DE102020203398A1 - Process for the additive manufacturing of a metal carrier for a fuel cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, bei welchem additiv ein Metallträger (10a; 10b) einer Brennstoffzelle (12a; 12b) hergestellt wird.Es wird vorgeschlagen, dass der Metallträger (10a; 10b) durch Auftragung einer Metallschicht (14a; 14b) auf eine Basisstruktur (16a; 16b) aufgebaut wird, welche nach Fertigstellung als Bestandteil des Metallträgers (10a; 10b) erhalten bleibt.The invention is based on a method in which a metal carrier (10a; 10b) of a fuel cell (12a; 12b) is additively produced. It is proposed that the metal carrier (10a; 10b) be applied by applying a metal layer (14a; 14b) a basic structure (16a; 16b) is built up which, after completion, is retained as part of the metal carrier (10a; 10b).

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits ein Verfahren, bei welchem additiv ein Metallträger einer Brennstoffzelle hergestellt wird, vorgeschlagen worden.A method in which a metal carrier of a fuel cell is produced additively has already been proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, bei welchem additiv ein Metallträger einer Brennstoffzelle hergestellt wird.The invention is based on a method in which a metal carrier of a fuel cell is produced additively.

Es wird vorgeschlagen, dass der Metallträger durch Auftragung einer Metallschicht auf eine Basisstruktur aufgebaut wird, welche nach Fertigstellung als Bestandteil des Metallträgers erhalten bleibt.It is proposed that the metal carrier be built up by applying a metal layer to a base structure, which is retained as part of the metal carrier after completion.

Der Metallträger wird in dem additiven Verfahren vorzugsweise schichtweise, insbesondere pulvermetallurgisch, hergestellt. Das additive Verfahren basiert insbesondere auf gattungsgemäßen Verfahren, welche unter den Bezeichnungen „3D-Druck“, „Additive Fertigung“, „Additive Manufacturing“, „Generative Fertigung“, „Rapid Technologien“ oder dergleichen bekannt sind. Das additive Verfahren oder einzelne Verfahrensschritte des additiven Verfahrens können, ohne darauf beschränkt zu sein, ein selektives Lasersintern und/oder ein selektives Laserschmelzen und/oder ein selektives Elektronenstrahlschmelzen umfassen.In the additive process, the metal carrier is preferably produced in layers, in particular by powder metallurgy. The additive method is based in particular on generic methods known under the names “3D printing”, “additive manufacturing”, “additive manufacturing”, “generative manufacturing”, “rapid technologies” or the like. The additive method or individual method steps of the additive method can include, without being restricted thereto, a selective laser sintering and / or a selective laser melting and / or a selective electron beam melting.

Unter einem „Metallträger“ soll insbesondere ein metallisches Bauteil für eine Brennstoffzelle, insbesondere ein Brennstoffzellenmettallträger, verstanden werden, welches insbesondere eine Trägerstruktur für zumindest eine Elektrode der Brennstoffzelle, insbesondere für zumindest eine Kathode und/oder Anode der Brennstoffzelle, und/oder für zumindest ein Elektrolyt der Brennstoffzelle, ausbildet. Vorzugsweise ist der in dem additiven Verfahren hergestellte Metallträger als ein Bauteil für eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) vorgesehen. Alternativ wäre denkbar, dass der Metallträger als Bestandteil einer Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC), einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC), einer Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC), einer Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC), einer alkalischen Brennstoffzelle (AFC) oder dergleichen zum Einsatz kommt.A “metal carrier” is to be understood in particular as a metallic component for a fuel cell, in particular a fuel cell metal carrier, which in particular has a carrier structure for at least one electrode of the fuel cell, in particular for at least one cathode and / or anode of the fuel cell, and / or for at least one Electrolyte of the fuel cell. The metal carrier produced in the additive process is preferably provided as a component for a solid oxide fuel cell (SOFC). Alternatively, it would be conceivable that the metal carrier is used as a component of a molten carbonate fuel cell (MCFC), a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), an alkaline fuel cell (AFC) or the like .

Unter einer „Basisstruktur“ soll insbesondere ein tragfähiges Bauteil verstanden werden, auf welchem die Metallschicht des Metallträgers aufgebaut wird. Die Basisstruktur unterscheidet sich insbesondere von einer bei gattungsgemäßen Verfahren üblicherweise verwendeten Aufbauplatte, insbesondere zumindest dahingehend, dass die Basisstruktur als ein Bestandteil des Metallträgers ausgebildet, nach Fertigstellung des Metallträgers an diesem erhalten bleibt und nicht abgetrennt wird. Die Basisstruktur kann insbesondere aus dem gleichen oder einem ähnlichen Metall beziehungsweise aus der gleichen oder einer ähnlichen Metalllegierung hergestellt werden wie die Metallschicht des Metallträgers. Die Basisstruktur kann insbesondere in einem Verfahrensschritt des additiven Verfahrens hergestellt werden. Alternativ kann ein in einem anderen Prozess vorgefertigtes Bauteil als Basisstruktur in dem Verfahren eingesetzt werden.A “basic structure” is to be understood in particular as a load-bearing component on which the metal layer of the metal carrier is built up. The base structure differs in particular from a mounting plate commonly used in generic methods, in particular at least in that the base structure is designed as a component of the metal carrier, is retained on the metal carrier after the metal carrier has been completed and is not separated. The basic structure can in particular be produced from the same or a similar metal or from the same or a similar metal alloy as the metal layer of the metal carrier. The basic structure can in particular be produced in a process step of the additive process. Alternatively, a component prefabricated in another process can be used as the basic structure in the method.

Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.“Provided” is to be understood in particular as specifically designed and / or equipped. The fact that an object is provided for a specific function should be understood in particular to mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein besonders effizientes Verfahren bereitgestellt werden. Insbesondere kann vorteilhaft auf eine Verwendung einer Aufbauplatte, welche bei herkömmlichen additiven Verfahren zur Herstellung von Metallträgern ansonsten erforderlich ist, verzichtet werden, wodurch eine signifikante Steigerung einer Effizienz erzielt werden kann. Indem auf eine Verwendung einer Aufbauplatte verzichtet wird, entfällt vorteilhaft ein kostenintensiver Verfahrensschritt zu einem Abtrennen der Aufbauplatte, welcher auf Grund der geringen Aufbauhöhe des Metallträgers bisher eine große Herausforderung darstellt und zudem nur sehr schwer automatisiert werden kann. Durch Aufbau des Metallträgers direkt auf der Basisstruktur, ohne die Verwendung einer Aufbauplatte, kann zudem vorteilhaft ein Verzug in dem Metallträger, welcher normalerweise insbesondere aufgrund von Relaxation aufbaubedingter Eigenspannungen zwischen dem Metallträger und der Aufbauplatte entsteht, verringert, vorzugsweise minimiert, werden. Hierdurch kann zudem vorteilhaft ein Materialausschuss verringert und auf eine aufwendige und kostenintensive Nacharbeit, insbesondere auf ein aufgrund von Verzug erforderliches nachträgliches Richten des Metallträgers oder auf ein Entgraten von Abtrennstellen, verzichtet werden, wodurch die Effizienz des Verfahrens, gegenüber herkömmlichen Verfahren zur additiven Herstellung von Metallträgern, weiter gesteigert werden kann. Insbesondere ist denkbar, dass das Verfahren als ein kontinuierliches Verfahren, beispielsweise mittels eines Förderbandes an einer selektiven Leserschmelzanlage (SLM), umsetzbar ist, wodurch die Effizienz noch weiter gesteigert werden könnte. Zudem können in dem Verfahren Metallträger mit besonders vorteilhaften funktionellen und/oder geometrischen und/oder strukturmechanischen Eigenschaften, welche insbesondere auf spezielle Erfordernisse der Brennstoffzelle ausgerichtet sein können, hergestellt werden, wodurch vorteilhaft eine Herstellung von besonders kompakten Brennstoffzellen mit insbesondere hohen Leistungsdichten und Wirkungsgraden ermöglicht wird.Such a configuration can advantageously provide a particularly efficient method. In particular, it is advantageously possible to dispense with the use of a mounting plate, which is otherwise required in conventional additive processes for producing metal supports, as a result of which a significant increase in efficiency can be achieved. By dispensing with the use of a mounting plate, there is advantageously no need for a cost-intensive process step for separating the mounting plate, which has so far been a major challenge due to the low structural height of the metal support and, moreover, can only be automated with great difficulty. By building the metal support directly on the base structure without the use of a mounting plate, warpage in the metal support, which normally occurs in particular due to relaxation of internal stresses caused by the structure between the metal support and the mounting plate, can advantageously be reduced, preferably minimized. In this way, material scrap can also advantageously be reduced and laborious and cost-intensive reworking, in particular subsequent straightening of the metal carrier or deburring of cut-off points due to distortion, can be dispensed with, which increases the efficiency of the method compared to conventional methods for additive manufacturing of metal carriers , can be further increased. In particular, it is conceivable that the process can be implemented as a continuous process, for example by means of a conveyor belt on a selective reader melting system (SLM), whereby the efficiency could be increased even further. In addition, metal supports with particularly advantageous functional and / or geometric and / or structural-mechanical properties, which can in particular be tailored to special requirements of the fuel cell, can be produced in the method, which is advantageous a production of particularly compact fuel cells with particularly high power densities and efficiencies is made possible.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Metallschicht schichtweise in Form mehrerer übereinanderliegender Metallteilschichten aufgebracht wird. Hierdurch kann vorteilhaft die Metallschicht des Metallträgers besonders präzise und insbesondere mit genau definierten Eigenschaften hergestellt werden. Es ist insbesondere denkbar, dass zumindest eine der Metallteilschichten der Metallschicht mit, insbesondere strukturellen und/oder geometrischen, Merkmalen hergestellt wird, welche sich von zumindest einer weiteren Metallteilschicht der Metallschicht unterscheiden. Beispielsweise könnte eine der Metallteilschichten der Metallschichten eine erste Porosität und eine weitere der Metallteilschichten eine von der ersten Porosität verschiedene zweite Porosität aufweisen. Zudem wäre denkbar, dass eine der Metallteilschichten eine spezielle Oberflächenstruktur aufweist. It is also proposed that the metal layer be applied in layers in the form of a plurality of partial metal layers lying one on top of the other. As a result, the metal layer of the metal carrier can advantageously be produced particularly precisely and, in particular, with precisely defined properties. It is in particular conceivable that at least one of the metal partial layers of the metal layer is produced with, in particular structural and / or geometric, features which differ from at least one further metal partial layer of the metal layer. For example, one of the metal sublayers of the metal layers could have a first porosity and another of the metal sublayers could have a second porosity different from the first porosity. In addition, it would be conceivable that one of the partial metal layers has a special surface structure.

Eine der Metallteilschichten, insbesondere eine oberste Metallteilschicht, welche zu einem direkten Kontakt mit einer Elektrode der Brennstoffzelle vorgesehen ist, könnte beispielsweise eine spezielle Oberflächenstruktur und/oder Geometrie aufweisen, welche ein vereinfachtes Aufbringen der Elektrode an dem Metallträger ermöglicht und/oder eine Verbindung zwischen der Elektrode und dem Metallträger optimiert.One of the metal partial layers, in particular a topmost metal partial layer, which is provided for direct contact with an electrode of the fuel cell, could, for example, have a special surface structure and / or geometry that enables the electrode to be applied more easily to the metal carrier and / or a connection between the Electrode and the metal carrier optimized.

Zudem wird vorgeschlagen, dass mittels eines thermischen Vorbehandlungsschritts an einer obersten Schicht eines losen Pulverbetts eine tragfähige Schicht erzeugt wird, welche als Basisstruktur verwendet wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Basisstruktur direkt in dem Verfahren mit hergestellt werden, wodurch eine besonders hohe Effizienz erreicht werden kann. Zudem kann vorteilhaft ein besonders verzugsarmer Metallträger, insbesondere mit sehr geringen Eigenspannungen, hergestellt werden. Vorzugsweise ist der thermische Vorbehandlungsschritt ein Sinterprozess, insbesondere selektives Lasersintern, bei welchem die oberste Schicht des losen Pulverbetts auf eine geeignete Temperatur, welche insbesondere unterhalb einer Schmelztemperatur des für das lose Pulverbett verwendeten Materials liegt, erhitzt wird. Die oberste Schicht des losen Pulverbetts könnte von allen Seiten gleichmäßig thermisch vorbehandelt werden. Vorzugsweise wird in dem thermischen Vorbehandlungsschritt ausschließlich die Seite der obersten Schicht des losen Pulverbetts thermisch vorbehandelt, auf welcher anschließend die Metallschicht, insbesondere eine erste Metallteilschicht der Metallschicht, aufgetragen wird.It is also proposed that, by means of a thermal pretreatment step, a load-bearing layer is produced on an uppermost layer of a loose powder bed, which layer is used as a basic structure. Such a configuration allows the basic structure to be produced directly in the process, as a result of which a particularly high level of efficiency can be achieved. In addition, a particularly low-warpage metal carrier, in particular with very low internal stresses, can advantageously be produced. The thermal pretreatment step is preferably a sintering process, in particular selective laser sintering, in which the top layer of the loose powder bed is heated to a suitable temperature, which is in particular below a melting temperature of the material used for the loose powder bed. The top layer of the loose powder bed could be thermally pre-treated uniformly on all sides. In the thermal pretreatment step, only the side of the top layer of the loose powder bed is preferably thermally pretreated, on which the metal layer, in particular a first partial metal layer of the metal layer, is then applied.

