiger mechanisch vorteilhafter Bipolarplatten 5.

Claims

Patentansprüche Herstellungsverfahren für Komponenten eines Brennstoffzellenstapels aus einem Gemisch, welches wenigstens einen Kunststoff und wenigstens einen elektrisch leitendem Füllstoff umfasst, mittels einer Doppelbandpresse (1, 14) dadurch gekennzeichnet, dass ein bahnförmiger ungehärteter oder nicht vollständig ausgehärteter Rohling (2) aus dem Gemisch, einer isochoren Doppelbandpresse (1) mit Einzelsegmenten (4) zugeführt wird, wobei jedes der Einzelsegmente (4) eine formgebende Struktur zur Formgestaltung des Rohlings (2) zu der Komponente beim Durchlaufen der Doppelbandpresse (1) aufweist, wobei die Einzelsegmente (4) auf den beiden Bändern (3) der Doppelbandpresse (1) sich während des Pressvorgangs über korrespondierende Verriegelungselemente (13) zueinander positionieren. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch wenigstens ein Duromer und elektrisch leitende Partikel, insbesondere Graphit, umfasst. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine isochore Doppelbandpresse (1) mit Einzelsegmenten (4) genutzt wird, bei welcher die Einzelsegmente austauschbar sind. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Einzelsegment (4) genutzt wird, welches eine von der formgebenden Struktur der anderen Einzelsegmente (4) abweichende formgebende Struktur aufweist. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Doppelbandpresse (1) genutzt wird, bei welcher die Einzelsegmente (4) auf zumindest einem der Bänder (3) drehbeweglich auf diesem umlaufenden Band (3) fixiert sind. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsegmente (4) so fixiert sind, dass sie sich in Richtung der Schwerkraft zu den Einzelsegmenten (4) des anderen Bandes (3) im Einlaufbereich der Doppelbandpresse (1) ausrichten. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponenten anodenseitige und kathodenseitige Hälften von Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten hergestellt werden. Herstellungsverfahren für Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten für einen Brennstoffzellenstapel, dadurch gekennzeichnet, dass über zwei isochore Doppelbandpressen (1) mit Einzelsegmenten (4) jeweils kathodenseitige und anodenseitige Hälften der Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten hergestellt werden, insbesondere nach einem Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wonach die Hälften der Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten in einer isobaren Doppelbandpresse (14) verklebt werden. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die isobare Doppelbandpresse (14) auf ihren Bändern (3) Strukturen umfasst, welche auf der dem Pressvorgang abgewandten Seite mit Dichtmaterial versehen werden, um Dichtungen auf die Oberflächen der Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten aufzubringen. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich wenigstens einer der Doppelbandpresse (1, 14) in Richtung des 16
Materialflusses (m) Zonen (I, II, III) unterschiedlicher Temperatur vorgesehen werden. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Zonen (I, II, III) mit in Materialflussrichtung (m) abnehmender Temperatur vorgesehen werden. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Station (20, 23) zur Nachbearbeitung der Komponenten und/oder der Bipolarplatten (5) und/oder Interfaceplatten nach wenigstens einer der isochoren und/oder isobaren Doppelbandpressen (1 , 14) vorgesehen wird, wobei die Nachbearbeitung insbesondere eine Laserbearbeitung beinhaltet. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfügen von vorkonfektionierten Membran-Elektrodeneinheiten mittels der im vorhergegangenen Fertigungsprozess hergestellten Bipolarplatten oder Interfaceplatten durch einen kontinuierlichen Doppelbandpressenprozess erfolgt.
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