WO2023274888A1 - Hydrophobic bipolar plate - Google Patents

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WO2023274888A1
WO2023274888A1 PCT/EP2022/067409 EP2022067409W WO2023274888A1 WO 2023274888 A1 WO2023274888 A1 WO 2023274888A1 EP 2022067409 W EP2022067409 W EP 2022067409W WO 2023274888 A1 WO2023274888 A1 WO 2023274888A1
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WO
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channel
channels
bipolar plate
discharge
area
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Application number
PCT/EP2022/067409
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Scherner
Andreas RINGK
Harald Schmeisser
David Thomann
Heiko Klaumuenzer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials

Definitions

  • the present invention is based on a surface-optimized bipolar plate and a method for producing a surface-optimized bipolar plate.
  • Fuel cells are electrochemical energy converters in which the reaction gases, such as hydrogen and oxygen, are converted into water, electrical energy and heat.
  • the reaction gases are separated using a polymer membrane, which provides the necessary insulation.
  • a fuel cell has a typical symmetrical structure in which a catalyst layer and a gas distribution layer are arranged on both sides of the polymer membrane, each of which in turn is followed by a bipolar plate.
  • the bipolar plates arranged within the fuel cell fulfill several functions. They are used for the electrical connection of the cells, for supplying and distributing the reaction gases and for supplying and distributing coolant. There is currently still a need for optimization, especially with regard to an effective and homogeneous distribution of the reaction gases over an active area of the bipolar plates.
  • the product water produced during the fuel cell reaction in particular, stands in the way of an optimal distribution of the reaction gases over an active region, which prevents a uniform distribution of the reaction gases. Therefore, it is to increase the efficiency of fuel cells effective to remove the product water formed in the fuel cell reaction from the fuel cell as quickly as possible.
  • the subject matter of the invention is a device having the features of the independent device claim and, according to a second aspect, a method according to the independent method claim. Further features and details of the invention result from the respective dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the device according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally.
  • the surface-optimized bipolar plate according to the invention is used in particular for a homogeneous distribution of the reaction gases to the relevant electrode surfaces of a fuel cell, which enables both efficient operation and low wear.
  • effective drainage of product water increases protection against frost and corrosion, since the accumulation of water in the fuel cell is largely prevented and the time during which the surface is wetted with water is also minimized. In particular, this increases the service life of a fuel cell system.
  • the surface-optimized bipolar plate according to the invention for improved water transport comprises an active area with a plurality of distribution channels arranged next to one another for distributing a fluid to an electrode surface, a supply area, preferably with a plurality of supply channels for supplying the fluid to the distribution channels, a discharge area, preferably with a plurality of discharge channels for discharging the fluid from the distribution channels, wherein the distribution channels each have a channel base, two channel flanks arranged at the end on the channel base and opposite one another, and each channel web arranged at the end on each channel flank, the distribution channels having a surface functionalization have, wherein the channel webs of the distribution channels have a different surface functionalization than the channel flanks and / or the channel base.
  • the surface-optimized bipolar plate according to the invention can preferably be used in a fuel cell or in a fuel cell system.
  • the use of the bipolar plate as a gas distribution plate in electrolysis processes is also conceivable.
  • the plate can preferably be used in a motor vehicle or the like.
  • Use in other fuel cell-powered means of transportation or stationary systems is also conceivable.
  • a fluid is understood to mean an at least partially gaseous medium, which in the present case can preferably be formed in the form of hydrogen, a hydrogen-rich gas mixture or air or oxygen.
  • an electrode surface is also understood to be the surface of an electrical conductor (anode or cathode) which is in electrical contact with another electrical conductor functioning as a counter-electrode (anode or cathode).
  • a first area of the bipolar plate is preferably referred to as the feed area, which is arranged in front of an active area and is used in particular for feeding the fluid to be distributed into the distribution channels of the active area.
  • the feed area can preferably have feed channels.
  • the feed channels of the feed area can preferably all be brought together in a feed chamber arranged upstream of the feed channels.
  • a third area of the bipolar plate is preferably also referred to as a discharge area, which is arranged downstream of an active area and serves in particular to discharge the fluid to be distributed from the distribution channels of the active area.
  • the discharge area can preferably have discharge channels.
  • the discharge channels of the discharge area can preferably all of them open into a discharge chamber downstream of the discharge channels.
  • the active area is also understood to mean the area arranged between the feed area and the discharge area, which serves in particular to distribute the fluids to the electrode surface.
  • a channel base of a distribution channel, a supply channel or a discharge channel can be understood as preferably the base area of a bipolar plate on which the channel flanks of a distribution channel, a supply channel or a discharge channel can be arranged terminally - e.g. essentially perpendicularly.
  • the channel base of a distribution channel, a feed channel or a discharge channel can preferably be arranged parallel to the channel webs of the distribution channel, the feed channel or the discharge channel.
  • surface functionalization can be understood in particular as the modification or processing of a surface, through which the attractive and repulsive interactions of the surface with respect to other substances and materials, in particular with respect to hydrophilic and hydrophobic groups, are influenced, preferably massively influenced.
  • the feed and discharge areas can also have other structures, such as post or web structures or porous structures, with fluids being distributed from the distribution channels and into the distribution channels of the active area, for example indirectly via pressure drops can take place, which extend from the feed areas to the distribution channels or from the distribution channels to the discharge areas.
  • the supply area comprises a plurality of supply channels for supplying the fluid to the distribution channels and the discharge area comprises a plurality of discharge channels for discharging the fluid from the distribution channels, wherein the supply channels and the discharge channels each have a channel base, two channel flanks arranged at the end on the channel base and opposite one another and each have a channel web arranged at the end on each channel flank, with the feed channels and/or the discharge channels preferably also having a surface functionalization, with the channel webs in particular having a different surface functionalization than the channel flanks and/or the channel base.
  • Targeted surface functionalization in which different areas of the feed channels and/or the discharge channels are surface functionalized differently, makes it possible in particular to further optimize the effectiveness of removing product water from a fuel cell.
  • a surface functionalization is formed in the form of at least partially hydrophobicization and/or at least partially hydrophilicization.
  • At least partial hydrophobicization and/or at least partial hydrophilicization can be understood in particular as meaning that only partial areas of a relevant surface are hydrophilized and/or hydrophobicized.
  • the channel webs of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially hydrophobicized.
  • the channel webs are the locations which are arranged in the immediate vicinity of the gas distribution layer and are primarily responsible for the exchange of the reaction gases to the gas distribution layer. It is therefore particularly important at these locations to keep product water away in order not to disturb the gas exchange.
  • the channel base and/or the channel flanks of the distribution channels and/or the feed channels and/or the Drainage channels are at least partially hydrophilized. At least partial hydrophilization of the channel base and the channel flanks makes it possible to bind the product water within the channels and thus to transport it out of the fuel cell as quickly as possible through the channels, in order to keep the channel webs free of product water and not to disturb the gas exchange.
  • the channel webs of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially functionalized and the channel base and the channel flanks of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially functionalized, the functionalization being gradual, so that there is an increasing degree of hydrophobicization from the channel base via the channel flanks to the channel webs.
  • an increasing degree of hydrophobicization is understood to mean, in particular, a more pronounced hydrophobic behavior starting from a channel base via the channel flanks to the channel webs. Such behavior can result in particular from the fact that a channel base is essentially modified to be hydrophilic, whereas the channel flanks are modified to be partially hydrophilic and the channel webs are hydrophobic.
  • additional parts of the bipolar plate have a surface functionalization, preferably the fluid passage areas and/or the port areas of the bipolar plate.
  • Appropriate functionalization of other parts, such as the fluid passage areas and/or the port areas, also contributes to better frost protection and corrosion protection, since these areas often pose the risk of water residues and associated frost damage or corrosion damage.
  • the surface functionalizations are formed at least partly in the form of coatings, preferably in the form of a paint.
  • different coatings for example, can be applied for the different coating of the channel webs and the channel flanks and/or the channel base of a distribution channel, a discharge channel or a supply channel, which have a different hydrophilic and hydrophobic character.