In einer alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein vorgefertigtes Metallgitter als Basisstruktur verwendet wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Kostenersparnis erzielt werden. Unter einem „Metallgitter“ soll insbesondere ein metallisches Bauteil verstanden werden, welches aus zumindest zwei übereinander gekreuzt angeordneten Lagen, welche jeweils aus einer Vielzahl von, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordneten, stabförmigen Metallteilen aufgebaut sind, besteht. Das Metallgitter kann insbesondere eine starre Basisstruktur sein und in seiner Grundform nur geringfügig verformbar sein. Alternativ kann das Metallgitter insbesondere als ein elastisches Metallnetz ausgebildet sein. Unter „elastisch“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das als Metallnetz ausgebildete Metallgitter wiederholt verformbar ist, ohne dabei mechanisch beschädigt oder zerstört zu werden und insbesondere nach einer Verformung selbstständig wieder einer Grundform zustrebt.In an alternative embodiment, it is proposed that a prefabricated metal grid be used as the basic structure. Such a configuration can advantageously result in cost savings. A “metal grid” is to be understood as meaning, in particular, a metallic component which consists of at least two layers arranged in a crossed manner, each of which is composed of a plurality of rod-shaped metal parts, preferably evenly spaced from one another. The metal grid can in particular be a rigid basic structure and its basic shape can only be slightly deformed. Alternatively, the metal grid can in particular be designed as an elastic metal mesh. In this context, “elastic” is to be understood in particular to mean that the metal lattice designed as a metal mesh can be repeatedly deformed without being mechanically damaged or destroyed and, in particular, automatically strives towards a basic shape again after deformation.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Metallträger mit einer vordefinierten Porositätsverteilung hergestellt wird. Vorzugsweise resultiert aus der vordefinierten Porositätsverteilung eine Gesamtporosität des Metallträgers, welche vorteilhaft zwischen 20 % und 70 %, vorzugsweise zwischen 30 % und 60 %, liegt. Hierdurch kann ein Metallträger für eine Brennstoffzelle mit besonders vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Strömungsführung von Prozessgasen innerhalb der Brennstoffzelle hergestellt werden. Unter einer „Porositätsverteilung“ soll insbesondere eine Verteilung einer Porosität des Metallträgers, also ein Verhältnis zwischen einem Hohlraumvolumen des Metallträgers zu einem Gesamtvolumen des Metallträgers, verstanden werden. Es kann insbesondere ein Metallträger mit einer homogenen Porositätsverteilung, also mit einem im Wesentlichen gleichmäßig über das Gesamtvolumen des Metallträgers verteilten Hohlraumvolumen, welcher insbesondere aus mehreren Metallteilschichten mit jeweils zumindest im Wesentlichen gleicher Porosität aufgebaut wird, hergestellt werden. Zudem kann ein Metallträger mit einer heterogen Porositätsverteilung, also mit verschiedenen Teilbereichen unterschiedlicher Porosität, insbesondere mit übereinanderliegenden Metallteilschichten unterschiedlicher Porosität, hergestellt werden. Beispielsweise könnte ein Metallträger mit einer heterogenen Porositätsverteilung hergestellt werden, welcher zumindest einen ersten Teilbereich mit einer ersten Porosität und zumindest einen weiteren Teilbereich mit einer gegenüber der ersten Porosität verschiedenen weiteren Porosität aufweist. Es ist insbesondere denkbar, dass ein Metallträger mit einer heterogen Porositätsverteilung hergestellt wird, welcher zumindest einen porenfreien Teilbereich aufweist.In addition, it is proposed that the metal carrier be produced with a predefined porosity distribution. The predefined porosity distribution preferably results in a total porosity of the metal carrier which is advantageously between 20% and 70%, preferably between 30% and 60%. In this way, a metal carrier for a fuel cell with particularly advantageous properties with regard to the flow guidance of process gases within the fuel cell can be produced. A “porosity distribution” is to be understood as meaning, in particular, a distribution of a porosity of the metal carrier, that is to say a ratio between a void volume of the metal carrier to a total volume of the metal carrier. In particular, a metal carrier with a homogeneous porosity distribution, that is to say with an essentially uniformly distributed cavity volume over the total volume of the metal carrier, which is composed in particular of several metal sublayers each with at least essentially the same porosity, can be produced. In addition, a metal carrier with a heterogeneous porosity distribution, that is to say with different subregions of different porosity, in particular with superimposed partial metal layers of different porosity, can be produced. For example, a metal carrier with a heterogeneous porosity distribution could be produced, which has at least a first partial area with a first porosity and at least one further partial area with a further porosity that differs from the first porosity. In particular, it is conceivable that a metal carrier with a heterogeneous porosity distribution is produced which has at least one pore-free partial area.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Porosität der Metallschicht ausgehend von der Basisstruktur graduell eingestellt wird. Hierdurch kann vorteilhaft ein Metallträger für eine Brennstoffzelle mit einer gezielt auf die Brennstoffzelle abgestimmten Porosität hergestellt werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine Strömungsführung von Prozessgasen innerhalb der Brennstoffzelle weiter optimiert und somit ein Wirkungsgrad der Brennstoffzelle gesteigert werden. Unter der Wendung „graduell eingestellt“ soll insbesondere verstanden werden, dass der Metallträger derart auf der Basisstruktur aufgebaut wird, dass seine Porosität ausgehend von der Basisstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Basisstruktur zu oder abnimmt. Die Basisstruktur kann dabei insbesondere selbst eine bestimmte Porosität aufweisen, welche der graduellen Entwicklung der Porosität der auf der Basisstruktur aufgebauten Metallschicht entspricht. Alternativ ist insbesondere auch denkbar, dass die Basisstruktur eine Porosität aufweist, welche von der graduell eingestellten Porosität der Metallschicht abweicht. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt.In addition, it is proposed that the porosity of the metal layer be gradually adjusted starting from the basic structure. This can Advantageously, a metal support for a fuel cell can be produced with a porosity specifically tailored to the fuel cell. In particular, a flow guidance of process gases within the fuel cell can advantageously be further optimized and thus an efficiency of the fuel cell can be increased. The phrase “gradually adjusted” is to be understood in particular to mean that the metal carrier is built up on the base structure in such a way that its porosity increases or decreases starting from the base structure in a direction perpendicular to a main direction of extent of the base structure. The basic structure can in particular itself have a certain porosity, which corresponds to the gradual development of the porosity of the metal layer built up on the basic structure. Alternatively, it is in particular also conceivable that the basic structure has a porosity which deviates from the gradually adjusted porosity of the metal layer. A “main direction of extent” of an object is to be understood in particular as a direction which runs parallel to a longest edge of a smallest geometric cuboid which just completely surrounds the object.

