DE102019218861A1 - Bipolar plate for a fuel cell, method for producing a fuel cell and fuel cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (7) für eine Brennstoffzelle (1), wobei die Bipolarplatte (7) zu mindestens 30 Gew.-% aus einem Polymermaterial (23) aufgebaut ist, das ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer (25) enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle (1) sowie eine Brennstoffzelle (1) und ein Fahrzeug.The invention relates to a bipolar plate (7) for a fuel cell (1), the bipolar plate (7) being composed of at least 30% by weight of a polymer material (23) which contains an intrinsically electrically conductive polymer (25). The invention also relates to a method for producing a fuel cell (1) as well as a fuel cell (1) and a vehicle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte zu mindestens 30 Gew.-% aus einem Polymermaterial aufgebaut ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle sowie eine Brennstoffzelle und ein Fahrzeug umfassend die Brennstoffzelle.The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell, the bipolar plate being composed of at least 30% by weight of a polymer material. The invention also relates to a method for producing a fuel cell and a fuel cell and a vehicle comprising the fuel cell.

Stand der TechnikState of the art

Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.A fuel cell is an electrochemical cell that converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells, hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in particular are converted into water (H 2 O), electrical energy and heat.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembranen (Proton Exchange Membrane = PEM)-Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.Among other things, proton exchange membranes (PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is thereby spatially separated from the fuel, in particular hydrogen.

Ferner sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als solid oxide fuel cell (SOFC) bezeichnet werden, bekannt. SOFC-Brennstoffzellen besitzen eine höhere Betriebstemperatur und Abgastemperatur als PEM-Brennstoffzellen und finden insbesondere im stationären Betrieb Anwendung.Solid oxide fuel cells, which are also referred to as solid oxide fuel cells (SOFC), are also known. SOFC fuel cells have a higher operating temperature and exhaust gas temperature than PEM fuel cells and are used in particular in stationary operation.

Brennstoffzellen weisen eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert, die zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode.Fuel cells have an anode and a cathode. The fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized to protons, releasing electrons, which then reach the cathode. The released electrons are diverted from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit.

Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is supplied to the cathode of the fuel cell and reacts by absorbing electrons from the external circuit and protons to form water. The resulting water is drained from the fuel cell. The gross response is: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel, der auch als Stack bezeichnet wird, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Brennstoffzellenstapel werden beispielsweise in Brennstoffzellenfahrzeugen verwendet.A voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, several fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack, which is also referred to as a stack, and electrically connected in series. Fuel cell stacks are used, for example, in fuel cell vehicles.

Zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode sind Gasverteilerplatten vorgesehen, welche auch als Bipolarplatten bezeichnet werden. Die Bipolarplatten weisen eine Oberflächenstruktur, beispielsweise kanalartige Strukturen, zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers.Gas distributor plates, which are also referred to as bipolar plates, are provided for uniform distribution of the fuel to the anode and for uniform distribution of the oxidizing agent to the cathode. The bipolar plates have a surface structure, for example channel-like structures, for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes. The channel-like structures also serve to drain off the water produced during the reaction.

Zusätzlich können die Bipolarplatten Strukturen zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen.In addition, the bipolar plates can have structures for conducting a cooling liquid through the fuel cell in order to dissipate heat.

Neben der Medienführung bezüglich Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser ist es Aufgabe der Bipolarplatte, einen flächigen elektrischen Kontakt zur Membran zu gewährleisten.In addition to the media flow with regard to oxygen, hydrogen and water, the task of the bipolar plate is to ensure a flat electrical contact with the membrane.

Es sind sowohl metallische Bipolarplatten als auch Bipolarplatten aus Graphit bekannt. Insbesondere metallische Bipolarplatten können partiell beschichtet sein.Both metallic bipolar plates and bipolar plates made of graphite are known. In particular, metallic bipolar plates can be partially coated.

