DE102019209776A1 - Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle - Google Patents

Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200), wobei die Bipolarplatte (150) ein Komposit (100) umfasst. Das Komposit (100) weist ein polymeres Grundmaterial (102) und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial (110) auf, wobei das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest bereichsweise hochgefüllt ausgestaltet ist und das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest einen graphit-basierten thermoplastisches Materialbereich (112) und/oder einen graphit-basierten härtbaren Materialbereich (114) aufweist, wobei das Komposit (100) wenigstens bereichsweise Peroxide umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte (150) sowie eine Brennstoffzelle (200).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen Anspruch 7 sowie eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen Anspruch 10.
  • Stand der Technik
  • Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche chemische Energie eines Brennstoffes durch eine elektrochemische Reaktion in Elektrizität wandelt. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen. Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (Proton-Exchange-Membran, PEM-Brennstoffzelle). In diesen Brennstoffzellentypen sind neben Membranen, Elektroden und einem Katalyt auch sogenannte Bipolarplatten vorgesehen. Diese elektrisch leitenden Platten dienen dazu, den elektrischen Strom als Elektroden zu leiten und außerdem ein Fluid durch entsprechend angeordnete Strömungskanäle zu führen. Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenstapel sind aus abwechselnd übereinander angeordneten Membranelektrodeneinheiten und Bipolarplatten aufgebaut. Hierbei dienen die Bipolarplatten zur Versorgung der Elektroden mit Edukten und zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels. Bipolarplatten bringen zur Aufrechterhaltung der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel die anodenseitig gebildeten Elektroden vorteilhaft unter möglichst geringem elektrischen Widerstand auf die Kathodenseite der benachbarten Zelle. Das bedeutet, dass neben einer guten Bulkleitfähigkeit insbesondere auch die Kontaktübergangswiderstände so gering wie möglich sein sollten. Letztere sind abhängig von der Oberflächenqualität der Platten, dem angrenzenden Kontaktmedium und der applizierten Anpresskraft. Darüber hinaus muss eine hohe Medien-Dichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, sowie eine gute Wärmeableitung und ausreichende mechanische Stabilität sichergestellt werden. Insbesondere für die mechanische Festigkeit der Bipolarplatten ist eine vorteilhafte Materialwahl ausschlaggebend, da die Bipolarplatten als äußere Bauteile einer Brennstoffzelle für gewöhnlich den Anpressdruck in den Zellstapel überleiten.
  • Für die Materialwahl und Ausgestaltung der Bipolarplatten können neben dünnen, strukturgeprägten Metallfolien, die in der Regel einen Korrosionsschutz benötigen und reinen Graphitplatten, die zwar eine hohe chemische Resistenz und gute Kontaktübergangswiderstände zeigen, dafür aber aufwändig zu bearbeiten sind, auch Platten aus hochgefüllten Graphit-basierten thermoplastischen oder härtbaren Kompositen zum Einsatz kommen, welche die guten Funktionseigenschaften von Graphit mit einer einfacheren und kostengünstigeren Formgebung kombinieren.
  • Aus den Druckschriften DE 10 2017 201 703 A1 und WO 2008/049099 A1 gehen Materialvorschläge sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten für Bipolarplatten hervor, wobei die in der WO 2008/049099 A1 vorgeschlagenen Polyhydroxyalkanoate sich in deionisiertem Wasser zersetzen können, insbesondere unter Wärmeeinfluss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zeigt eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
  • Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, die Bipolarplatte umfassend ein Komposit, das Komposit aufweisend ein polymeres Grundmaterial und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial, wobei das graphit-basierte Füllmaterial zumindest bereichsweise hochgefüllt ausgestaltet ist und das graphit-basierte Füllmaterial zumindest einen graphit-basierten thermoplastisches Materialbereich und/oder einen graphit-basierten härtbaren Materialbereich aufweist. Ferner umfasst das Komposit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte wenigstens bereichsweise Peroxide.