Es wäre beispielsweise denkbar, dass die vordefinierte Porositätsverteilung des Metallträgers durch Verwendung eines Pulvers aus Metallpartikeln mit einem bestimmten Durchmesser und/oder mit einer bestimmten, insbesondere mit einer graduell zunehmenden oder graduell abnehmenden, Partikelgrößenverteilung, hergestellt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch vorgeschlagen, dass die Metallschicht mittels eines Laserverfahrens hergestellt und die Porosität über eine Laserintensität eingestellt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Laserverfahren um selektives Laserstrahlschmelzen oder selektives Elektronenstrahlschmelzen. Die Elektronenintensität kann insbesondere durch eine Variation eines zu einer Erzeugung eines Elektronenstrahls verwendeten Injektionsstroms eingestellt werden. Der Injektionsstrom beträgt dabei insbesondere zwischen 1 mA und 20 mA, vorzugsweise zwischen 3 mA und 15 mA und besonders bevorzugt zwischen 5 mA und 10 mA. Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere denkbar, dass die Elektronenintensität durch eine gezielte Fokussierung beziehungsweise Defokussierung des Elektronenstrahls eingestellt wird. Zudem ist denkbar, dass die Elektronenintensität beispielsweise über eine Pulsdauer des Elektronenstrahls eingestellt werden kann. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Porosität des Metallträgers besonders gezielt und effizient eingestellt werden.It would be conceivable, for example, that the predefined porosity distribution of the metal carrier is produced by using a powder made of metal particles with a certain diameter and / or with a certain, in particular with a gradually increasing or gradually decreasing, particle size distribution. In an advantageous embodiment, however, it is proposed that the metal layer be produced by means of a laser process and that the porosity be adjusted via a laser intensity. The laser method is preferably selective laser beam melting or selective electron beam melting. The electron intensity can in particular be set by varying an injection current used to generate an electron beam. The injection current is in particular between 1 mA and 20 mA, preferably between 3 mA and 15 mA and particularly preferably between 5 mA and 10 mA. Alternatively or in addition, it is particularly conceivable that the electron intensity is adjusted by targeted focusing or defocusing of the electron beam. It is also conceivable that the electron intensity can be adjusted, for example, via a pulse duration of the electron beam. With such a configuration, a porosity of the metal carrier can advantageously be set in a particularly targeted and efficient manner.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass in der Metallschicht zumindest eine Funktionsstruktur erzeugt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Metallträger mit vorteilhaften funktionellen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte und gezielt gerichtete Durchströmung von Prozessgasen durch den Metallträger, hergestellt werden. Unter einer „Funktionsstruktur“ soll insbesondere ein Teilbereich des Metallträgers mit einer speziellen Struktur und/oder Geometrie verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest eine über die eine reine Trägerfunktion des Metallträgers hinausgehende Funktion bereitzustellen. Beispielsweise könnte der Metallträger eine Funktionsstruktur aufweisen, welche, beispielsweise durch Einstellung bestimmter Oberflächeneigenschaften, dazu vorgesehen ist, eine Verbindung mit einer durch den Metallträger zu tragenden Elektrode der Brennstoffzelle zu begünstigen. Es ist insbesondere denkbar, dass in der Metallschicht mehrere Funktionsstrukturen erzeugt werden. Beispielsweise könnte in dem Metallträger eine erste Funktionsstruktur, welche zu einer Erfüllung einer ersten Funktion vorgesehen ist, und zumindest eine weitere Funktionsstruktur, welche zu einer Erfüllung einer weiteren von der ersten Funktion verschiedenen Funktion vorgesehen ist, erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Erzeugen der zumindest einen Funktionsstruktur in der Metallschicht insbesondere durch Variation der Laserintensität in einem Laserverfahren.It is also proposed that at least one functional structure be produced in the metal layer. Such a configuration can produce a metal carrier with advantageous functional properties, in particular with regard to an improved and targeted flow of process gases through the metal carrier. A “functional structure” is to be understood as meaning, in particular, a partial area of the metal carrier with a special structure and / or geometry, which is provided to provide at least one function that goes beyond the pure carrier function of the metal carrier. For example, the metal carrier could have a functional structure which is provided, for example by setting certain surface properties, to promote a connection with an electrode of the fuel cell to be carried by the metal carrier. In particular, it is conceivable that several functional structures are produced in the metal layer. For example, a first functional structure, which is provided to fulfill a first function, and at least one further functional structure, which is intended to fulfill a further function different from the first function, could be generated in the metal carrier. In a preferred embodiment, the at least one functional structure is produced in the metal layer, in particular by varying the laser intensity in a laser method.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Funktionsstruktur als ein Fluidkanal ausgebildet wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein Metallträger für eine Brennstoffzelle mit besonders vorteilhaften Durchströmungseigenschaften für Prozessgase hergestellt werden, wodurch insbesondere vorteilhaft ein Wirkungsgrad der Brennstoffzelle weiter gesteigert werden kann. Es ist insbesondere denkbar, dass in dem Metallträger mehrere Funktionsstrukturen erzeugt werden, welche jeweils als Fluidkanäle ausgebildet sind. Beispielsweise könnte in dem Metallträger ein erster Fluidkanal, welcher zu einer Durchströmung mit einem ersten Prozessgas vorgesehen ist, und ein weiterer von dem ersten Fluidkanal fluidtechnisch getrennter Fluidkanal, welcher zu einer Durchströmung eines weiteren von dem ersten Prozessgas verschiedenen Prozessgas vorgesehen ist, erzeugt werden.In an advantageous embodiment, it is proposed that the functional structure be designed as a fluid channel. By means of such a configuration, a metal carrier for a fuel cell with particularly advantageous throughflow properties for process gases can be produced, whereby the efficiency of the fuel cell can be further increased in a particularly advantageous manner. In particular, it is conceivable that a plurality of functional structures are generated in the metal carrier, each of which is designed as fluid channels. For example, a first fluid channel, which is provided for a flow of a first process gas, and a further fluid channel, which is fluidly separated from the first fluid channel and which is provided for a flow of a further process gas different from the first process gas, could be generated in the metal carrier.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in der Metallschicht zumindest ein gasdichter Bereich erzeugt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein Metallträger hergestellt werden, welcher in einer Brennstoffzelle ohne normalerweise erforderliche zusätzliche Dichtungen verbaut werden kann. Durch Verwendung eines derart hergestellten Metallträgers kann zudem vorteilhaft eine besonders kompakte Bauweise einer Brennstoffzelle und somit eine besonders hohe Leistungsdichte ermöglicht werden. In der Metallschicht könnten insbesondere mehrere voneinander beabstandete gasdichte Bereiche erzeugt werden. Beispielsweise könnte zumindest ein gasdichter Bereich in einem Randbereich des Metallträgers erzeugt werden, welcher beispielsweise dazu vorgesehen sein kann, eine erste Dichtungsfunktion, insbesondere an Stelle einer ansonsten separat verbauten Dichtung, zu erfüllen. Ein weiterer gasdichter Bereich könnte in dem Metallträger beispielsweise dazu erzeugt werden, um zwei voneinander getrennt ausgebildete Fluidkanäle in dem Metallträger voneinander abzudichten.It is also proposed that at least one gas-tight area be produced in the metal layer. Such a configuration can advantageously be used to produce a metal carrier which can be installed in a fuel cell without the additional seals that are normally required. By using a metal carrier produced in this way, a particularly compact design of a fuel cell and thus a particularly high power density can also advantageously be made possible. In particular, a plurality of gas-tight areas spaced apart from one another could be produced in the metal layer. For example, at least one gas-tight area could be in an edge area of the metal carrier, which can be provided, for example, to fulfill a first sealing function, in particular instead of an otherwise separately installed seal. Another gas-tight area could be generated in the metal carrier, for example, in order to seal two fluid channels in the metal carrier that are formed separately from one another.