Üblicherweise wird die Oberflächenstruktur durch Prägen hergestellt. Ist die Bipolarplatte beispielsweise aus Edelstahl gefertigt, ist das Prägen von feinen, engmaschigen Strukturen nur eingeschränkt möglich, was zum Beispiel die fluiddynamische Optimierung der Medienführung durch eine Optimierung der Gestaltung der Strukturen behindert.The surface structure is usually produced by embossing. If the bipolar plate is made of stainless steel, for example, the embossing of fine, close-meshed structures is only possible to a limited extent, which, for example, hinders the fluid dynamic optimization of the media flow by optimizing the design of the structures.

Weiterhin sind Bipolarplatten aus Kunststoff mit einem elektrisch leitfähigen Füllmaterial beschrieben.Furthermore, bipolar plates made of plastic with an electrically conductive filling material are described.

DE 101 12 394 A1 hat eine leitfähige Kunststoffformmasse basierend auf Polyarylensulfid und/oder flüssigkristallinem Kunststoff zum Gegenstand, wobei die Formmasse Ruß und Graphit und/oder Metallpulver enthält. DE 101 12 394 A1 relates to a conductive plastic molding compound based on polyarylene sulfide and / or liquid-crystalline plastic, the molding compound containing carbon black and graphite and / or metal powder.

WO 2017/211423 A1 ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte gerichtet, die aus einer Bipolarplatte und einer die Bipolarplatte an ihren Rändern zumindest teilweise umgebenden Rahmenplatte ausgebildet wird. Die Bipolarplatte ist aus einem Kunststoff mit einem elektrisch leitfähigen Füllmaterial aufgebaut. Der Kunststoff ist beispielsweise ein Duroplast wie Phenolharz oder Epoxidharz. WO 2017/211423 A1 is directed to a method for producing an electrode plate which is formed from a bipolar plate and a frame plate at least partially surrounding the bipolar plate at its edges. The bipolar plate is made of a plastic with an electrically conductive filler material. The plastic is, for example, a thermoset such as phenolic resin or epoxy resin.

DE 10 2014 103 611 A1 offenbart eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Anordnung umfassend einen metallischen Träger mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung. DE 10 2014 103 611 A1 discloses a bipolar plate for an electrochemical arrangement comprising a metallic carrier with a single or multi-layer coating.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, wobei die Bipolarplatte zu mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, mehr bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% und insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% aus einem Polymermaterial aufgebaut ist, das ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer enthält. Das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer kann auch als selbstleitendes Polymer bezeichnet werden. Bevorzugt weist das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 10-13 S·cm-1 auf, insbesondere weist das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von 10-13 S·cm-1 bis 103 S·cm-1 auf.A bipolar plate for a fuel cell is proposed, the bipolar plate being at least 30% by weight, preferably at least 60% by weight, more preferably at least 80% by weight and in particular at least 95% by weight of a polymer material is constructed, which contains an intrinsically electrically conductive polymer. The intrinsically electrically conductive polymer can also be referred to as a self-conductive polymer. The intrinsically electrically conductive polymer preferably has an electrical conductivity of at least 10 -13 S · cm -1 , in particular the intrinsically electrically conductive polymer has an electrical conductivity in a range from 10 -13 S · cm -1 to 10 3 S · cm -1 on.

Das Polymermaterial ist bevorzugt mittels eines Spritzgussverfahrens verarbeitbar, wodurch sich neue Designvarianten für die Bipolarplatte ergeben. Die Verarbeitung ist bezüglich der zu erzeugenden Geometrien flexibel und kostengünstig. Durch den Einsatz des intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymers insbesondere anstelle eines Metalls können die positiven Eigenschaften bezüglich der Leitfähigkeit mit einer vereinfachten Verarbeitung, die von Kunststoffen bekannt ist, kombiniert werden.The polymer material can preferably be processed by means of an injection molding process, which results in new design variants for the bipolar plate. The processing is flexible and inexpensive with regard to the geometries to be generated. By using the intrinsically electrically conductive polymer, in particular instead of a metal, the positive properties with regard to conductivity can be combined with simplified processing that is known from plastics.