  • the surface functionalization is formed at least partially in the form of a surface structuring, preferably in the form of a laser structuring.
  • a surface structuring preferably in the form of a laser structuring.
  • different structures can be incorporated into the surfaces for different coating of the channel webs and the channel sides and/or the channel base of a distribution channel, a discharge channel or a supply channel, which produce a different hydrophilic and hydrophobic character of the surfaces.
  • a targeted functionalization of a surface for example hydrophilicization or hydrophobicization, can be achieved solely by structuring a surface.
  • structuring can take place, for example, by irradiation with laser light, preferably in the UV or in the VIS range.
  • laser light preferably in the UV or in the VIS range.
  • other spectral ranges are also conceivable, such as X-rays or low-energy radiation in the IR range.
  • pulsed laser radiation can be used to structure a surface.
  • fine points, recesses or elevations can be introduced, which, thanks to their structure, achieve hydrophobic or hydrophilic effects, such as lotus effects or the like.
  • both processes can also be used together in order to achieve a corresponding functionalization.
  • the methods can be used both simultaneously and sequentially.
  • the subject of the invention is also a fuel cell, comprising one, in particular a plurality of, bipolar plates described above.
  • a motor vehicle comprising a fuel cell as described above, in particular comprising a plurality of bipolar plates described above, is claimed in the present case.
  • the invention also relates to a method for producing a surface-optimized bipolar plate, in particular a bipolar plate described above.
  • the method according to the invention comprises the steps of optionally preparing a bipolar plate to be treated with an active area, a feed area and a discharge area, treating the surface of distribution channels of the active area and/or feed channels of the feed area and/or discharge channels of the discharge area for functionalization the surface of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels, whereby the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are treated differently in the area of the channel base than in the area of the channel flanks and/or the channel webs as well as an optional post-processing of the to be treated.
  • the method according to the invention thus shows the same advantages as have already been described in detail in relation to the surface-optimized bipolar plate according to the invention.
  • the treatment takes place by means of a surface coating, preferably by means of a surface coating and/or the treatment by means of a surface structuring, preferably by means of a laser structuring.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate according to the invention for use in a fuel cell in a plan view according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate according to the invention for use in a fuel cell in a sectional representation according to a section along the section line I-I from FIG. 1 according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the individual steps of a method according to the invention for producing a surface-optimized bipolar plate according to a first exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate 2 according to the invention for use in a fuel cell in a top view according to a first embodiment
  • the surface-optimized bipolar plate 2 for improved water transport comprises an active area 4 with a plurality of distribution channels 6 arranged next to one another for distributing a fluid to an electrode surface 20, a supply area 8 with a plurality of supply channels 10 for supplying the fluid to the distribution channels 6 , a discharge area 12 with a plurality of discharge channels 14 for discharging the fluid from the distribution channels 6, with the distribution channels 6, the supply channels 10 and the discharge channels 14 each having a channel base 6a, 10a, 14a (not visible here), two at the ends on the Channel base 6a, 10a, 14a and channel flanks 6b, 10b, 14b arranged opposite one another (here not visible) and each have a channel web 6c, 10c, 14c (not visible here) arranged at the end on each channel flank 6b, 10b, 14b, with at least the distribution channels 6 having a surface functionalization, with the channel webs 6c of the distribution channels 6 having a different surface functionalization, than the channel flanks 6b and/or the
  • other parts of the bipolar plate 2 can also have a surface functionalization, such as the fluid passage areas 18 and/or the port areas 22 of the bipolar plate 2.
  • a surface functionalization such as the fluid passage areas 18 and/or the port areas 22 of the bipolar plate 2.
  • An additional surface functionalization of these areas would not only have one enable more effective operation of a fuel cell, but also contribute to better frost protection, since in particular the fluid passage areas 18 and the port areas 22 of a bipolar plate 2 are frequent danger points for water residues and associated frost or corrosion damage.
  • the surface functionalizations provided can, for example, at least partly be formed in the form of coatings, preferably in the form of lacquers.
  • the surface functionalizations can also be formed at least partially in the form of surface structuring, preferably in the form of laser structuring.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate 2 according to the invention for use in a fuel cell in a sectional representation according to a section along the section line II from FIG. 1 according to a first exemplary embodiment.
  • the gas distribution layer 28 that is arranged directly on the bipolar plate 2 when the bipolar plate 2 is used in a fuel cell is also shown for illustration purposes.
  • the distribution channels 6 shown in detail here have a Surface functionalization, in which the channel webs 6c have a different surface functionalization than the channel flanks 6b and/or the channel base 6a, whereby a particularly rapid and targeted transport of the product water within the distribution channels 6 is possible, which means that the product water can be removed particularly effectively from a fuel cell permitted.
  • the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous
  • the channel webs 10c, 14c have a different surface functionalization than the channel flanks 10b, 14b and / or the channel base 10a, 14a.
  • the surface functionalization is in the form of an at least partially hydrophobicization and/or an at least partially hydrophilicization.
  • the channel webs 6c, 10c, 14c of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 can be at least partially hydrophobicized.
  • the channel base 6a, 10a, 14a and/or the channel flanks 6b, 10b, 14b of the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or or the discharge channels 14 are at least partially hydrophilized.
  • the channel webs 6c, 10c, 14c of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 to be at least partially functionalized and the channel base 6a, 10a, 14a and the channel flanks 6b, 10b, 14b of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 are at least partially functionalized, the functionalization being formed gradually, so that from the channel bottom 6a, 10a, 14a over the channel flanks 6b, 10b, 14b up to the channel webs 6c, 10c, 14c there is an increasing degree of hydrophobization.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the individual steps of a method according to the invention for producing a surface-optimized bipolar plate 2 according to a first exemplary embodiment.
  • the method according to the invention comprises the steps of an optional preparation 30 of a bipolar plate 2 to be treated with an active area 4, a feed area 8 and a discharge area 12, a treatment 32 of the surface of distribution channels 6 of the active area 4 and/or of feed channels 10 of the feed area 8 and/or discharge channels 14 of the discharge area 12 for functionalizing the surface of the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or the discharge channels 14, with the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or the discharge channels 14 in the area of the channel base 6a, 10a, 14a are treated differently than in the area of the channel flanks 6b, 10b, 14b and/or the channel webs 6c, 10c, 14c and an optional post-processing 34 of the bipolar plate 2 to be treated.
  • the treatment 32 can advantageously take place by means of a surface coating, preferably by means of a surface coating and/or by means of a surface structuring, preferably by means of a laser structuring.

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Abstract

The invention relates to a bipolar plate (2) with an optimized surface for an improved transport of water, comprising an active region (4) with a number of adjacently arranged distributing channels (6) for distributing a fluid to an electrode surface (20), a supply region (8) preferably comprising a plurality of supply channels (10) for supplying the fluid to the distributing channels (6), and a discharge region (12) preferably comprising a plurality of discharge channels (14) for discharging fluid out of the distributing channels (6). The distributing channels (6) have a channel base (6a), two channel flanks (6b) arranged opposite each other at the end faces of the channel base (6a) and a channel web (6c) arranged at the end face of each channel flank (6b), wherein the distributing channels (6) have a surface functionalization, and the channel webs (6c) have a different surface functionalization than the channel flanks (6b) and/or the channel base (6b). (Fig. 1)

Description

Beschreibung description
Hydrophobe Bipolarplatte Hydrophobic bipolar plate
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte sowie einem Verfahren zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte. The present invention is based on a surface-optimized bipolar plate and a method for producing a surface-optimized bipolar plate.