Ein Metallträger für eine Brennstoffzelle, insbesondere ein Brennstoffzellenmetallträger, welcher in einem Verfahren gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen hergestellt ist, zeichnet sich insbesondere durch seine vorteilhaften, auf Grund des Herstellungsverfahrens einzigartigen, optischen und/oder strukturmechanischen und/oder funktionellen Eigenschaften aus: Der Metallträger ist insbesondere frei von Abtrennstellen ausgebildet, welche bei herkömmlich hergestellten Metallträgern durch ein Abtrennen von einer Aufbauplatte entstehen und bei einer optischen Begutachtung des Metallträgers, insbesondere unter einem Mikroskop, erkennbar wären. Für den Fall, dass der Metallträger in einem Verfahren hergestellt worden ist, bei welchem ein vorgefertigtes Metallgitter als Basisstruktur verwendet wurde, wäre dies, bei einer optischen Begutachtung des Metallträgers, ebenfalls erkennbar. Ferner weist der Metallträger vorteilhaft nur sehr geringe Eigenspannungen auf, was insbesondere in einer Eigenspannungs-Analyse, beispielsweise mittels Röntgendiffraktometrie, an dem Metallträger nachweisbar wäre. Vorteilhafte funktionelle Eigenschaften des Metallträgers, beispielsweise eine vordefinierte Porositätsverteilung, insbesondere mit einem ausgehend von der Basisstruktur graduellen Verlauf der Porosität, und/oder ein Vorhandensein von Funktionsstrukturen, beispielsweise von Fluidkanälen oder dergleichen, und/oder gasdichten Bereichen in dem Metallträger wären bei einer optischen Begutachtung, insbesondere einer optischen Begutachtung eines Schliffbilds des Metallträgers unter einem Mikroskop, erkennbar. A metal carrier for a fuel cell, in particular a fuel cell metal carrier, which is produced in a method according to one of the configurations described above, is characterized in particular by its advantageous optical and / or structural mechanical and / or functional properties that are unique due to the production process: The metal carrier is in particular formed free of separation points, which occur in conventionally manufactured metal supports by separation from a mounting plate and would be recognizable during an optical assessment of the metal support, in particular under a microscope. In the event that the metal carrier has been produced in a process in which a prefabricated metal grid was used as the basic structure, this would also be recognizable during an optical assessment of the metal carrier. Furthermore, the metal carrier advantageously has only very low internal stresses, which could be demonstrated on the metal carrier in particular in an internal stress analysis, for example by means of X-ray diffractometry. Advantageous functional properties of the metal carrier, for example a predefined porosity distribution, in particular with a gradual course of the porosity starting from the basic structure, and / or the presence of functional structures, for example fluid channels or the like, and / or gas-tight areas in the metal carrier would be in an optical assessment , in particular an optical assessment of a micrograph of the metal support under a microscope.

Eine Brennstoffzelle mit zumindest einem Metallträger, welcher in einem Verfahren gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen hergestellt ist, zeichnet sich insbesondere durch eine sehr kompakte Bauweise und/oder durch einen gesteigerten Wirkungsgrad, welcher insbesondere durch die oben genannten funktionellen Eigenschaften des Metallträgers und eine damit einhergehende verbesserte und besonders gezielte Durchströmung von Prozessgasen gesteigert ist, aus. Die Brennstoffzelle kann zudem vorteilhaft besonders effizient betrieben werden, da auf Grund der vorteilhaften Eigenschaften des Metallträgers Druckverluste verringert, vorzugsweise minimiert werden können.A fuel cell with at least one metal carrier, which is produced in a method according to one of the configurations described above, is characterized in particular by a very compact design and / or by an increased efficiency, which is in particular due to the above-mentioned functional properties of the metal carrier and an associated therewith improved and particularly targeted flow of process gases is increased from. The fuel cell can also advantageously be operated particularly efficiently, since pressure losses can be reduced, preferably minimized, due to the advantageous properties of the metal carrier.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The method according to the invention is not intended to be restricted to the application and embodiment described above. In particular, the method according to the invention can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from a number of individual elements, components and units as well as method steps mentioned herein to fulfill a mode of operation described herein. In addition, in the case of the value ranges specified in this disclosure, values lying within the stated limits should also be deemed disclosed and can be used in any way.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle mit einem Metallträger,
  • 2 eine schematische Darstellung eines thermischen Vorbehandlungsschritts zur Erzeugung einer Basisstruktur des Metallträgers,
  • 3 ein schematisches Fließbild zur Darstellung eines Verfahrens, bei welchem der Metallträger der Brennstoffzelle additiv hergestellt wird,
  • 4 eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts zur additiven Herstellung eines Metallträgers für eine Brennstoffzelle, in einem alternativen Ausführungsbeispiel mit einer gegenüber des Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 verschiedenen Basisstruktur und
  • 5 ein schematisches Fließdiagramm zur Darstellung des Verfahrens aus 4.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell with a metal carrier,
  • 2 a schematic representation of a thermal pretreatment step for generating a basic structure of the metal carrier,
  • 3 a schematic flow diagram to illustrate a process in which the metal carrier of the fuel cell is produced additively,
  • 4th a schematic representation of a first method step for the additive production of a metal carrier for a fuel cell, in an alternative embodiment with one compared to the embodiment of FIG 1 until 3 different basic structure and
  • 5 a schematic flow diagram to illustrate the process from 4th .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt eine Brennstoffzelle 12a in einer schematischen Seitenansicht. Die Brennstoffzelle 12a ist als eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Die Brennstoffzelle 12a weist zwei Elektroden 36a auf. Eine der Elektroden 36a der Brennstoffzelle 12a ist als eine Anode 38a ausgebildet. Die andere Elektrode 36a der Brennstoffzelle ist als eine Kathode 40a ausgebildet. Die Brennstoffzelle 12a weist einen Elektrolyten 42a auf, welcher zwischen den beiden Elektroden 36a angeordnet ist. 1 shows a fuel cell 12a in a schematic side view. The fuel cell 12a is designed as a solid oxide fuel cell (SOFC). The fuel cell 12a has two electrodes 36a on. One of the electrodes 36a the fuel cell 12a is as an anode 38a educated. The other electrode 36a the fuel cell is called a cathode 40a educated. The fuel cell 12a has an electrolyte 42a on which one between the two electrodes 36a is arranged.

