WO2021001216A1 - Bipolar plate for a fuel cell, method for producing a bipolar plate for a fuel cell and fuel cell - Google Patents

Bipolar plate for a fuel cell, method for producing a bipolar plate for a fuel cell and fuel cell Download PDF

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bipolar plate
fuel cell
graphite
preform
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Anika Harbord
Matthias Musialek
Leonore Glanz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Bipolar plate for a fuel cell process for the production of a
  • the invention relates to a bipolar plate for a fuel cell according to the preamble of independent claim 1, a method for producing a bipolar plate for a fuel cell according to independent claim 7 and a fuel cell according to independent claim 10.
  • a fuel cell is an electrochemical cell that converts the chemical energy of a fuel into electricity through an electrochemical reaction.
  • the type of fuel cell is the proton exchange membrane fuel cell (proton exchange membrane, PEM fuel cell).
  • PEM fuel cell proton exchange membrane
  • membranes, electrodes and a catalytic converter there are also so-called
  • Bipolar plates provided. These electrically conductive plates serve to conduct the electrical current as electrodes and also to guide a fluid through appropriately arranged flow channels.
  • Fuel cells or fuel cell stacks are constructed from membrane electrode units and bipolar plates arranged alternately one above the other. The bipolar plates serve to supply the electrodes with educts and to cool the fuel cell stack. To maintain the electrochemical reaction in the fuel cell stack, bipolar plates bring the electrodes formed on the anode side advantageously with as little electrical power as possible
  • Contact resistance should be as low as possible. The latter are depending on the surface quality of the panels, the adjacent
  • Contact medium and the applied contact pressure In addition, it must have a high level of media impermeability, corrosion resistance and good
  • bipolar plates in addition to thin, structured metal foils, which usually require corrosion protection, and pure graphite plates, which show high chemical resistance and good contact resistance, but are complex to process, plates made of highly filled graphite-based plates can also be used Thermoplastic or curable composites are used, which combine the good functional properties of graphite with a simpler and more cost-effective shape.
  • the present invention shows a bipolar plate for a fuel cell according to the features of claim 1, a method for producing a
  • Bipolar plate according to the features of claim 7 and a fuel cell according to the features of claim 10.
  • the present invention shows a bipolar plate for a fuel cell, the bipolar plate comprising a composite, the composite comprising a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based filler material being at least partially highly filled and the graphite-based filler material has at least one graphite-based thermoplastic material area and / or a graphite-based hardenable material area.
  • the composite of the bipolar plate according to the invention comprises peroxides at least in some areas.
  • the bipolar plate according to the invention for a fuel cell is produced from a composite according to the invention.
  • the composite has a polymeric base material, in particular in the form of a polymeric matrix.
  • the composite has filler material inside and around the base material.
  • Graphite-based filler materials are used as filler material, the filler materials within and around the polymeric base material being at least partially, preferably completely, highly filled.
  • the filler materials in particular the graphite-based filler material, are arranged in a compressed manner with a high density within and / or around the polymeric base material. More detailed considerations on the weight and volume distributions of the composite are described in a later section of the description of this invention.
  • the graphite-based filler material can be thermoplastic and / or hardenable, in particular thermosetting.
  • the electrically and thermally conductive properties of a bipolar plate configured in this way are particularly advantageous, decisive, in particular exclusively, due to the graphite-based filling materials.
  • a processing of the composite according to the invention to a bipolar plate and further to a fuel cell is shown in the
  • a composite With highly filled filling materials, a composite can tend to be brittle. This means that due to the dense filling of the filling material, any possible deformation of the composite, for example for further processing, is reduced and / or restricted.
  • the at least regionally arranged peroxides of the composite enable improved flowability and / or adhesion of the composite with simple and inexpensive means. This enables a bipolar plate according to the invention with reduced thickness and / or production costs.
  • Bipolar plate is provided that the composite comprises at least one of the following additional materials:
  • Polymer plasticizers especially PP waxes.
  • the composite according to the invention can advantageously be supplemented by at least one of the additional materials in order to additionally improve flowability and / or adhesion of the composite.
  • the flowability that is to say the possible deformation, of the composite can be further increased and / or simplified and thus improved.
  • the addition of at least one of the additional materials mentioned to the composite according to the invention enables improved adhesion of the composite to a metallic foil and / or other structural components of the bipolar plate and / or the
  • the titanates and the zirconates can enable a pressure-sensitive adhesive function in the composite for further elements of the bipolar plate and / or the fuel cell.
  • an increased flowability of the composite is particularly advantageous.
  • Supplementing the composite with at least one of the mentioned additional materials enables thinner film production and an improved possibility of stretching due to the improved melt flowability of the composite for the production of a bipolar plate of a fuel cell.