Stand der Technik State of the art
Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen die Reaktionsgase, wie bspw. Wasserstoff und Sauerstoff, in Wasser, elektrische Energie und Wärme umgewandelt werden. Die Reaktionsgase werden hierbei über eine Polymermembran getrennt, die für die nötige Isolation sorgt. Eine Brennstoffzelle weist hierbei einen typischen symmetrischen Aufbau auf, in dem auf die Polymermembran folgend beidseitig je eine Katalysatorschicht und eine Gasverteilerschicht angeordnet ist, an die sich jeweils wiederum eine Bipolarplatte anschließt. Die innerhalb der Brennstoffzelle angeordneten Bipolarplatten erfüllen dabei mehrere Funktionen. Sie dienen zur elektrischen Verschaltung der Zellen, zur Zuführung und Verteilung der Reaktionsgase sowie zur Zuführung und Verteilung von Kühlmittel. Insbesondere im Hinblick auf eine effektive und homogene Verteilung der Reaktionsgase über einen aktiven Bereich der Bipolarplatten hinweg besteht zurzeit noch Optimierungsbedarf. Fuel cells are electrochemical energy converters in which the reaction gases, such as hydrogen and oxygen, are converted into water, electrical energy and heat. The reaction gases are separated using a polymer membrane, which provides the necessary insulation. A fuel cell has a typical symmetrical structure in which a catalyst layer and a gas distribution layer are arranged on both sides of the polymer membrane, each of which in turn is followed by a bipolar plate. The bipolar plates arranged within the fuel cell fulfill several functions. They are used for the electrical connection of the cells, for supplying and distributing the reaction gases and for supplying and distributing coolant. There is currently still a need for optimization, especially with regard to an effective and homogeneous distribution of the reaction gases over an active area of the bipolar plates.
Einer optimalen Verteilung der Reaktionsgase über einen aktiven Bereich hinweg steht hierbei insbesondere das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser im Wege, das eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase verhindert. Daher ist es zur Steigerung der Effizienz von Brennstoffzellen wirksam, das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser so schnell wie möglich aus der Brennstoffzelle zu entfernen. In this case, the product water produced during the fuel cell reaction, in particular, stands in the way of an optimal distribution of the reaction gases over an active region, which prevents a uniform distribution of the reaction gases. Therefore, it is to increase the efficiency of fuel cells effective to remove the product water formed in the fuel cell reaction from the fuel cell as quickly as possible.
Zwar sind aus dem Stand der Technik bereits Ansätze zur Lösung des Problems bekannt, jedoch haben sich die bekannten Ansätze entweder als nicht ausreichend wirksam oder als konstruktiv sehr aufwändig herausgestellt. Approaches to solving the problem are already known from the prior art, but the known approaches have turned out to be either not sufficiently effective or very complex in terms of design.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. According to a first aspect, the subject matter of the invention is a device having the features of the independent device claim and, according to a second aspect, a method according to the independent method claim. Further features and details of the invention result from the respective dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the device according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to reciprocally.
Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte dient insbesondere einer homogenen Verteilung der Reaktionsgase an die betreffenden Elektrodenflächen einer Brennstoffzelle, was sowohl einen effizienten Betrieb, als auch einen niedrigen Verschleiß ermöglicht. Zudem bewirkt eine effektive Abführung von Produktwasser eine Erhöhung des Frost- und Korrosionsschutzes, da die Ansammlung von Wasser in der Brennstoffzelle weitgehend verhindert wird und dadurch auch die Zeit einer Oberflächenbenetzung mit Wasser minimiert wird. Dies erhöht insbesondere die Lebensdauer eines Brennstoffzellensystems. The surface-optimized bipolar plate according to the invention is used in particular for a homogeneous distribution of the reaction gases to the relevant electrode surfaces of a fuel cell, which enables both efficient operation and low wear. In addition, effective drainage of product water increases protection against frost and corrosion, since the accumulation of water in the fuel cell is largely prevented and the time during which the surface is wetted with water is also minimized. In particular, this increases the service life of a fuel cell system.
Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte für einen verbesserten Wassertransport umfasst hierbei einen aktiven Bereich mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Verteilkanälen zur Verteilung eines Fluids an eine Elektrodenfläche, einen Zuführbereich, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle, einen Abführbereich, vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Abführkanälen zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen, wobei die Verteilkanäle jeweils einen Kanalgrund, zwei endseitig an den Kanalgrund und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke angeordneten Kanalsteg aufweisen, wobei die Verteilkanäle eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei die Kanalstege der Verteilkanäle eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken und/oder der Kanalgrund. The surface-optimized bipolar plate according to the invention for improved water transport comprises an active area with a plurality of distribution channels arranged next to one another for distributing a fluid to an electrode surface, a supply area, preferably with a plurality of supply channels for supplying the fluid to the distribution channels, a discharge area, preferably with a plurality of discharge channels for discharging the fluid from the distribution channels, wherein the distribution channels each have a channel base, two channel flanks arranged at the end on the channel base and opposite one another, and each channel web arranged at the end on each channel flank, the distribution channels having a surface functionalization have, wherein the channel webs of the distribution channels have a different surface functionalization than the channel flanks and / or the channel base.
Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte kann vorzugsweise in einer Brennstoffzelle bzw. in einem Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Ebenso ist die Verwendung der Bipolarplatte als Gasverteilerplatte in Elektrolyseverfahren denkbar. Im Rahmen einer Verwendung der gegenständlichen Bipolarplatte in einem Brennstoffzellensystem kann die Platte vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen zum Einsatz kommen. Ebenso ist ein Einsatz in anderen brennstoffzellenangetriebenen Fortbewegungsmitteln oder auch stationären Systemen denkbar. Unter einem Fluid wird im Rahmen der Erfindung ein zumindest tlw. gasförmiges Medium verstanden, das im vorliegenden Fall vorzugsweise in Form von Wasserstoff, einem wasserstoffreichen Gasgemisch oder Luft bzw. Sauerstoff gebildet sein kann. Unter einer Elektrodenfläche wird im Rahmen der Erfindung ferner die Fläche eines elektrischen Leiters (Anode oder Kathode) verstanden, der mit einem als Gegenelektrode (Anode oder Kathode) fungierenden anderen elektrischen Leiter in elektrischem Kontakt steht. Als Zuführbereich wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein erster Bereich der Bipolarplatte bezeichnet, der vor einem aktiven Bereich angeordnet ist und insbesondere zur Zuführung des zu verteilenden Fluids in die Verteilkanäle des aktiven Bereichs dient. Vorzugsweise kann der Zuführbereich Zuführkanäle ausweisen. Die Zuführkanäle des Zuführbereichs können dabei vorzugsweise allesamt in einer den Zuführkanälen vorgeordneten Zuführkammer zusammengeführt sein. Als Abführbereich wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ferner ein dritter Bereich der Bipolarplatte bezeichnet, der nach einem aktiven Bereich angeordnet ist und insbesondere zur Abführung des zu verteilenden Fluids aus den Verteilkanälen des aktiven Bereichs dient. Vorzugsweise kann der Abführbereich Abführkanäle ausweisen. Die Abführkanäle des Abführbereichs können dabei vorzugsweise allesamt in einer den Abführkanälen nachgeordneten Abführkammer münden. Als aktiver Bereich wird erfindungsgemäß ferner der zwischen dem Zuführ- und dem Abführbereich angeordnete Bereich verstanden, der insbesondere der Verteilung der Fluide an die Elektrodenoberfläche dient. Unter einem Kanalgrund eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals kann gegenständlich vorzugsweise die Grundfläche einer Bipolarplatte verstanden werden, an die endständig - bspw. im Wesentlichen senkrecht - die Kanalflanken eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals angeordnet sein können. Darüber hinaus kann der Kanalgrund eines Verteilkanals, eines Zuführkanals oder eines Abführkanals vorzugsweise parallel zu den Kanalstegen des Verteilkanals, des Zuführkanals oder des Abführkanals angeordnet sein. Unter Oberflächenfunktionalisierung kann im Rahmen der Erfindung insbesondere die Modifikation oder Bearbeitung einer Oberfläche verstanden werden, durch die die attraktiven und repulsiven Wechselwirkungen der Oberfläche gegenüber anderen Stoffen und Materialien, insbesondere gegenüber hydrophilen und hydrophoben Gruppen beeinflusst, vorzugsweise massiv beeinflusst werden. Bspw. können durch die Oberflächenfunktionalisierung attraktive und/oder repulsive Wechselwirkungen verstärkt oder geschwächt werden. Neben Kanalstrukturen, wie Zuführ- und Abführkanälen können die Zuführbereiche und Abführbereiche auch andere Strukturen, wie bspw. Pfosten- bzw. Stegstrukturen oder poröse Strukturen aufweisen, wobei eine Verteilung von Fluiden aus den Verteilkanälen und in die