  • Die erfindungsgemäße Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle wird aus einem erfindungsgemäßen Komposit hergestellt. Das Komposit weist ein polymeres Grundmaterial, insbesondere in Form einer polymeren Matrix, auf. Innerhalb und um das Grundmaterial weist das Komposit Füllmaterial auf. Als Füllmaterial werden graphit-basierte Füllmaterialien verwendet, wobei die Füllmaterialien innerhalb und um das polymere Grundmaterial zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, hochgefüllt ausgestaltet sind. Die hochgefüllte Ausgestaltung bedeutet, dass die Füllmaterialien, insbesondere das graphit-basierte Füllmaterial, mit einer hohen Dichte innerhalb und/oder um das polymere Grundmaterial verdichtet angeordnet sind. Detailliertere Betrachtungen zu den Gewichts- und Volumenverteilungen des Komposits werden in einem späteren Abschnitt der Beschreibung dieser Erfindung beschrieben. Das graphit-basierte Füllmaterial kann thermoplastisch und/oder härtbar, insbesondere duroplastisch, ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft sind die elektrisch und thermisch leitfähigen Eigenschaften einer derart ausgestalteten Bipolarplatte, maßgeblich, insbesondere ausschließlich, aufgrund der graphit-basierten Füllmaterialien. Eine Bearbeitung des erfindungsgemäßen Komposits zu einer Bipolarplatte und weiterführend zu einer Brennstoffzelle wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren detailliert beschrieben. Aufgrund der hochgefüllten Füllmaterialien kann ein Komposit zur Sprödigkeit neigen. Dies bedeutet, dass aufgrund der dichten Füllung des Füllmaterials eine mögliche Verformung des Komposits, beispielsweise für die weitere Bearbeitung, verringert und/oder eingeschränkt ist. Durch die wenigstens bereichsweise angeordneten Peroxide des Komposits wird eine verbesserte Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ermöglicht. Somit wird eine erfindungsgemäße Bipolarplatte mit verringerter Dicke und/oder Produktionskosten ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das Komposit wenigstens eines der folgenden Zusatzmaterialien umfasst:
    • - Titanate,
    • - Zirkonate,
    • - Polymerweichmacher, insbesondere PP-Wachse.
  • Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Komposit um wenigstens eines der Zusatzmaterialien ergänzt werden, um eine Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits zusätzlich zu verbessern. Durch die Ergänzung von wenigstens einem der genannten Zusatzmaterialien kann die Fließfähigkeit, sprich die mögliche Verformung, des Komposits weiter vergrößert und/oder vereinfacht und damit verbessert werden. Ergänzend zu einer besseren Umformbarkeit ermöglicht die Ergänzung des erfindungsgemäßen Komposits um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien eine verbesserte Haftung des Komposits an einer später noch detailliert beschriebenen metallischen Folie und/oder weiteren konstruktiven Bestandteilen der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle. Insbesondere die Titanate und die Zirkonate können eine Haftkleberfunktion in dem Komposit zu weiteren Elementen der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle ermöglichen. Für die später detailliert beschriebenen Umformungsschritte des Komposits zu einer Bipolarplatte ist eine erhöhte Fließfähigkeit des Komposits besonders vorteilhaft. Eine Ergänzung des Komposits um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien ermöglicht eine dünnere Folienherstellung sowie eine verbesserte Verstreckmöglichkeit aufgrund der verbesserten Schmelze-Fließfähigkeit des Komposits für die Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle. Ein erfindungsgemäßes Komposit mit wenigstens einem Zusatzmaterial kann beispielsweise auf der folgenden chemischen Struktur basieren: (RO-)-nTi-(-O X R' Y)4-n