  • An inventive Composite with at least one additional material can be based, for example, on the following chemical structure:
  • Bipolar plate is provided that the polymer base material has polymer chains, the polymer chains, in particular through
  • Bipolar plate is provided that at least one metallic foil is arranged and / or attached in and / or on the composite.
  • a metallic foil By adding a metallic foil to the composite and / or the bipolar plate, a multilayer composite with advantageous properties can be produced, for example.
  • a metallic foil enables a simpler production of a composite foil which is as thin as possible and which can be further processed into a bipolar plate, in particular a bipolar plate which is as thin as possible.
  • Bipolar plate is provided so that the composite consists of 80 to 95% by weight of the graphite-based filling material.
  • Bipolar plate can preferably have a weight percentage of 80 to 95% by weight for the graphite-based filler material.
  • a bipolar plate designed in this way enables an advantageously high electrical and thermal conductivity with low cost and time expenditure for production.
  • the present invention discloses a method for producing the bipolar plate for a fuel cell, the bipolar plate comprising a composite, the composite comprising a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filling material, wherein the bipolar plate according to one of the preceding claims is configured, the method comprising the following steps:
  • An extruded profile, a plate, a film or some other rough shaping of the composite prior to processing the preform into a bipolar plate can be understood as a preform according to the invention.
  • the preform can be produced from the composite by means of various forming, cutting and / or machining techniques.
  • the preform produced is shaped and / or machined into a bipolar plate by means of embossing, pressing, deep drawing and / or further shaping techniques and / or post-machining.
  • a method designed in this way for producing a bipolar plate for a fuel cell is advantageous due to the advantageously possible thin configuration of the bipolar plates by the method according to the invention and the good flow and deformation properties of the composite.
  • the method for producing the bipolar plate for a fuel cell according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the bipolar plate according to the first aspect of the invention. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the method further comprises the following step:
  • Preform and / or on a semi-finished product produced from the preform are Preform and / or on a semi-finished product produced from the preform.
  • a metallic foil enables a simpler production of a preform that is as thin as possible, for example in the form of a composite foil, which can be further processed into a bipolar plate, in particular a bipolar plate that is as thin as possible.
  • An arrangement and / or fastening of the metallic foil can preferably be understood as an adhesion of the metallic foil to the composite, the preform and / or the bipolar plate. Such adhesion is improved and / or reinforced by the additional materials described above.
  • the production of a preform from the composite comprises calendering the composite to form a semi-finished product and / or to form a composite film.
  • the production of a preform from the composite according to the invention can include, for example, the process steps of calendering.
  • Such a method enables a particularly thin, uniform and simple to manufacture preform in the form of a semi-finished product and / or a composite film.
  • the calendering of the composite is associated with little expenditure in terms of time and costs and is therefore advantageously suitable for series production of the bipolar plate according to the invention.
  • the method according to the invention can produce a preform from the composite by means of extrusion or other shaping techniques.
  • the present invention discloses one
  • the bipolar plates are designed according to the first aspect of the present invention.
  • the fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the method according to the second aspect of the invention or the bipolar plate according to the first aspect of the invention. Further measures improving the invention emerge from the following description of some exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All from the
  • FIG. 1 shows a detailed representation of a material composition of a composite with a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material in regions as a graphite-based thermoplastic material region and
  • FIG. 2 shows a detailed representation of a material composition of a composite with a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material in regions as a graphite-based thermoplastic material region and
  • FIG. 3 shows a method step for producing a semi-finished product from a preform made of a composite
  • FIG. 4 shows a fuel cell with an electrolyte, two electrodes, two gas diffusion layers and two bipolar plates.
  • identical reference symbols are used for the same technical features from different exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic detailed illustration of a material composition of a composite 100 of an embodiment according to the invention of a bipolar plate 150 (not shown) with a polymeric base material 102 and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110 is designed in regions as graphite-based thermoplastic material region 112 and in regions as graphite-based hardenable material region 114.
  • the composite 100 has a polymeric base material 102, for example in the form of a polymeric matrix.
  • the composite 100 has filler material 110 within and around the polymeric base material 102.
  • Graphite-based filler materials 110 are used as filler material 110, the filler materials 110 within and around the polymeric base material 102 being at least regionally, preferably completely, highly filled. This means that the filling materials 110 are arranged in a compacted manner within and around the polymeric base material 102 with a high density.