Die Brennstoffzelle 12a weist einen Metallträger 10a auf. Der Metallträger 10a bildet eine Trägerstruktur für die beiden Elektroden 36a und den Elektrolyten 40a der Brennstoffzelle 12a aus. Vorliegend ist die Anode 38a mit dem Metallträger 10a verbunden. Der Metallträger 16a umfasst eine Basisstruktur 16a. Der Metallträger 10a ist durch Auftragung einer Metallschicht 14a auf der Basisstruktur 16a aufgebaut.The fuel cell 12a has a metal support 10a on. The metal support 10a forms a support structure for the two electrodes 36a and the Electrolytes 40a the fuel cell 12a the end. Here is the anode 38a with the metal support 10a tied together. The metal support 16a includes a basic structure 16a . The metal support 10a is by applying a metal layer 14a on the basic structure 16a built up.

Die Metallschicht 14a ist schichtweise in Form mehrerer übereinanderliegend aufgebrachter Metallteilschichten auf der Basisstruktur 16a aufgebaut. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vereinfacht eine Metallteilschicht 18a und zwei weitere Metallteilschichten 48a, 50a dargestellt. Die Metallschicht 14a kann insbesondere aus einer von der in 1 dargestellten Anzahl von übereinanderliegenden Metallteilschichten abweichenden, insbesondere größeren, Anzahl von Metallteilschichten aufgebaut sein. Die Metallteilschicht 18a ist direkt auf der Basisstruktur 16a aufgebracht. Die weitere Metallteilschicht 48a ist auf der Metallteilschicht 18a aufgebracht und die weitere Metallteilschicht 50a ist auf der weiteren Metallteilschicht 48a aufgebracht.The metal layer 14a is in layers in the form of several metal sub-layers applied one on top of the other on the base structure 16a built up. In the present exemplary embodiment, a partial metal layer is simplified 18a and two more metal sub-layers 48a , 50a shown. The metal layer 14a can in particular from one of the in 1 The number of superimposed metal sublayers shown in the figure may be constructed differently, in particular larger, number of metal sublayers. The partial metal layer 18a is directly on the base structure 16a upset. The further partial metal layer 48a is on the metal part layer 18a applied and the further metal partial layer 50a is on the further metal sub-layer 48a upset.

Der Metallträger 10a ist mit einer vordefinierten Porositätsverteilung hergestellt. Eine Porosität der Metallschicht 14a ist ausgehend von der Basisstruktur 16a graduell eingestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Metallteilschicht 18a eine niedrigere Porosität auf als die Basisstruktur 16a. Die weitere Metallteilschicht 48a weist eine niedrigere Porosität auf als die Metallteilschicht 18a. Die weitere Metallteilschicht 50a weist wiederum eine niedrigere Porosität auf als die weitere Metallteilschicht 48a. Die graduell eingestellte Porosität der Metallschicht 14a nimmt ausgehend von der Basisstruktur 16a in Richtung der Anode 38a ab.The metal support 10a is made with a predefined porosity distribution. A porosity of the metal layer 14a is based on the basic structure 16a gradually adjusted. In the present exemplary embodiment, the partial metal layer 18a a lower porosity than the basic structure 16a . The further partial metal layer 48a has a lower porosity than the partial metal layer 18a . The further partial metal layer 50a again has a lower porosity than the further partial metal layer 48a . The gradually adjusted porosity of the metal layer 14a takes starting from the basic structure 16a towards the anode 38a away.

Die Metallschicht 48a des Metallträgers 10a weist eine Funktionsstruktur 30a auf. Die Funktionsstruktur 30a ist als ein Fluidkanal 32a ausgebildet. Der Fluidkanal 32a ist in einem Betriebszustand der Brennstoffzelle 12a zu einem verbesserten Transport eines Prozessgases (nicht dargestellt) zu einer der Elektroden 36a, beispielsweise einem Transport eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs zu der Anode 38a, vorgesehen.The metal layer 48a of the metal support 10a has a functional structure 30a on. The functional structure 30a is called a fluid channel 32a educated. The fluid channel 32a is in an operating state of the fuel cell 12a for an improved transport of a process gas (not shown) to one of the electrodes 36a , for example transporting a hydrogen-containing fuel to the anode 38a , intended.

Die Metallschicht 14a des Metallträgers 10a weist einen gasdichten Bereich 34a auf. Der gasdichte Bereich 34a ist in einem Randbereich 56a der Brennstoffzelle 12a angeordnet. Der gasdichte Bereich 34a der Metallschicht 14a des Metallträgers 10a ist in einem Betriebszustand der Brennstoffzelle 12a dazu vorgesehen, einen Austritt eines Prozessgases zu verhindern und ersetzt insbesondere eine ansonsten üblicherweise verwendete Dichtung.The metal layer 14a of the metal support 10a has a gas-tight area 34a on. The gas-tight area 34a is in an edge area 56a the fuel cell 12a arranged. The gas-tight area 34a the metal layer 14a of the metal support 10a is in an operating state of the fuel cell 12a provided to prevent a process gas from escaping and in particular replaces an otherwise commonly used seal.