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das polymere Grundmaterial polymere Ketten aufweist, wobei die polymeren Ketten, insbesondere durch Kettenaufbaureaktionen, Verzweigungen mit den Peroxiden und/oder mit wenigstens einem der Zusatzmaterialien aufweisen. Mittels Verzweigungen der polymeren Ketten des polymeren Grundmaterials mit wenigstens einem der zuvor beschriebenen Zusatzmaterialien und/oder den Peroxiden wird vorteilhaft eine höhere Stabilität innerhalb des Komposits selbst und/oder eine verbesserte Stabilität von dem Komposit zu weiteren Bauteilen der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle ermöglicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das graphit-basierte Füllmaterial Kohlenstofffasern, Graphite, Graphen und/oder Ruße umfasst. Die Ausgestaltung des graphit-basierten Füllmaterials mit Kohlenstofffasern, Graphiten, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und/oder Rußen ermöglicht eine besonders vorteilhafte elektrische und thermische Leitfähigkeit des Füllmaterials. Ebenfalls ermöglicht ein derartig ausgestaltetes Komposit eine einfache und kostengünstige Umformung zu einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte, beispielsweise unter Einwirkung von Kraft und Wärme, wie im erfindungsgemäße Verfahren noch detailliert beschrieben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass zumindest eine metallische Folie in und/oder an dem Komposit angeordnet und/oder befestigt ist. Durch die Ergänzung des Komposits und/oder der Bipolarplatte mit einer metallischen Folie kann beispielsweise ein Mehrschichtkomposit mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt werden. Eine metallische Folie ermöglicht eine einfachere Herstellung einer möglichst dünnen Verbundfolie, welche zu einer Bipolarplatte, insbesondere einer möglichst dünnen Bipolarplatte, weiterverarbeitet werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das Komposit zu 80 bis 95 Gew.-% aus dem graphit-basierten Füllmaterial besteht. Das hochgefüllte Komposit der Bipolarplatte kann bevorzugt einen Gewichtsprozentanteil von 80 bis 95 Gew.-% für das graphit-basierten Füllmaterial aufweisen. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ermöglicht eine vorteilhafte hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit mit geringem Kosten- und Zeitaufwand für die Produktion.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, die Bipolarplatte umfassend ein Komposit, das Komposit aufweisend ein polymeres Grundmaterial und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial, wobei die Bipolarplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet ist, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
    • - Erzeugung einer Preform aus dem Komposit,
    • - Prägen, Pressen, Kalandrieren und/oder Tiefziehen der Preform aus dem Komposit zu einer Bipolarplatte.
  • Als erfindungsgemäße Preform kann ein extrudiertes Profil, eine Platte, eine Folie oder ein anderweitig ausgestaltete grobe Formgebung des Komposits vor der Verarbeitung der Preform zu einer Bipolarplatte verstanden werden. Die Preform kann mittels verschiedener Umform-, Schneid- und/oder Spantechniken aus dem Komposit erzeugt werden. Die erzeugte Preform wird mittels Prägen, Pressen, Tiefziehen und/oder weiteren Umformtechniken und/oder spanender Nachbearbeitung zu einer Bipolarplatte geformt und/oder bearbeitet. Vorteilhaft ist ein derart ausgestaltetes Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle aufgrund der vorteilhaft möglichen dünnen Ausgestaltung der Bipolarplatten durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die guten Fließ- und Umformeigenschaften des Komposits. Das Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst:
    • - Anordnung und/oder Befestigung einer metallischen Folie an der
  • Preform und/oder an einem aus der Preform erzeugten Halbzeug.