Die elektrische Leitfähigkeit σ eines Materials wird durch die Anzahl N von Ladungsträgern pro Volumen V, die Elementarladung e, und die Mobilität µ der Ladungsträger bestimmt: σ = ( N / V ) ⋅ μ ⋅ e

Figure DE102019218861A1_0001
The electrical conductivity σ of a material is determined by the number N of charge carriers per volume V, the elementary charge e, and the mobility µ of the charge carriers: σ = ( N / V ) ⋅ μ ⋅ e
Figure DE102019218861A1_0001

In Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung beträgt der spezifische Widerstand (ρ=1/σ) des Polymermaterials und insbesondere des intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymers nicht mehr als 5 Ωcm.Depending on the chemical composition, the specific resistance (ρ = 1 / σ) of the polymer material and in particular of the intrinsically electrically conductive polymer is no more than 5 Ωcm.

Unter intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymeren werden üblicherweise Kunststoffe verstanden, die eine elektrische Leitfähigkeit besitzen, die vergleichbar mit Metallen ist. Häufig wird die elektrische Leitfähigkeit des Polymers durch konjugierte Doppelbindungen erreicht, die eine freie Beweglichkeit von Ladungsträgern im dotierten Zustand ermöglichen.Intrinsically electrically conductive polymers are usually understood to mean plastics that have an electrical conductivity that is comparable to metals. The electrical conductivity of the polymer is often achieved by conjugated double bonds, which allow charge carriers to move freely in the doped state.

Bevorzugt ist das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer ein konjugiertes Polymer. Unter einem konjugiertem Polymer wird insbesondere ein Polymer verstanden, das alternierende Doppelbindungen und/oder Dreifachbindungen und Einfachbindungen aufweist, wodurch ein ausgedehntes π-Elektronensystem aufgebaut wird, das eine Leitfähigkeit ermöglicht. Die intrinsische elektrische Leitfähigkeit erfordert frei bewegliche Ladungsträger. Deshalb besitzen intrinsisch elektrisch leitfähige Polymere häufig ein ausgedehntes π-Elektronensystem in Form konjugierter Doppelbindungen. Als Ladungsträger dienen Defektelektronen, die auch als „Löcher“ bezeichnet werden, oder freibewegliche Ladungen wie Elektronen.The intrinsically electrically conductive polymer is preferably a conjugated polymer. A conjugated polymer is understood to mean, in particular, a polymer which has alternating double bonds and / or triple bonds and single bonds, as a result of which an extensive π-electron system is built up which enables conductivity. Intrinsic electrical conductivity requires charge carriers that can move freely. Therefore intrinsically electrically conductive polymers often have an extensive π-electron system in the form of conjugated double bonds. Defect electrons, also known as “holes”, or free-moving charges such as electrons serve as charge carriers.

Bei einigen intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymeren kann auch ein negativ aufgeladenes Polymergerüst erzeugt werden. Als Gegenionen des oxidierten Polymergerüsts dienen hier Anionen. Fließt ein elektrischer Strom, springen die Ladungsträger von einer Polymerkette auf eine benachbarte, was auch als Hopping bezeichnet wird. Bezüglich intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymeren wird unter dem Begriff der Dotierung durch Oxidation eine p-Dotierung verstanden.In the case of some intrinsically electrically conductive polymers, a negatively charged polymer framework can also be generated. Anions serve as counterions for the oxidized polymer structure. When an electric current flows, the charge carriers jump from one polymer chain to an adjacent one, which is also known as hopping. With regard to intrinsically electrically conductive polymers, the term doping by oxidation is understood to mean p-doping.

Konjugierte Polymere bezeichnen in diesem Zusammenhang organische Makromoleküle, die aus mindestens einer Kette von alternierenden Doppel- und Einfachbindungen bestehen. Da die π-Orbitale, aus denen die Doppelbindungen gebildet werden, mesomerisieren, bekommen Einfachbindungen und Doppelbindungen ähnlichen Charakter, sodass die pZ-Orbitale des Kohlenstoffs auch über die Einfachbindungen überlappen. Daher können π-Elektronen in konjugierten Polymeren leicht von einem Ende der Kette zum anderen verschoben werden.In this context, conjugated polymers refer to organic macromolecules that consist of at least one chain of alternating double and single bonds. Since the π orbitals, from which the double bonds are formed, mesomerize, single bonds and double bonds have a similar character, so that the p Z orbitals of the carbon also overlap across the single bonds. Therefore, π electrons in conjugated polymers can easily be shifted from one end of the chain to the other.