Verteilkanäle des aktiven Bereiches bspw. indirekt über Drückabfälle erfolgen kann, die sich von den Zuführbereichen zu den Verteilkanälen bzw. von den Verteilkanälen zu den Abführbereichen erstrecken. The surface-optimized bipolar plate according to the invention can preferably be used in a fuel cell or in a fuel cell system. The use of the bipolar plate as a gas distribution plate in electrolysis processes is also conceivable. When using the bipolar plate in question in a fuel cell system, the plate can preferably be used in a motor vehicle or the like. Use in other fuel cell-powered means of transportation or stationary systems is also conceivable. Within the scope of the invention, a fluid is understood to mean an at least partially gaseous medium, which in the present case can preferably be formed in the form of hydrogen, a hydrogen-rich gas mixture or air or oxygen. In the context of the invention, an electrode surface is also understood to be the surface of an electrical conductor (anode or cathode) which is in electrical contact with another electrical conductor functioning as a counter-electrode (anode or cathode). In the context of the invention, a first area of the bipolar plate is preferably referred to as the feed area, which is arranged in front of an active area and is used in particular for feeding the fluid to be distributed into the distribution channels of the active area. The feed area can preferably have feed channels. The feed channels of the feed area can preferably all be brought together in a feed chamber arranged upstream of the feed channels. In the context of the invention, a third area of the bipolar plate is preferably also referred to as a discharge area, which is arranged downstream of an active area and serves in particular to discharge the fluid to be distributed from the distribution channels of the active area. The discharge area can preferably have discharge channels. The discharge channels of the discharge area can preferably all of them open into a discharge chamber downstream of the discharge channels. According to the invention, the active area is also understood to mean the area arranged between the feed area and the discharge area, which serves in particular to distribute the fluids to the electrode surface. A channel base of a distribution channel, a supply channel or a discharge channel can be understood as preferably the base area of a bipolar plate on which the channel flanks of a distribution channel, a supply channel or a discharge channel can be arranged terminally - e.g. essentially perpendicularly. In addition, the channel base of a distribution channel, a feed channel or a discharge channel can preferably be arranged parallel to the channel webs of the distribution channel, the feed channel or the discharge channel. Within the scope of the invention, surface functionalization can be understood in particular as the modification or processing of a surface, through which the attractive and repulsive interactions of the surface with respect to other substances and materials, in particular with respect to hydrophilic and hydrophobic groups, are influenced, preferably massively influenced. For example, attractive and/or repulsive interactions can be strengthened or weakened by surface functionalization. In addition to channel structures, such as feed and discharge channels, the feed and discharge areas can also have other structures, such as post or web structures or porous structures, with fluids being distributed from the distribution channels and into the distribution channels of the active area, for example indirectly via pressure drops can take place, which extend from the feed areas to the distribution channels or from the distribution channels to the discharge areas.
Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass durch die unterschiedliche Oberflächenfunktionalisierung von Kanalstegen und von Kanalflanken und/oder eines Kanalgrundes von Führungskanälen einer Bipolarplatte auf konstruktiv einfache Weise, Wasser schnell und zielgerichtet geführt werden kann, sodass durch die unterschiedliche Oberflächenfunktionalisierung eine effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle ermöglicht wird. Within the scope of the invention, it has been recognized that the different surface functionalization of channel webs and channel flanks and/or a channel base of guide channels of a bipolar plate can be used to quickly and purposefully guide water in a structurally simple manner, so that product water can be effectively drained off by the different surface functionalization from a fuel cell is made possible.
Im Hinblick auf eine besonders effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle kann gegenständlich vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Zuführbereich eine Mehrzahl von Zuführkanälen zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle und der Abführbereich eine Mehrzahl von Abführkanälen zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen umfasst, wobei die Zuführkanäle und die Abführkanäle jeweils einen Kanalgrund, zwei endseitig an den Kanalgrund und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke angeordneten Kanalsteg aufweisen, wobei vorzugsweise auch die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei insbesondere die Kanalstege eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken und/oder der Kanalgrund. Über eine zielgerichtete Oberflächenfunktionalisierung, bei der unterschiedliche Bereiche der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle unterschiedlich oberflächenfunktionalisiert sind, ist insbesondere möglich, die Effektivität einer Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle weiter zu optimieren. With regard to a particularly effective removal of product water from a fuel cell, it can advantageously be provided that the supply area comprises a plurality of supply channels for supplying the fluid to the distribution channels and the discharge area comprises a plurality of discharge channels for discharging the fluid from the distribution channels, wherein the supply channels and the discharge channels each have a channel base, two channel flanks arranged at the end on the channel base and opposite one another and each have a channel web arranged at the end on each channel flank, with the feed channels and/or the discharge channels preferably also having a surface functionalization, with the channel webs in particular having a different surface functionalization than the channel flanks and/or the channel base. Targeted surface functionalization, in which different areas of the feed channels and/or the discharge channels are surface functionalized differently, makes it possible in particular to further optimize the effectiveness of removing product water from a fuel cell.
Im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle kann gegenständlich vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass eine Oberflächenfunktionalisierung in Form einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung ausgebildet ist. Unter einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung kann insbesondere verstanden werden, dass nur Teilbereiche einer betreffenden Oberfläche hyd rophilisiert und/oder hydrophobisiert sind. In the context of an effective discharge of product water from a fuel cell, it can advantageously also be provided that a surface functionalization is formed in the form of at least partially hydrophobicization and/or at least partially hydrophilicization. At least partial hydrophobicization and/or at least partial hydrophilicization can be understood in particular as meaning that only partial areas of a relevant surface are hydrophilized and/or hydrophobicized.
Um Produktwasser besonders schnell und effektiv aus einer Brennstoffzelle zu befördern, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kanalstege der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest teilweise hydrophobisiert sind. Die Kanalstege sind hierbei die Orte, die in unmittelbarer Nähe zur Gasverteilerschicht angeordnet - und hauptverantwortlich für den Austausch der Reaktionsgase an die Gasverteilerschicht sind. An diesen Orten ist es daher besonders wichtig, Produktwasser fern zu halten, um den Gasaustausch nicht zu stören. In order to convey product water out of a fuel cell particularly quickly and effectively, it can advantageously be provided that the channel webs of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially hydrophobicized. In this case, the channel webs are the locations which are arranged in the immediate vicinity of the gas distribution layer and are primarily responsible for the exchange of the reaction gases to the gas distribution layer. It is therefore particularly important at these locations to keep product water away in order not to disturb the gas exchange.
Um Produktwasser besonders schnell und effektiv aus einer Brennstoffzelle zu befördern, kann es ebenso vorteilhaft sein, wenn der Kanalgrund und/oder die Kanalflanken der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. hyd rophilisiert sind. Eine zumindest tlw. Hydrophilisierung des Kanalgrundes und der Kanalflanken ermöglichst hierbei insbesondere das Produktwasser innerhalb der Kanäle zu binden und dadurch schnellstmöglich durch die Kanäle aus der Brennstoffzelle zu befördern, um gleichermaßen die Kanalstege von Produktwasser frei zu halten und den Gasaustausch nicht zu stören. In order to convey product water particularly quickly and effectively from a fuel cell, it can also be advantageous if the channel base and/or the channel flanks of the distribution channels and/or the feed channels and/or the Drainage channels are at least partially hydrophilized. At least partial hydrophilization of the channel base and the channel flanks makes it possible to bind the product water within the channels and thus to transport it out of the fuel cell as quickly as possible through the channels, in order to keep the channel webs free of product water and not to disturb the gas exchange.