    Durch die Ergänzung des Komposits, der Preform und/oder der Bipolarplatte mit einer metallischen Folie kann beispielsweise ein Mehrschichtkomposit mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt werden. Eine metallische Folie ermöglicht eine einfachere Herstellung einer möglichst dünnen Preform, beispielsweise in Form einer Verbundfolie, welche zu einer Bipolarplatte, insbesondere einer möglichst dünnen Bipolarplatte, weiterverarbeitet werden kann. Eine Anordnung und/oder Befestigung der metallischen Folie kann vorzugsweise als eine Haftung der metallischen Folie an dem Komposit, der Preform und/oder der Bipolarplatte verstanden werden. Eine derartige Haftung wird durch die zuvor beschriebenen Zusatzmaterialien verbessert und/oder verstärkt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erzeugung einer Preform aus dem Komposit ein Kalandrieren des Komposits zu einem Halbzeug und/oder zu einer Verbundfolie umfasst. Die Erzeugung einer Preform aus dem erfindungsgemäßen Komposit kann beispielsweise die Verfahrensschritte des Kalandrierens umfassen. Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine besonders dünne, gleichmäßige und einfach herzustellende Preform in Form eines Halbzeugs und/oder einer Verbundfolie. Das Kalandrieren des Komposits ist mit dem geringen Aufwand für Zeit und Kosten verbunden und folglich vorteilhaft für eine Serienfertigung der erfindungsgemäßen Bipolarplatte geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren die Erzeugung einer Preform aus dem Komposit mittels Extrudieren oder anderen Umformtechniken erzeugen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle mit einem Elektrolyten, zwei Elektroden, zwei Gasdiffusionsschichten und zwei Bipolarplatten. Die Bipolarplatten sind nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 eine Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits mit einem polymeren Grundmaterial und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich ausgestaltet ist,
    • 2 eine Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits mit einem polymeren Grundmaterial und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich ausgestaltet ist, und einem Zusatzmaterial sowie einer metallischen Folie,
    • 3 einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Halbzeugs aus einer Preform aus einem Komposit,
    • 4 eine Brennstoffzelle mit einem Elektrolyten, zwei Elektroden, zwei Gasdiffusionsschichten und zwei Bipolarplatten.
  • In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist eine schematische Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits 100 einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) mit einem polymeren Grundmaterial 102 und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial 110 gezeigt, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial 110 bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich 112 und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich 114 ausgestaltet ist. Das Komposit 100 weist ein polymeres Grundmaterial 102, beispielhaft in Form einer polymeren Matrix, auf. Innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 weist das Komposit 100 Füllmaterial 110 auf. Als Füllmaterial 110 werden graphit-basierte Füllmaterialien 110 verwendet, wobei die Füllmaterialien 110 innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, hochgefüllt ausgestaltet sind. Dies bedeutet, dass die Füllmaterialien 110 mit einer hohen Dichte innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 verdichtet angeordnet sind. Die weitestgehend homogene und/oder symmetrische Anordnung der Materialien 102, 110 innerhalb des Komposits 100 ist beispielhaft gewählt und kann vorteilhafte homogene Stoffeigenschaften des Komposits 100 ermöglichen.
  • In 2 ist eine schematische Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits 100 einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) mit einem polymeren Grundmaterial 102 und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial 110, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial 110 bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich 112 und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich 114 ausgestaltet ist, gezeigt. Über die Ausführungen zu der Materialzusammensetzung des Komposits 100 in 1 weist die Materialzusammensetzung des Komposits 100 in 2 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens eine Zusatzmaterial 116, um eine Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits 100 zu verbessern. Aufgrund der hochgefüllten Füllmaterialien 110 kann ein Komposit 100 zur Sprödigkeit neigen. Dies bedeutet, dass aufgrund der dichten Füllung des Füllmaterials 110 eine mögliche Verformung des Komposits 100, beispielsweise für die weitere Bearbeitung, verringert und/oder eingeschränkt ist. Durch die Ergänzung von wenigstens einem der genannten Zusatzmaterialien 116 kann die Fließfähigkeit, sprich die mögliche Verformung, des Komposits 100 vergrößert und/oder vereinfacht und damit verbessert werden. Ergänzend zu einer besseren Umformbarkeit ermöglicht die Ergänzung des erfindungsgemäßen Komposits 100 um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien 116 eine verbesserte Haftung des Komposits 100 an einer metallischen Folie 120. Eine Ergänzung des Komposits 100 um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien 116 ermöglicht eine dünnere Folienherstellung sowie eine verbesserte Verstreckmöglichkeit aufgrund der verbesserten Schmelze-Fließfähigkeit des Komposits 100 für die Herstellung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt).