Bevorzugt ist das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly-3,4-ethylendioxythiophen-Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS), Polyanilin, Polyacetylen, Polyparaphenylen (PPP), Polypyrol (PPy), Polythiophen (PT) und Mischungen davon.The intrinsically electrically conductive polymer is preferably selected from the group consisting of poly-3,4-ethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS), polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylene (PPP), polypyrene (PPy), polythiophene (PT) and mixtures thereof.

Das Polymermaterial enthält bevorzugt zu mindestens 30 Gew.-%, mehr bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, weiter bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% und insbesondere zu mindestens 95 Gew.-% das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer. Entsprechend ist die Bipolarplatte bevorzugt im Wesentlichen aus dem intrinsisch elektrisch leitfähigen Polymer aufgebaut und das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer ist bevorzugt eine strukturgebende Komponente für die Bipolarplatte.The polymer material preferably contains at least 30% by weight, more preferably at least 60% by weight, further preferably at least 80% by weight and in particular at least 95% by weight of the intrinsically electrically conductive polymer. Correspondingly, the bipolar plate is preferably constructed essentially from the intrinsically electrically conductive polymer and the intrinsically electrically conductive polymer is preferably a structural component for the bipolar plate.

Das Polymermaterial kann zusätzlich ein elektrisch leitfähiges Additiv enthalten, das auch als Füllstoff bezeichnet werden kann. Das elektrisch leitfähige Additiv umfasst bevorzugt oder besteht bevorzugt aus Metallpulver, Metallfasern, Ruß, Graphit, Kohlefasern, Carbon Nanotubes oder Mischungen daraus. Das Polymermaterial kann das elektrisch leitfähige Additiv zu einem Anteil im Bereich von 20 Gew.-% bis 90 Gew.-% enthalten.The polymer material can additionally contain an electrically conductive additive, which can also be referred to as a filler. The electrically conductive additive preferably comprises or preferably consists of metal powder, metal fibers, carbon black, graphite, carbon fibers, carbon nanotubes or mixtures thereof. The polymer material can do this electrically conductive additive in a proportion in the range from 20 wt .-% to 90 wt .-%.

Ferner kann die Bipolarplatte eine Metallbeschichtung aufweisen, wobei das Polymermaterial bevorzugt einen Kern der Bipolarplatte darstellt. Bevorzugt enthält die Metallbeschichtung zu mindestens 90 Gew.-% ein Metall. Das Metall kann zum Beispiel Nickel, Gold und/oder Chrom sein. Die Metallbeschichtung besitzt bevorzugt eine Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 10 µm. Die Bipolarplatte kann die Metallbeschichtung ganzflächig oder teilweise aufweisen. Die Metallbeschichtung kann beispielsweise durch Bedampfen oder Galvanisieren, insbesondere auf dem Polymermaterial, hergestellt werden.Furthermore, the bipolar plate can have a metal coating, the polymer material preferably representing a core of the bipolar plate. The metal coating preferably contains at least 90% by weight of a metal. The metal can be, for example, nickel, gold and / or chromium. The metal coating preferably has a thickness in a range from 5 nm to 10 μm. The bipolar plate can have the metal coating all over or in part. The metal coating can be produced, for example, by vapor deposition or electroplating, in particular on the polymer material.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle umfassend mehrere Lagen und eine Bipolarplatte gerichtet, wobei zur Bildung der Bipolarplatte ein Polymermaterial enthaltend ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer spritzgegossen wird.The invention is also directed to a method for producing a fuel cell comprising a plurality of layers and a bipolar plate, wherein a polymer material containing an intrinsically electrically conductive polymer is injection molded to form the bipolar plate.