Im Hinblick auf einen schnellen und effektiven Transport von Wasser aus einer Brennstoffzelle, ist es ebenso denkbar, dass die Kanalstege der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. funktionalisiert sind und der Kanalgrund und die Kanalflanken der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle zumindest tlw. funktionalisiert sind, wobei die Funktionalisierung graduell ausgebildet ist, sodass von dem Kanalgrund über die Kanalflanken bis zu den Kanalstegen ein steigender Hydrophobisierungsgrad vorliegt. Unter einem steigenden Hydrophobisierungsgrad wird hierbei insbesondere ein ausgeprägteres hydrophobes Verhalten ausgehend von einem Kanalgrund über die Kanalflanken zu den Kanalstegen verstanden. Ein solches Verhalten kann sich insbesondere darüber ergeben, dass ein Kanalgrund im Wesentlichen hyd rophilisiert modifiziert wird, wohingegen die Kanalflanken teilweise hyd rophilisiert modifiziert werden und die Kanalstege hydrophobisiert werden. With regard to a fast and effective transport of water from a fuel cell, it is also conceivable that the channel webs of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially functionalized and the channel base and the channel flanks of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are at least partially functionalized, the functionalization being gradual, so that there is an increasing degree of hydrophobicization from the channel base via the channel flanks to the channel webs. In this context, an increasing degree of hydrophobicization is understood to mean, in particular, a more pronounced hydrophobic behavior starting from a channel base via the channel flanks to the channel webs. Such behavior can result in particular from the fact that a channel base is essentially modified to be hydrophilic, whereas the channel flanks are modified to be partially hydrophilic and the channel webs are hydrophobic.
Im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle, ist es zudem vorstellbar, dass zusätzlich weitere Teile der Bipolarplatte eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, vorzugsweise die Fluiddurchführbereiche und/oder die Portbereiche der Bipolarplatte. Eine entsprechende Funktionalisierung weiterer Teile, wie der Fluiddurchführbereiche und/oder der Portbereiche trägt dabei zudem zu einem besseren Frostschutz und Korrosionsschutz bei, da diese Stellen ansonsten häufig die Gefahr von Wasserrückständen und damit verbundenen Frostschäden oder Korrosionsschäden darstellen. In the context of an effective removal of product water from a fuel cell, it is also conceivable that additional parts of the bipolar plate have a surface functionalization, preferably the fluid passage areas and/or the port areas of the bipolar plate. Appropriate functionalization of other parts, such as the fluid passage areas and/or the port areas, also contributes to better frost protection and corrosion protection, since these areas often pose the risk of water residues and associated frost damage or corrosion damage.
Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest tlw. in Form von Beschichtungen, vorzugsweise in Form eines Lackes gebildet sind. Auf diese Weise können zur unterschiedlichen Beschichtung der Kanalstege und der Kanalflanken und/oder des Kanalgrundes eines Verteilkanals, eines Abführkanals oder eines Zuführkanals bspw. unterschiedliche Beschichtungen aufgetragen werden, die einen unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Charakter aufweisen. With regard to an effective, long-lasting and constructively simple possibility of introducing a surface functionalization, it can be specifically provided that the surface functionalizations are formed at least partly in the form of coatings, preferably in the form of a paint. In this way, different coatings, for example, can be applied for the different coating of the channel webs and the channel flanks and/or the channel base of a distribution channel, a discharge channel or a supply channel, which have a different hydrophilic and hydrophobic character.
Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann gegenständlich ebenso vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest tlw. in Form einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise in Form einer Laserstrukturierung gebildet ist. Auf diese Weise können zur unterschiedlichen Beschichtung der Kanalstege und der Kanalflanken und/oder des Kanalgrundes eines Verteilkanals, eines Abführkanals oder eines Zuführkanals bspw. unterschiedliche Strukturierungen in die Oberflächen eingearbeitet werden, die einen unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Charakter der Oberflächen erzeugen. Im Rahmen der Erfindung ist dabei erkannt worden, dass eine zielgerichtete Funktionalisierung einer Oberfläche, bspw. eine Hydrophilisierung oder Hydrophobisierung allein durch die Strukturierung einer Oberfläche erreicht werden kann. Eine Strukturierung kann hierbei bspw. über die Bestrahlung mit Laserlicht, vorzugsweise im UV oder im VIS-Bereich erfolgen. Denkbar sind jedoch auch andere Spektralbereiche, wie Röntgenstrahlung oder auch niederenergetische Strahlung im IR-Bereich. Vorteilhafterweise kann dabei zur Strukturierung einer Oberfläche gepulste Laserstrahlung verwendet werden. Im Rahmen einer Strukturierung einer Oberfläche können bspw. feine Spitzen, Ausnehmungen oder Erhebungen eingeführt werden, die durch ihre Struktur hydrophobe oder hydrophile Effekte, wie Lotuseffekte oder dergleichen erzielen. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Oberflächenfunktionalisierung über ein Beschichtungsverfahren oder ein Laserstrukturierungsverfahren auch beide Verfahren gemeinsam verwendet werden können, um eine entsprechende Funktionalisierung zu erreichen. Hierbei können die Verfahren sowohl gleichzeitig, als auch nacheinander angewendet werden. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Brennstoffzelle, umfassend eine, insbesondere eine Mehrzahl von voranstehend beschriebenen Bipolarplatten. With regard to an effective, long-lasting and constructively simple possibility of introducing a surface functionalization, it can also be provided that the surface functionalization is formed at least partially in the form of a surface structuring, preferably in the form of a laser structuring. In this way, for example, different structures can be incorporated into the surfaces for different coating of the channel webs and the channel sides and/or the channel base of a distribution channel, a discharge channel or a supply channel, which produce a different hydrophilic and hydrophobic character of the surfaces. In the context of the invention, it was recognized that a targeted functionalization of a surface, for example hydrophilicization or hydrophobicization, can be achieved solely by structuring a surface. In this case, structuring can take place, for example, by irradiation with laser light, preferably in the UV or in the VIS range. However, other spectral ranges are also conceivable, such as X-rays or low-energy radiation in the IR range. Advantageously, pulsed laser radiation can be used to structure a surface. Within the scope of structuring a surface, for example, fine points, recesses or elevations can be introduced, which, thanks to their structure, achieve hydrophobic or hydrophilic effects, such as lotus effects or the like. It goes without saying that, as an alternative to surface functionalization via a coating process or a laser structuring process, both processes can also be used together in order to achieve a corresponding functionalization. The methods can be used both simultaneously and sequentially. The subject of the invention is also a fuel cell, comprising one, in particular a plurality of, bipolar plates described above.
Darüber hinaus wird vorliegend ein Kraftfahrzeug, umfassend eine voranstehend beschriebene Brennstoffzelle, insbesondere umfassend eine Mehrzahl an voranstehend beschriebenen Bipolarplatten beansprucht. In addition, a motor vehicle comprising a fuel cell as described above, in particular comprising a plurality of bipolar plates described above, is claimed in the present case.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Bipolarplatte. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines optionalen Vorbereitens einer zu behandelnden Bipolarplatte mit einem aktiven Bereich, einem Zuführbereich und einem Abführbereich, eines Behandelns der Oberfläche von Verteilkanälen des aktiven Bereiches und/oder von Zuführkanälen des Zuführbereiches und/oder von Abführkanälen des Abführbereiches zur Funktionalisierung der Oberfläche der Verteilkanäle und/oder der Zuführkanäle und/oder der Abführkanäle, wobei die Verteilkanäle und/oder die Zuführkanäle und/oder die Abführkanäle im Bereich des Kanalgrundes anders behandelt werden als im Bereich der Kanalflanken und/oder der Kanalstege sowie eines optionalen Nachbereitens der zu behandelnden Bipolarplatte. Damit zeigt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte beschrieben worden sind. The invention also relates to a method for producing a surface-optimized bipolar plate, in particular a bipolar plate described above. The method according to the invention comprises the steps of optionally preparing a bipolar plate to be treated with an active area, a feed area and a discharge area, treating the surface of distribution channels of the active area and/or feed channels of the feed area and/or discharge channels of the discharge area for functionalization the surface of the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels, whereby the distribution channels and/or the supply channels and/or the discharge channels are treated differently in the area of the channel base than in the area of the channel flanks and/or the channel webs as well as an optional post-processing of the to be treated. The method according to the invention thus shows the same advantages as have already been described in detail in relation to the surface-optimized bipolar plate according to the invention.