2 zeigt die Basisstruktur 16a des Metallträgers 10a. Die Basisstruktur 16a wird in einem thermischen Vorbehandlungsschritt 20a aus einem losen Pulverbett 24a erzeugt. In dem thermischen Vorbehandlungsschritt 20a wird an einer obersten Schicht 22a des losen Pulverbetts 24a mittels eines durch eine Lasereinheit 54a bereitgestellten Laserstrahls 52a eine tragfähige Schicht 26a erzeugt, welche als Basisstruktur 16a verwendet wird. In einem anschließenden ersten Verfahrensschritt 44a wird die Metallteilschicht 18a durch teilweises Aufschmelzen von Metallpulver mittels des Laserstrahls 52a auf die Basisstruktur 16a aufgebracht. 2 shows the basic structure 16a of the metal support 10a . The basic structure 16a is in a thermal pretreatment step 20a from a loose powder bed 24a generated. In the thermal pre-treatment step 20a is attached to a top layer 22a of the loose powder bed 24a by means of a by a laser unit 54a provided laser beam 52a a stable layer 26a generated which as the basic structure 16a is used. In a subsequent first process step 44a becomes the partial metal layer 18a by partially melting metal powder by means of the laser beam 52a on the basic structure 16a upset.

3 zeigt ein schematisches Fließschema eines Verfahrens, bei welchem additiv der Metallträger 10a der Brennstoffzelle 12a hergestellt wird. Zunächst wird der thermische Vorbehandlungsschritt 20a durchgeführt. In dem nachfolgenden ersten Verfahrensschritt 44a wird die Metallteilschicht 18a auf die Basisstruktur 16a aufgebracht. In einem weiteren Verfahrensschritt 46a wird, analog zu dem ersten Verfahrensschritt 44a, die weitere Metallteilschicht 48a auf die Metallteilschicht 18a aufgebracht. In einem nachfolgenden weiteren Verfahrensschritt 58a wird die weitere Metalteilschicht 50a auf die weitere Metallteilschicht 48a aufgebracht. 3 shows a schematic flow diagram of a process in which additively the metal carrier 10a the fuel cell 12a will be produced. First is the thermal pretreatment step 20a carried out. In the following first process step 44a becomes the partial metal layer 18a on the basic structure 16a upset. In a further process step 46a is analogous to the first process step 44a , the further metal sub-layer 48a on the metal part layer 18a upset. In a subsequent further process step 58a becomes the further partial metal layer 50a on the further metal partial layer 48a upset.

Der Metallträger 10a wird in dem Verfahren mit der vordefinierten Porositätsverteilung hergestellt. Die Porosität der Metallschicht 14a des Metallträgers 10a wird ausgehend von der Basisstruktur 16a graduell eingestellt. Die Metallschicht 14a wird mittels eines Laserverfahrens hergestellt. Die Porosität der Metallschicht 14a wird über eine Laserintensität des in dem Laserverfahren verwendeten Laserstrahls 52a eingestellt. In dem ersten Verfahrensschritt 44a wird die erste Metallteilschicht 18a bei einer hohen Laserintensität des Laserstrahls 52a auf die Basisstruktur 16a aufgebracht, so dass die die Metallteilschicht 18a aufbauenden Metallpartikel durch den Laserstrahl 52a stark aufgeschmolzen werden und die Metallteilschicht 18a mit einer niedrigen Porosität hergestellt wird. In dem weiteren Verfahrensschritt 44a wird die Laserintensität des Laserstrahls 52a erhöht, so dass die weitere Metallteilschicht 48a mit einer gegenüber der Metallteilschicht 18a geringeren Porosität hergestellt wird. In dem weiteren Verfahrensschritt 48a wird die Laserintensität des Laserstrahls 52a erneut erhöht, so dass die weitere Metallteilschicht 50a mit einer gegenüber der weiteren Metallschicht 48a geringeren Porosität hergestellt wird.The metal support 10a is produced in the process with the predefined porosity distribution. The porosity of the metal layer 14a of the metal support 10a is based on the basic structure 16a gradually adjusted. The metal layer 14a is manufactured using a laser process. The porosity of the metal layer 14a is about a laser intensity of the laser beam used in the laser process 52a set. In the first step 44a becomes the first partial metal layer 18a with a high laser intensity of the laser beam 52a on the basic structure 16a applied so that the the partial metal layer 18a building up metal particles by the laser beam 52a are strongly melted and the partial metal layer 18a is made with a low porosity. In the further process step 44a becomes the laser intensity of the laser beam 52a increased so that the further metal sub-layer 48a with one opposite the partial metal layer 18a lower porosity is produced. In the further process step 48a becomes the laser intensity of the laser beam 52a again increased so that the further metal sub-layer 50a with one opposite the other metal layer 48a lower porosity is produced.

In einem weiteren Verfahrensschritt 60a wird in der Metallschicht 14a die Funktionsstruktur 30a erzeugt. Die Funktionsstruktur 30a wird als der Fluidkanal 32a ausgebildet. Hierzu wird die Laserintensität des Laserstrahls 52a stark erhöht und der Fluidkanal 32a in der weiteren Metallteilschicht 50a der Metallschicht 14a erzeugt.In a further process step 60a is in the metal layer 14a the functional structure 30a generated. The functional structure 30a is called the fluid channel 32a educated. This is done using the laser intensity of the laser beam 52a greatly increased and the fluid channel 32a in the further partial metal layer 50a the metal layer 14a generated.

In einem letzten Verfahrensschritt 62a wird in der Metallschicht 14a der gasdichte Bereich 34a erzeugt. Dazu wird eine Seitenfläche der Metallschicht 14a, welche später in dem Randbereich 56a der Brennstoffzelle angeordnet wird (vgl. 1), bei hoher Laserintensität des Laserstrahls 52a angeschmolzen.In a final process step 62a is in the metal layer 14a the gas-tight area 34a generated. This is done by using a side surface of the metal layer 14a which later in the edge area 56a the fuel cell is arranged (cf. 1 ), with high laser intensity of the laser beam 52a melted.

In dem Verfahren wird der Metallträger 12a schichtweise durch Auftragung der Metallschicht 14a auf die Basisstruktur 16a aufgebaut, welche nach Fertigstellung als Bestandteil des Metallträgers 10a erhalten bleibt (vgl. 1).In the process, the metal support 12a layer by layer by applying the metal layer 14a on the basic structure 16a built up, which after completion as part of the metal support 10a remains (cf. 1 ).