Eine Brennstoffzelle und insbesondere ein Brennstoffzellenstapel weist üblicherweise mehrere Lagen auf. Die einzelnen Lagen werden beispielsweise durch die Membran, die Elektroden und Gasdiffusionslagen sowie die Bipolarplatten gebildet. Die Elektroden und die Membran können zu einer Membran-Elektroden-Anordnung zusammengefasst sein.A fuel cell and in particular a fuel cell stack usually has several layers. The individual layers are formed, for example, by the membrane, the electrodes and gas diffusion layers and the bipolar plates. The electrodes and the membrane can be combined to form a membrane-electrode arrangement.

Bevorzugt werden die Bipolarplatte und mindestens eine weitere Lage der Brennstoffzelle durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißsiegeln oder Kleben miteinander verbunden.The bipolar plate and at least one further layer of the fuel cell are preferably connected to one another by ultrasonic welding, laser welding, heat sealing or gluing.

Die Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzelle umfassend die Bipolarplatte und eine Brennstoffzelle, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, sowie ein Fahrzeug umfassend die Brennstoffzelle.The invention further relates to a fuel cell comprising the bipolar plate and a fuel cell which was produced according to the method according to the invention, as well as a vehicle comprising the fuel cell.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Polymermaterials zur Bildung einer Bipolarplatte kann eine Bipolarplatte mittels Spritzguss hergestellt werden. Ein Prägeprozess, welcher für metallische Bipolarplatten benötigt wird, wird vermieden.By using the polymer material according to the invention to form a bipolar plate, a bipolar plate can be produced by means of injection molding. An embossing process, which is required for metallic bipolar plates, is avoided.

Die Herstellung mittels Spritzguss bietet eine kostengünstigere Verarbeitung sowie eine erhöhte Flexibilität in der Herstellung verschiedener Geometrien der Bipolarplatte oder in der Ausgestaltung von Strukturen auf der Bipolarplatte. Dadurch sind neue Designvarianten für Bipolarplatten möglich.Production by injection molding offers more cost-effective processing and increased flexibility in the production of different geometries of the bipolar plate or in the design of structures on the bipolar plate. This enables new design variants for bipolar plates.

Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Polymermaterial eine vergleichsweise geringe Dichte auf, sodass das Gewicht der Bipolarplatte und damit auch das Gewicht der Brennstoffzelle und insbesondere des Brennstoffzellenstapels verringert werden kann.In addition, the polymer material according to the invention has a comparatively low density, so that the weight of the bipolar plate and thus also the weight of the fuel cell and in particular the fuel cell stack can be reduced.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle und
  • 2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell and
  • 2 a schematic representation of a fuel cell stack.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine Brennstoffzelle 1 mit mehreren Lagen 21 in Form von Gasdiffusionslagen 11, Elektroden 9, einer Membran 13 und Bipolarplatten 7. 1 shows a fuel cell 1 with several layers 21 in the form of gas diffusion layers 11 , Electrodes 9 , a membrane 13th and bipolar plates 7th .

Die Brennstoffzelle 1 umfasst eine Anode 3 und eine Kathode 5. Die Anode 3 und die Kathode 5 sind jeweils von einer Bipolarplatte 7 begrenzt und weisen jeweils eine Elektrode 9 und eine Gasdiffusionslage 11 auf. Die Anode 3 und die Kathode 5 sind durch die Membran 13 voneinander getrennt. Durch Vertiefungen 15 der Bipolarplatten 7 wird beispielsweise Wasserstoff zugeführt oder abgeführt. Auf der Fläche der Bipolarplatten 7 bilden die Vertiefungen 15 ein Strömungsfeld.The fuel cell 1 includes an anode 3rd and a cathode 5 . The anode 3rd and the cathode 5 are each from a bipolar plate 7th limited and each have an electrode 9 and a gas diffusion layer 11 on. The anode 3rd and the cathode 5 are through the membrane 13th separated from each other. Through indentations 15th of the bipolar plates 7th for example, hydrogen is fed in or discharged. On the face of the bipolar plates 7th form the depressions 15th a flow field.