  • the largely homogeneous and / or symmetrical arrangement of the materials 102, 110 within the composite 100 is selected as an example and can be advantageously homogeneous
  • FIG. 2 is a schematic detailed illustration of a material composition of a composite 100 of an embodiment according to the invention of a bipolar plate 150 (not shown) with a polymeric base material 102 and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110, the graphite-based, electrically and thermally conductive Fill material 110
  • the material composition of the composite 100 in FIG. 2 according to an embodiment of the invention has at least one
  • Additional material 116 to ensure flowability and / or adhesion of the composite 100 to improve. Due to the highly filled filling materials 110, a composite 100 can tend to be brittle. This means that due to the dense filling of the filling material 110, a possible deformation of the composite 100, for example for further processing, is reduced and / or restricted. By adding at least one of the mentioned additional materials 116, the flowability, that is to say the possible deformation, of the composite 100 can be enlarged and / or simplified and thus improved. In addition to better formability, the addition of the
  • a supplement of the composite 100 by at least one of the mentioned additional materials 116 enables a thinner foil production as well as an improved stretching possibility due to the improved
  • Bipolar plate 150 (not shown) of a fuel cell 200 (not shown).
  • FIG. 3 shows a method step for producing a semifinished product 140 for a bipolar plate 150 (not shown) from a preform 130 made of a composite 100.
  • a composite 100 according to the invention is processed by means of calendering to form a semi-finished product 140 according to the invention.
  • a preform 130 made of composite 100 is processed by means of roller pairs with decreasing spacing to form a composite film as thin as possible as a semi-finished product 140 for the production of a bipolar plate 150 (not shown) of a fuel cell 200 (not shown).
  • the composite 100 according to the invention is characterized by the at least regionally arranged peroxides,
  • FIG. 4 shows a fuel cell 200 with an electrolyte 202, two electrodes 206, two gas diffusion layers 204 and two bipolar plates 150.
  • the inventive bipolar plate 150 can be through
  • the fuel cell 200 according to the third aspect of the invention has the same advantages as have already been described for the method according to the second aspect of the invention or the bipolar plate 150 according to the first aspect of the invention.

Abstract

The invention relates to a bipolar plate (150) for a fuel cell (200), wherein the bipolar plate (150) comprises a composite (100). The composite (100) comprises a polymer base material (102) and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material (110), wherein the graphite-based filler material (110) is designed to be highly filled at least in regions and the graphite-based filler material (110) has at least one graphite-based thermoplastic material region (112) and/or a graphite-based curable material region (114), wherein the composite (100) comprises peroxides at least in regions. The invention furthermore relates to a method for producing the bipolar plate (150) and a fuel cell (200).

Description

Beschreibung description
Titel title
Bipolarplate für eine Brennstoffzelle, Verfahren zur Herstellung einer Bipolar plate for a fuel cell, process for the production of a
Bipolarplate für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle Bipolar plate for a fuel cell and fuel cell
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplate für eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen Anspruch 7 sowie eine Brennstoffzelle nach dem unabhängigen Anspruch 10. The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell according to the preamble of independent claim 1, a method for producing a bipolar plate for a fuel cell according to independent claim 7 and a fuel cell according to independent claim 10.
Stand der Technik State of the art
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche chemische Energie eines Brennstoffes durch eine elektrochemische Reaktion in Elektrizität wandelt. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen. Ein spezieller A fuel cell is an electrochemical cell that converts the chemical energy of a fuel into electricity through an electrochemical reaction. There are different types of fuel cells. A special one
Brennstoffzellentyp ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (Proton- Exchange-Membran, PEM-Brennstoffzelle). In diesen Brennstoffzellentypen sind neben Membranen, Elektroden und einem Katalyt auch sogenannte The type of fuel cell is the proton exchange membrane fuel cell (proton exchange membrane, PEM fuel cell). In addition to membranes, electrodes and a catalytic converter, there are also so-called
Bipolarplaten vorgesehen. Diese elektrisch leitenden Platten dienen dazu, den elektrischen Strom als Elektroden zu leiten und außerdem ein Fluid durch entsprechend angeordnete Strömungskanäle zu führen. Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellenstapel sind aus abwechselnd übereinander angeordneten Membranelektrodeneinheiten und Bipolarplatten aufgebaut. Hierbei dienen die Bipolarplaten zur Versorgung der Elektroden mit Edukten und zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels. Bipolarplatten bringen zur Aufrechterhaltung der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel die anodenseitig gebildeten Elektroden vorteilhaft unter möglichst geringem elektrischen Bipolar plates provided. These electrically conductive plates serve to conduct the electrical current as electrodes and also to guide a fluid through appropriately arranged flow channels. Fuel cells or fuel cell stacks are constructed from membrane electrode units and bipolar plates arranged alternately one above the other. The bipolar plates serve to supply the electrodes with educts and to cool the fuel cell stack. To maintain the electrochemical reaction in the fuel cell stack, bipolar plates bring the electrodes formed on the anode side advantageously with as little electrical power as possible
Widerstand auf die Kathodenseite der benachbarten Zelle. Das bedeutet, dass neben einer guten Bulkleitfähigkeit insbesondere auch die Resistance on the cathode side of the neighboring cell. This means that in addition to good bulk conductivity, the
Kontaktübergangswiderstände so gering wie möglich sein sollten. Letztere sind abhängig von der Oberflächenqualität der Platten, dem angrenzenden Contact resistance should be as low as possible. The latter are depending on the surface quality of the panels, the adjacent
Kontaktmedium und der applizierten Anpresskraft. Darüber hinaus muss eine hohe Medien-Dichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, sowie eine gute Contact medium and the applied contact pressure. In addition, it must have a high level of media impermeability, corrosion resistance and good
Wärmeableitung und ausreichende mechanische Stabilität sichergestellt werden. Insbesondere für die mechanische Festigkeit der Bipolarplatten ist eine vorteilhafte Materialwahl ausschlaggebend, da die Bipolarplatten als äußere Bauteile einer Brennstoffzelle für gewöhnlich den Anpressdruck in den Zellstapel überleiten. Heat dissipation and sufficient mechanical stability are ensured. For the mechanical strength of the bipolar plates in particular, an advantageous choice of material is crucial, since the bipolar plates, as external components of a fuel cell, usually transfer the contact pressure into the cell stack.