In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.In the 4th and 5 a further embodiment of the invention is shown. The following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, whereby with regard to identically designated components, in particular with regard to components with the same reference numerals, in principle also to the drawings and / or the description of the other exemplary embodiments, in particular the 1 until 3 , can be referenced. To distinguish the exemplary embodiments, the letter a is the reference number of the exemplary embodiment in FIG 1 until 3 re-enacted. In the embodiments of 4th and 5 the letter a is replaced by the letter b.

4 zeigt einen ersten Verfahrensschritt 44b eines Verfahrens, bei welchem additiv ein Metallträger 10b einer Brennstoffzelle 12b hergestellt wird. Der Metallträger 10b unterscheidet sich von dem Metallträger 10a des vorhergehenden Ausführungsbeispiels im Wesentlichen hinsichtlich einer gegenüber der Basisstruktur 16a verschiedenen Basisstruktur 16b. In dem Verfahren wird ein vorgefertigtes Metallgitter 28b als Basisstruktur 16b verwendet. In dem ersten Verfahrensschritt 44b wird eine Metallteilschicht 18b durch teilweises Aufschmelzen von Metallpulver mittels eines durch eine Lasereinheit 54b erzeugten Laserstrahls 52b auf das als Basisstruktur 16b verwendete Metallgitter 28b aufgebracht. 4th shows a first process step 44b a method in which a metal carrier is additive 10b a fuel cell 12b will be produced. The metal support 10b differs from the metal support 10a of the previous exemplary embodiment essentially with regard to a relative to the basic structure 16a different basic structure 16b . In the process, a prefabricated metal mesh is used 28b as a basic structure 16b used. In the first step 44b becomes a partial metal layer 18b by partially melting metal powder by means of a laser unit 54b generated laser beam 52b on that as a basic structure 16b used metal grille 28b upset.

In 5 ist ein schematisches Fließschema des Verfahrens des alternativen Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Verfahren unterscheidet sich von dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass der thermische Vorbehandlungsschritt 20a entfällt und in dem ersten Verfahrensschritt das Metallgitter 28b als Basisstruktur 16b verwendet wird. Dem ersten Verfahrensschritt 44b schließen sich weitere Verfahrensschritte 46b, 58b, 60b und 62b an, welche jeweils im Wesentlichen analog zu den weiteren Verfahrensschritten 46a, 58a, 60a und 62a des vorhergehenden Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute detaillierte Beschreibung verzichtet wird und auf die Beschreibung zu 3 verwiesen sei. Der in dem Verfahren hergestellte Metallträger 10b weist, mit Ausnahme der Basisstruktur 16b, im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionellen Merkmale auf wie der Metallträger 16a, so dass diesbezüglich auf 1 verwiesen sei.In 5 A schematic flow diagram of the process of the alternate embodiment is shown. The procedure is different from that in the 2 and 3 illustrated embodiment essentially in that the thermal pretreatment step 20a omitted and in the first process step the metal grid 28b as a basic structure 16b is used. The first step in the process 44b further procedural steps follow 46b , 58b , 60b and 62b which are essentially analogous to the further process steps 46a , 58a , 60a and 62a of the preceding exemplary embodiment, which is why a renewed detailed description is dispensed with at this point and the description as well 3 referenced. The metal support produced in the process 10b exhibits, with the exception of the basic structure 16b , has essentially the same structural and functional features as the metal carrier 16a so that on this on 1 referenced.

Claims (12)

Verfahren, bei welchem additiv ein Metallträger (10a; 10b) einer Brennstoffzelle (12a; 12b) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallträger (10a; 10b) durch Auftragung einer Metallschicht (14a; 14b) auf eine Basisstruktur (16a; 16b) aufgebaut wird, welche nach Fertigstellung als Bestandteil des Metallträgers (10a; 10b) erhalten bleibt.Method in which a metal carrier (10a; 10b) of a fuel cell (12a; 12b) is produced additively, characterized in that the metal carrier (10a; 10b) is produced by applying a metal layer (14a; 14b) to a base structure (16a; 16b) is built up, which is retained after completion as part of the metal carrier (10a; 10b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (14a; 14b) schichtweise in Form mehrerer übereinanderliegender Metallteilschichten (18a; 18b) aufgebracht wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the metal layer (14a; 14b) is applied in layers in the form of several superimposed partial metal layers (18a; 18b). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines thermischen Vorbehandlungsschritts (20a) an einer obersten Schicht (22a) eines losen Pulverbetts (24a) eine tragfähige Schicht (26a) erzeugt wird, welche als Basisstruktur (16a) verwendet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that, by means of a thermal pretreatment step (20a), a load-bearing layer (26a) is produced on an uppermost layer (22a) of a loose powder bed (24a), which layer is used as the base structure (16a). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgefertigtes Metallgitter (28b) und/oder Metallgewebe als Basisstruktur (16b) verwendet wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a prefabricated metal grid (28b) and / or metal mesh is used as the base structure (16b). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallträger (10a; 10b) mit einer vordefinierten Porositätsverteilung hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal carrier (10a; 10b) is produced with a predefined porosity distribution. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Metallschicht (14a; 14b) ausgehend von der Basisstruktur (16a; 16b) graduell eingestellt wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the porosity of the metal layer (14a; 14b) is gradually adjusted starting from the base structure (16a; 16b). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (14a; 14b) mittels eines Laser-/ Elektronenverfahrens hergestellt und die Porosität über eine Energieintensität eingestellt wird.Procedure according to Claim 5 or 6th , characterized in that the metal layer (14a; 14b) is produced by means of a laser / electron process and the porosity is adjusted via an energy intensity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Metallschicht (14a; 14b) zumindest eine Funktionsstruktur (30a; 30b) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional structure (30a; 30b) is produced in the metal layer (14a; 14b). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstruktur (30a; 30b) als ein Fluidkanal (32a; 32b) ausgebildet wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the functional structure (30a; 30b) is designed as a fluid channel (32a; 32b). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Metallschicht (14a; 14b) zumindest ein gasdichter Bereich (34a; 34b) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one gas-tight area (34a; 34b) is produced in the metal layer (14a; 14b). Metallträger (10a; 10b) für eine Brennstoffzelle, insbesondere Brennstoffzellenmetallträger, welcher in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.Metal carrier (10a; 10b) for a fuel cell, in particular fuel cell metal carrier, which in a method according to one of the Claims 1 until 10 is made. Brennstoffzelle (12a; 12b) mit zumindest einem Metallträger (10a; 10b), welcher in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.Fuel cell (12a; 12b) with at least one metal carrier (10a; 10b), which in a method according to one of the Claims 1 until 10 is made.
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