Die Bipolarplatte 7 ist aus einem Polymermaterial 23 aufgebaut, das ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer 25 enthält. Weiterhin weist die Bipolarplatte 7 eine Metallbeschichtung 27 auf.The bipolar plate 7th is made of a polymer material 23 built up, which is an intrinsically electrically conductive polymer 25th contains. Furthermore, the bipolar plate 7th a metal coating 27 on.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 17, in dem mehrere Brennstoffzellen 1 zwischen zwei Endplatten 19 gestapelt sind. 2 shows a schematic representation of a fuel cell stack 17th , in which several fuel cells 1 between two end plates 19th are stacked.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10112394 A1 [0014]DE 10112394 A1 [0014]
  • WO 2017/211423 A1 [0015]WO 2017/211423 A1 [0015]
  • DE 102014103611 A1 [0016]DE 102014103611 A1 [0016]

Claims (10)

Bipolarplatte (7) für eine Brennstoffzelle (1), wobei die Bipolarplatte (7) zu mindestens 30 Gew.-% aus einem Polymermaterial (23) aufgebaut ist, das ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer (25) enthält.Bipolar plate (7) for a fuel cell (1), the bipolar plate (7) being composed of at least 30% by weight of a polymer material (23) which contains an intrinsically electrically conductive polymer (25). Bipolarplatte (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer (25) ein konjugiertes Polymer ist.Bipolar plate (7) Claim 1 , characterized in that the intrinsically electrically conductive polymer (25) is a conjugated polymer. Bipolarplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer (25) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Poly-3,4-ethylendioxythiophen-Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS), Polyanilin, Polyacetylen, Polyparaphenylen (PPP), Polypyrol (PPy), Polythiophen (PT) und Mischungen davon.Bipolar plate (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the intrinsically electrically conductive polymer (25) is selected from the group consisting of poly-3,4-ethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS), polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylene ( PPP), polypyrene (PPy), polythiophene (PT) and mixtures thereof. Bipolarplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (23) zu mindestens 30 Gew.-% das intrinsisch elektrisch leitfähige Polymer (25) enthält.Bipolar plate (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer material (23) contains at least 30% by weight of the intrinsically electrically conductive polymer (25). Bipolarplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (23) ein elektrisch leitfähiges Additiv enthält.Bipolar plate (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer material (23) contains an electrically conductive additive. Bipolarplatte (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (7) eine Metallbeschichtung (27) aufweist.Bipolar plate (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the bipolar plate (7) has a metal coating (27). Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle (1) umfassend mehrere Lagen (21) und eine Bipolarplatte (7), wobei zur Bildung der Bipolarplatte (7) ein Polymermaterial (23), enthaltend ein intrinsisch elektrisch leitfähiges Polymer (25), spritzgegossen wird.A method for producing a fuel cell (1) comprising several layers (21) and a bipolar plate (7), a polymer material (23) containing an intrinsically electrically conductive polymer (25) being injection molded to form the bipolar plate (7). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (7) und mindestens eine weitere Lage (21) der Brennstoffzelle (1) durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißsiegeln oder Kleben miteinander verbunden werden.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the bipolar plate (7) and at least one further layer (21) of the fuel cell (1) are connected to one another by ultrasonic welding, laser welding, heat sealing or gluing. Brennstoffzelle (1) umfassend eine Bipolarplatte (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Brennstoffzelle (1) hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8.Fuel cell (1) comprising a bipolar plate (7) according to one of the Claims 1 to 6th or fuel cell (1) produced by a method according to Claim 7 or 8th . Fahrzeug umfassend eine Brennstoffzelle (1) nach Anspruch 9.Vehicle comprising a fuel cell (1) according to Claim 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102021205458A1 (en) 2021-05-28 2022-12-01 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Electrolyser, bipolar plate and method for their manufacture
WO2024121240A1 (en) * 2022-12-08 2024-06-13 Leonhardt e. K. Method for producing flat fuel cell components, in particular bipolar plates, and fuel component produced according to the method

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WO2024121240A1 (en) * 2022-12-08 2024-06-13 Leonhardt e. K. Method for producing flat fuel cell components, in particular bipolar plates, and fuel component produced according to the method

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