Im Hinblick auf eine effektive, langlebige und konstruktiv einfache Möglichkeit der Einführung einer Oberflächenfunktionalisierung, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Behandeln mittels einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise mittels einer Oberflächenlackierung erfolgt und/oder das Behandeln mittels einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise mittels einer Laserstrukturierung erfolgt. With regard to an effective, long-lasting and constructively simple possibility of introducing a surface functionalization, it can advantageously be provided according to the invention that the treatment takes place by means of a surface coating, preferably by means of a surface coating and/or the treatment by means of a surface structuring, preferably by means of a laser structuring.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. Included the features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate according to the invention for use in a fuel cell in a plan view according to a first exemplary embodiment,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Schnittdarstellung gemäß einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-I aus Fig. 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate according to the invention for use in a fuel cell in a sectional representation according to a section along the section line I-I from FIG. 1 according to a first exemplary embodiment,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 3 shows a schematic representation of the individual steps of a method according to the invention for producing a surface-optimized bipolar plate according to a first exemplary embodiment.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Draufsicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate 2 according to the invention for use in a fuel cell in a top view according to a first embodiment,
Die erfindungsgemäße oberflächenoptimierte Bipolarplatte 2 für einen verbesserten Wassertransport umfasst hierbei einen aktiven Bereich 4 mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Verteilkanälen 6 zur Verteilung eines Fluids an eine Elektrodenfläche 20, einen Zuführbereich 8 mit vorliegend einer Mehrzahl von Zuführkanälen 10 zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle 6, einen Abführbereich 12 mit vorliegend einer Mehrzahl von Abführkanälen 14 zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen 6, wobei die Verteilkanäle 6, die Zuführkanäle 10 und die Abführkanäle 14 jeweils einen Kanalgrund 6a, 10a, 14a (hier nicht erkennbar), zwei endseitig an den Kanalgrund 6a, 10a, 14a und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken 6b, 10b, 14b (hier nicht erkennbar) und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke 6b, 10b, 14b angeordneten Kanalsteg 6c, 10c, 14c (hier nicht erkennbar) aufweisen, wobei zumindest die Verteilkanäle 6 eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei die Kanalstege 6c der Verteilkanäle 6 eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 6b und/oder der Kanalgrund 6a. The surface-optimized bipolar plate 2 according to the invention for improved water transport comprises an active area 4 with a plurality of distribution channels 6 arranged next to one another for distributing a fluid to an electrode surface 20, a supply area 8 with a plurality of supply channels 10 for supplying the fluid to the distribution channels 6 , a discharge area 12 with a plurality of discharge channels 14 for discharging the fluid from the distribution channels 6, with the distribution channels 6, the supply channels 10 and the discharge channels 14 each having a channel base 6a, 10a, 14a (not visible here), two at the ends on the Channel base 6a, 10a, 14a and channel flanks 6b, 10b, 14b arranged opposite one another (here not visible) and each have a channel web 6c, 10c, 14c (not visible here) arranged at the end on each channel flank 6b, 10b, 14b, with at least the distribution channels 6 having a surface functionalization, with the channel webs 6c of the distribution channels 6 having a different surface functionalization, than the channel flanks 6b and/or the channel bottom 6a.
Neben dem aktiven Bereich 4, dem Zuführbereich 8 und dem Abführbereich 12 können zusätzlich auch weitere Teile der Bipolarplatte 2 eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wie bspw. die Fluiddurchführbereiche 18 und/oder die Portbereiche 22 der Bipolarplatte 2. Eine zusätzliche Oberflächenfunktionalisierung dieser Bereiche würde nicht nur einen effektiveren Betrieb einer Brennstoffzelle ermöglichen, sondern auch zu einem besseren Frostschutz beitragen, da insbesondere die Fluiddurchführbereiche 18 und die Portbereiche 22 einer Bipolarplatte 2 häufige Gefahrstellen für Wasserrückstände und damit verbundene Frost- oder Korrosionsschäden sind. In addition to the active area 4, the feed area 8 and the discharge area 12, other parts of the bipolar plate 2 can also have a surface functionalization, such as the fluid passage areas 18 and/or the port areas 22 of the bipolar plate 2. An additional surface functionalization of these areas would not only have one enable more effective operation of a fuel cell, but also contribute to better frost protection, since in particular the fluid passage areas 18 and the port areas 22 of a bipolar plate 2 are frequent danger points for water residues and associated frost or corrosion damage.
Die vorgesehenen Oberflächenfunktionalisierungen können bspw. zumindest tlw. in Form von Beschichtungen, vorzugsweise in Form von Lacken gebildet sein. The surface functionalizations provided can, for example, at least partly be formed in the form of coatings, preferably in the form of lacquers.
Alternativ oder kumulativ können die Oberflächenfunktionalisierungen auch zumindest tlw. in Form einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise in Form einer Laserstrukturierung gebildet sein. Alternatively or cumulatively, the surface functionalizations can also be formed at least partially in the form of surface structuring, preferably in the form of laser structuring.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 für den Einsatz in einer Brennstoffzelle in einer Schnittdarstellung gemäß einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-I aus Fig. 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. FIG. 2 shows a schematic representation of a surface-optimized bipolar plate 2 according to the invention for use in a fuel cell in a sectional representation according to a section along the section line II from FIG. 1 according to a first exemplary embodiment.
Gemäß Fig. 2 ist somit ein Schnitt durch den aktiven Bereich 4 dargestellt. Zur Illustration ist neben der Schnittdarstellung durch die Bipolarplatte 2 noch die bei einem Einsatz der Bipolarplatte 2 in einer Brennstoffzelle unmittelbar an der Bipolarplatte 2 angeordnete Gasverteilerschicht 28 dargestellt, die auf den Kanalstegen 6c der Bipolarplatte 2 aufliegt. Wie bereits zu Fig. 1 ausgeführt wurde, weisen die hier im Detail dargestellten Verteilkanäle 6 eine Oberflächenfunktionalisierung auf, in der die Kanalstege 6c eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 6b und/oder der Kanalgrund 6a, wodurch ein besonders schneller und gezielter Transport des Produktwassers innerhalb der Verteilkanäle 6 möglich ist, was eine besonders effektive Herausführung des Produktwassers aus einer Brennstoffzelle erlaubt. According to FIG. 2, a section through the active region 4 is thus shown. In addition to the sectional view through the bipolar plate 2 , the gas distribution layer 28 that is arranged directly on the bipolar plate 2 when the bipolar plate 2 is used in a fuel cell is also shown for illustration purposes. As already explained in relation to FIG. 1, the distribution channels 6 shown in detail here have a Surface functionalization, in which the channel webs 6c have a different surface functionalization than the channel flanks 6b and/or the channel base 6a, whereby a particularly rapid and targeted transport of the product water within the distribution channels 6 is possible, which means that the product water can be removed particularly effectively from a fuel cell permitted.
Neben einer Oberflächenfunktionalisierung der Verteilkanäle 6 ist es im Rahmen einer effektiven Abführung von Produktwasser vorteilhaft, wenn auch die Zuführkanäle 10 und/oder die Abführkanäle 14 eineIn addition to a surface functionalization of the distribution channels 6, it is advantageous within the framework of an effective discharge of product water if the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 also have a
Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei vorzugsweise die Kanalstege 10c, 14c eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken 10b, 14b und/oder der Kanalgrund 10a, 14a. Have surface functionalization, preferably the channel webs 10c, 14c have a different surface functionalization than the channel flanks 10b, 14b and / or the channel base 10a, 14a.
Vorteilhafterweise kann hierbei vorgesehen sein, dass die Oberflächenfunktionalisierung in Form einer zumindest tlw. Hydrophobisierung und/oder einer zumindest tlw. Hydrophilisierung ausgebildet ist. Advantageously, it can be provided that the surface functionalization is in the form of an at least partially hydrophobicization and/or an at least partially hydrophilicization.