  • In 3 ist ein Verfahrensschritt zur Herstellung eines Halbzeugs 140 für eine Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) aus einer Preform 130 aus einem Komposit 100 gezeigt. Beispielhaft wird in 3 ein erfindungsgemäßes Komposit 100 mittels Kalandrierens zu einem erfindungsgemäßen Halbzeug 140 bearbeitet. Dabei wird beispielhaft mittels Walzenpaaren mit abnehmendem Abstand eine Preform 130 aus Komposit 100 zu beispielsweise einer möglichst dünnen Verbundfolie als Halbzeug 140 für die Herstellung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt) bearbeitet. Das erfindungsgemäße Komposit 100 ist durch die wenigstens bereichsweise angeordneten Peroxide, insbesondere durch die Ergänzung von wenigstens einem Zusatzmaterial 116, und die daraus resultierenden vorteilhaften Eigenschaften des Komposits 100 besonders vorteilhaft für den Verfahrensschritt, das Verfahren im gesamten und die Herstellung von Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt) geeignet.
  • In 4 ist eine Brennstoffzelle 200 mit einem Elektrolyten 202, zwei Elektroden 206, zwei Gasdiffusionsschichten 204 und zwei Bipolarplatten 150 gezeigt. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte 150 lässt sich durch die Materialzusammensetzung eines erfindungsgemäßen Komposits 100 mit verbesserten Eigenschaften und geringem Aufwand für Kosten und Zeit ermöglichen. Die Brennstoffzelle 200 gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte 150 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017201703 A1 [0004]
    • WO 2008/049099 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200), die Bipolarplatte (150) umfassend ein Komposit (100), das Komposit (100) aufweisend ein polymeres Grundmaterial (102) und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial (110), wobei das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest bereichsweise hochgefüllt ausgestaltet ist und das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest einen graphit-basierten thermoplastischen Materialbereich (112) und/oder einen graphit-basierten gehärteten Materialbereich (114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Komposit (100) wenigstens bereichsweise Peroxide umfasst.
  2. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Komposit (100) wenigstens eines der folgenden Zusatzmaterialien (116) umfasst: - Titanate, - Zirkonate, - Polymerweichmacher, insbesondere PP-Wachse.
  3. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Grundmaterial (102) polymere Ketten aufweist, wobei die polymeren Ketten, insbesondere durch Kettenaufbaureaktionen, Verzweigungen mit den Peroxiden und/oder mit wenigstens einem der Zusatzmaterialien (116) aufweisen.
  4. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das graphit-basierte Füllmaterial (110) Kohlenstofffasern, Graphite, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und/oder Ruße umfasst.
  5. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine metallische Folie (120) in und/oder an dem Komposit (100) angeordnet und/oder befestigt ist.
  6. Bipolarplatte (150) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Komposit (100) zu 80 bis 95 Gew.-% aus dem graphit-basierten Füllmaterial (110) besteht.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200), wobei die Bipolarplatte (150) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet ist, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: - Erzeugung einer Preform (130) aus dem Komposit (100), - Prägen, Pressen, Kalandrieren und/oder Tiefziehen der Preform (130) zu der Bipolarplatte (150).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den folgenden Schritt: - Anordnung und/oder Befestigung einer metallischen Folie an der Preform (130) und/oder an einem aus der Preform erzeugten Halbzeug (140) .
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 7 oder 8, wobei die Erzeugung der Preform (130) ein Kalandrieren des Komposits (100) zu einem Halbzeug und/oder zu einer Verbundfolie umfasst.
  10. Brennstoffzelle (200), aufweisend einen Elektrolyten (202), zwei Elektroden (206), zwei Gasdiffusionsschichten (204) und zwei Bipolarplatten (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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