Um einen effektiven Gasaustausch mit der Gasverteilerschicht 28 und damit einen effektiven Betrieb zu gewährleisten, können die Kanalstege 6c, 10c, 14c der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. hydrophobisiert sein. In order to ensure effective gas exchange with the gas distribution layer 28 and thus effective operation, the channel webs 6c, 10c, 14c of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 can be at least partially hydrophobicized.
Im Hinblick auf einen schnellen Transport des Produktwassers durch die Kanäle 6, 10, 14 kann ferner vorgesehen sein, dass der Kanalgrund 6a, 10a, 14a und/oder die Kanalflanken 6b, 10b, 14b der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. hyd rophilisiert sind. With regard to rapid transport of the product water through the channels 6, 10, 14, it can also be provided that the channel base 6a, 10a, 14a and/or the channel flanks 6b, 10b, 14b of the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or or the discharge channels 14 are at least partially hydrophilized.
Im Rahmen einer besonders effektiven Abführung des Produktwassers kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Kanalstege 6c, 10c, 14c der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. funktionalisiert sind und der Kanalgrund 6a, 10a, 14a und die Kanalflanken 6b, 10b, 14b der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14 zumindest tlw. funktionalisiert sind, wobei die Funktionalisierung graduell ausgebildet ist, sodass von dem Kanalgrund 6a, 10a, 14a über die Kanalflanken 6b, 10b, 14b bis zu den Kanalstegen 6c, 10c, 14c ein steigender Hydrophobisierungsgrad vorliegt. In the context of a particularly effective removal of the product water, provision can be made in particular for the channel webs 6c, 10c, 14c of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 to be at least partially functionalized and the channel base 6a, 10a, 14a and the channel flanks 6b, 10b, 14b of the distribution channels 6 and/or the supply channels 10 and/or the discharge channels 14 are at least partially functionalized, the functionalization being formed gradually, so that from the channel bottom 6a, 10a, 14a over the channel flanks 6b, 10b, 14b up to the channel webs 6c, 10c, 14c there is an increasing degree of hydrophobization.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. FIG. 3 shows a schematic representation of the individual steps of a method according to the invention for producing a surface-optimized bipolar plate 2 according to a first exemplary embodiment.
Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines optionalen Vorbereitens 30 einer zu behandelnden Bipolarplatte 2 mit einem aktiven Bereich 4, einem Zuführbereich 8 und einem Abführbereich 12, eines Behandelns 32 der Oberfläche von Verteilkanälen 6 des aktiven Bereiches 4 und/oder von Zuführkanälen 10 des Zuführbereiches 8 und/oder von Abführkanälen 14 des Abführbereiches 12 zur Funktionalisierung der Oberfläche der Verteilkanäle 6 und/oder der Zuführkanäle 10 und/oder der Abführkanäle 14, wobei die Verteilkanäle 6 und/oder die Zuführkanäle 10 und/oder die Abführkanäle 14 im Bereich des Kanalgrundes 6a, 10a, 14a anders behandelt werden als im Bereich der Kanalflanken 6b, 10b, 14b und/oder der Kanalstege 6c, 10c, 14c sowie eines optionalen Nachbereitens 34 der zu behandelnden Bipolarplatte 2. The method according to the invention comprises the steps of an optional preparation 30 of a bipolar plate 2 to be treated with an active area 4, a feed area 8 and a discharge area 12, a treatment 32 of the surface of distribution channels 6 of the active area 4 and/or of feed channels 10 of the feed area 8 and/or discharge channels 14 of the discharge area 12 for functionalizing the surface of the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or the discharge channels 14, with the distribution channels 6 and/or the feed channels 10 and/or the discharge channels 14 in the area of the channel base 6a, 10a, 14a are treated differently than in the area of the channel flanks 6b, 10b, 14b and/or the channel webs 6c, 10c, 14c and an optional post-processing 34 of the bipolar plate 2 to be treated.
Vorteilhafterweise kann das Behandeln 32 mittels einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise mittels einer Oberflächenlackierung und/oder mittels einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise mittels einer Laserstrukturierung erfolgen. The treatment 32 can advantageously take place by means of a surface coating, preferably by means of a surface coating and/or by means of a surface structuring, preferably by means of a laser structuring.
Mittels der erfindungsgemäßen unterschiedlichen Oberflächenfunktionalisierung von Kanalstegen und von Kanalflanken und/oder eines Kanalgrundes von Führungskanälen einer Bipolarplatte ist es auf konstruktiv einfache Weise möglich, Wasser schnell und zielgerichtet zu führen und somit eine effektive Abführung von Produktwasser aus einer Brennstoffzelle zu ermöglichen. Dies erlaubt nicht nur einen verbesserten Gasaustausch und dadurch einen effektiveren Betrieb, sondern senkt auch das das Risiko von Frost- und Korrosionsschäden. Using the inventive different surface functionalization of channel webs and channel flanks and/or a channel base of guide channels of a bipolar plate, it is possible in a structurally simple manner to conduct water quickly and in a targeted manner and thus to enable product water to be effectively discharged from a fuel cell. This not only allows improved gas exchange and thus more effective operation, but also reduces the risk of frost and corrosion damage.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) für einen verbesserten Wassertransport, umfassend: 1. Surface-optimized bipolar plate (2) for improved water transport, comprising:
- einen aktiven Bereich (4) mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Verteilkanälen (6) zur Verteilung eines Fluids an eine Elektrodenfläche (20), - an active region (4) with a plurality of distribution channels (6) arranged next to one another for distributing a fluid to an electrode surface (20),
- einen Zuführbereich (8), vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Zuführkanälen - A feed area (8), preferably with a plurality of feed channels
(10) zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle (6), (10) for supplying the fluid to the distribution channels (6),
- einen Abführbereich (12), vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Abführkanälen - A discharge area (12), preferably with a plurality of discharge channels
(14) zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen (6),(14) for discharging the fluid from the distribution channels (6),
- wobei die Verteilkanäle (6) einen Kanalgrund (6a), zwei endseitig an den Kanalgrund (6a) und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken (6b) und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke (6b) angeordneten Kanalsteg (6c) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilkanäle (6) eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei die Kanalstege (6c) der Verteilkanäle (6) eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken (6b) und/oder der Kanalgrund (6b). - wherein the distribution channels (6) have a channel base (6a), two channel flanks (6b) arranged at the end on the channel base (6a) and opposite one another and one channel web (6c) arranged at the end on each channel flank (6b), characterized in that the distribution channels (6) have a surface functionalization, the channel webs (6c) of the distribution channels (6) having a different surface functionalization than the channel flanks (6b) and/or the channel base (6b).
2. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführbereich (8) eine Mehrzahl von Zuführkanälen (10) zur Zuführung des Fluids an die Verteilkanäle (6) und der Abführbereich (12) eine Mehrzahl von Abführkanälen (14) zur Abführung des Fluids aus den Verteilkanälen (6) umfasst, wobei die Zuführkanäle (10) und die Abführkanäle (14) jeweils einen Kanalgrund (10a, 14a), zwei endseitig an den Kanalgrund (10a, 14a) und gegenüberliegend voneinander angeordnete Kanalflanken (10b, 14b) und jeweils einen endseitig an jede Kanalflanke angeordneten Kanalsteg (10c, 14c) aufweisen, wobei vorzugsweise auch die Zuführkanäle (10) und/oder die Abführkanäle (14) eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, wobei insbesondere die Kanalstege (10c, 14c) eine andere Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, als die Kanalflanken (10b, 14b) und/oder der Kanalgrund (10a, 14a). 2. Surface-optimized bipolar plate (2) according to claim 1, characterized in that the feed area (8) has a plurality of feed channels (10) for feeding the fluid to the distribution channels (6) and the discharge area (12) has a plurality of discharge channels (14) for discharging the fluid from the distribution channels (6), the supply channels (10) and the discharge channels (14) each having a channel base (10a, 14a), two ends on the channel base (10a, 14a) and opposite one another channel flanks (10b, 14b) arranged apart from one another and each having a channel web (10c, 14c) arranged at the end of each channel flank, with the supply channels (10) and/or the discharge channels (14) preferably also having a surface functionalization, with the channel webs (10c , 14c) have a different surface functionalization than the channel flanks (10b, 14b) and/or the channel base (10a, 14a).
3. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenfunktionalisierung in Form einer zumindest teilweisen Hydrophobisierung und/oder einer zumindest teilweisen Hydrophilisierung ausgebildet ist. 3. Surface-optimized bipolar plate (2) according to claim 1 or 2, characterized in that a surface functionalization is formed in the form of at least partial hydrophobicization and/or at least partial hydrophilicization.
4. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstege (6c, 10c, 14c) der Verteilkanäle (6) und/oder der Zuführkanäle (10) und/oder der Abführkanäle (14) zumindest teilweise hydrophobisiert sind. 4. Surface-optimized bipolar plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel webs (6c, 10c, 14c) of the distribution channels (6) and/or the supply channels (10) and/or the discharge channels (14) are at least partially hydrophobicized are.
5. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalgrund (6a, 10a, 14a) und/oder die Kanalflanken (6b, 10b, 14b) der Verteilkanäle (6) und/oder der Zuführkanäle (10) und/oder der Abführkanäle (14) zumindest teilweise hydrophilisiert sind. 5. Surface-optimized bipolar plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel base (6a, 10a, 14a) and/or the channel flanks (6b, 10b, 14b) of the distribution channels (6) and/or the supply channels (10 ) and/or the discharge channels (14) are at least partially hydrophilized.
6. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstege (6c, 10c, 14c) der Verteilkanäle (6) und/oder der Zuführkanäle (10) und/oder der Abführkanäle (14) zumindest teilweise funktionalisiert sind und der Kanalgrund (6a, 10a, 14a) und die Kanalflanken (6b, 10b, 14b) der Verteilkanäle (6) und/oder der Zuführkanäle (10) und/oder der Abführkanäle (14) zumindest teilweise funktionalisiert sind, wobei die Funktionalisierung graduell ausgebildet ist, sodass von dem Kanalgrund (6a, 10a, 14a) über die Kanalflanken (6b, 10b, 14b) bis zu den Kanalstegen (6c, 10c, 14c) ein steigender Hydrophobisierungsgrad vorliegt. 6. Surface-optimized bipolar plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel webs (6c, 10c, 14c) of the distribution channels (6) and/or the supply channels (10) and/or the discharge channels (14) are at least partially functionalized are and the channel base (6a, 10a, 14a) and the channel flanks (6b, 10b, 14b) of the distribution channels (6) and / or Supply channels (10) and/or the discharge channels (14) are at least partially functionalized, with the functionalization being formed gradually, so that from the channel base (6a, 10a, 14a) via the channel flanks (6b, 10b, 14b) to the channel webs ( 6c, 10c, 14c) there is an increasing degree of hydrophobization.
7. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere Teile der Bipolarplatte (2) eine Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, vorzugsweise die Fluiddurchführbereiche (18) und/oder die Portbereiche (22) der Bipolarplatte (2). 7. Surface-optimized bipolar plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that additional parts of the bipolar plate (2) have a surface functionalization, preferably the fluid passage areas (18) and / or the port areas (22) of the bipolar plate (2).
8. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest teilweise in Form von Beschichtungen, vorzugsweise in Form eines Lackes gebildet sind. 8. Surface-optimized bipolar plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface functionalizations are formed at least partially in the form of coatings, preferably in the form of a lacquer.
9. Oberflächenoptimierte Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenfunktionalisierungen zumindest teilweise in Form einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise in Form einer Laserstrukturierung gebildet ist. 9. Surface-optimized bipolar plate (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface functionalization is formed at least partially in the form of a surface structuring, preferably in the form of a laser structuring.
10. Verfahren zur Herstellung einer oberflächenoptimierten Bipolarplatte (2), insbesondere einer Bipolarplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: 10. A method for producing a surface-optimized bipolar plate (2), in particular a bipolar plate (2) according to any one of the preceding claims, comprising the steps:
- Optionales Vorbereiten (30) einer zu behandelnden Bipolarplatte (2) mit einem aktiven Bereich (4), einem Zuführbereich (8) und einem Abführbereich (10), - Optional preparation (30) of a bipolar plate (2) to be treated with an active area (4), a delivery area (8) and a removal area (10),
- Behandeln (32) der Oberfläche von Verteilkanälen (6) des aktiven Bereiches (4) und/oder von Zuführkanälen (10) des Zuführbereiches (8) und/oder von Abführkanälen (14) des Abführbereiches (12) zur Funktionalisierung der Oberfläche der Verteilkanäle (6) und/oder der Zuführkanäle (10) und/oder der Abführkanäle (14), wobei die Verteilkanäle (6) und/oder die Zuführkanäle (10) und/oder die Abführkanäle (14) im Bereich des Kanalgrundes (6a, 10a, 14a) anders behandelt werden als im Bereich der Kanalflanken (6b, 10b, 14b) und/oder der Kanalstege (6c, 10c, 14c), - Treating (32) the surface of distribution channels (6) of the active area (4) and/or of feed channels (10) of the feed area (8) and/or of discharge channels (14) of the discharge area (12) to functionalize the surface of the distribution channels (6) and/or the feed ducts (10) and/or the discharge ducts (14), the distribution ducts (6) and/or the feed ducts (10) and/or the discharge ducts (14) being in the area of the duct base (6a, 10a , 14a) are treated differently than in the area of the channel flanks (6b, 10b, 14b) and/or the channel webs (6c, 10c, 14c),
- Optionales Nachbereiten (34) der zu behandelnden Bipolarplatte (2). - Optional post-processing (34) of the bipolar plate (2) to be treated.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandeln (32) mittels einer Oberflächenbeschichtung, vorzugsweise mittels einer Oberflächenlackierung erfolgt und/oder das Behandeln (32) mittels einer Oberflächenstrukturierung, vorzugsweise mittels einer Laserstrukturierung erfolgt. 11. The method according to claim 10, characterized in that the treatment (32) takes place by means of a surface coating, preferably by means of a surface coating and/or the treatment (32) takes place by means of a surface structuring, preferably by means of a laser structuring.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060099481A1 (en) * 2004-11-11 2006-05-11 Chunxin Ji Electroconductive polymer coating on electroconductive elements in a fuel cell
US20080292940A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrophilic/hydrophobic patterned surfaces and methods of making and using the same
US20090191351A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell bipolar plate with variable surface properties
US20100248072A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Naomi Shida Fuel cell
US20130157166A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-20 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate and fuel cell
WO2016097716A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Intelligent Energy Limited Fuel cell system
JP2020087664A (en) * 2018-11-22 2020-06-04 キヤノンマシナリー株式会社 Flow path and fuel cell
DE102019121670A1 (en) * 2019-08-12 2021-02-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for applying an electrically insulating lacquer layer to a bipolar plate for a fuel cell

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060099481A1 (en) * 2004-11-11 2006-05-11 Chunxin Ji Electroconductive polymer coating on electroconductive elements in a fuel cell
US20080292940A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrophilic/hydrophobic patterned surfaces and methods of making and using the same
US20090191351A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell bipolar plate with variable surface properties
US20100248072A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Naomi Shida Fuel cell
US20130157166A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-20 Industrial Technology Research Institute Bipolar plate and fuel cell
WO2016097716A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Intelligent Energy Limited Fuel cell system
JP2020087664A (en) * 2018-11-22 2020-06-04 キヤノンマシナリー株式会社 Flow path and fuel cell
DE102019121670A1 (en) * 2019-08-12 2021-02-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for applying an electrically insulating lacquer layer to a bipolar plate for a fuel cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHO J I S ET AL: "Capillaries for water management in polymer electrolyte membrane fuel cells", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 43, no. 48, 29 October 2018 (2018-10-29), pages 21949 - 21958, XP085535712, ISSN: 0360-3199, DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2018.10.030 *

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