Für die Materialwahl und Ausgestaltung der Bipolarplatten können neben dünnen, strukturgeprägten Metallfolien, die in der Regel einen Korrosionsschutz benötigen und reinen Graphitplatten, die zwar eine hohe chemische Resistenz und gute Kontaktübergangswiderstände zeigen, dafür aber aufwändig zu bearbeiten sind, auch Platten aus hochgefüllten Graphit-basierten thermo plastischen oder härtbaren Kompositen zum Einsatz kommen, welche die guten Funktionseigenschaften von Graphit mit einer einfacheren und kostengünstigeren Formgebung kombinieren. For the choice of material and design of the bipolar plates, in addition to thin, structured metal foils, which usually require corrosion protection, and pure graphite plates, which show high chemical resistance and good contact resistance, but are complex to process, plates made of highly filled graphite-based plates can also be used Thermoplastic or curable composites are used, which combine the good functional properties of graphite with a simpler and more cost-effective shape.
Aus den Druckschriften DE 10 2017 201 703 Al und WO 2008/049099 Al gehen Materialvorschläge sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten für Bipolarplatten hervor, wobei die in der WO 2008/049099 Al vorgeschlagenen Polyhydroxyalkanoate sich in deionisiertem Wasser zersetzen können, insbesondere unter Material proposals and design options for bipolar plates emerge from the publications DE 10 2017 201 703 A1 and WO 2008/049099 A1, the polyhydroxyalkanoates proposed in WO 2008/049099 A1 being able to decompose, in particular under, in deionized water
Wärmeeinfluss. Influence of heat.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung zeigt eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer The present invention shows a bipolar plate for a fuel cell according to the features of claim 1, a method for producing a
Bipolarplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10. Bipolar plate according to the features of claim 7 and a fuel cell according to the features of claim 10.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Further features and details of the invention emerge from the
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the bipolar plate according to the invention naturally also apply in connection with of the fuel cell according to the invention and the method according to the invention and in each case vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to one another.
Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, die Bipolarplatte umfassend ein Komposit, das Komposit aufweisend ein polymeres Grundmaterial und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial, wobei das graphit-basierte Füllmaterial zumindest bereichsweise hochgefüllt ausgestaltet ist und das graphit-basierte Füllmaterial zumindest einen graphit-basierten thermoplastisches Materialbereich und/oder einen graphit-basierten härtbaren Materialbereich aufweist. Ferner umfasst das Komposit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte wenigstens bereichsweise Peroxide. According to a first aspect, the present invention shows a bipolar plate for a fuel cell, the bipolar plate comprising a composite, the composite comprising a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based filler material being at least partially highly filled and the graphite-based filler material has at least one graphite-based thermoplastic material area and / or a graphite-based hardenable material area. Furthermore, the composite of the bipolar plate according to the invention comprises peroxides at least in some areas.
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle wird aus einem erfindungsgemäßen Komposit hergestellt. Das Komposit weist ein polymeres Grundmaterial, insbesondere in Form einer polymeren Matrix, auf. Innerhalb und um das Grundmaterial weist das Komposit Füllmaterial auf. Als Füllmaterial werden graphit-basierte Füllmaterialien verwendet, wobei die Füllmaterialien innerhalb und um das polymere Grundmaterial zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, hochgefüllt ausgestaltet sind. Die hochgefüllte The bipolar plate according to the invention for a fuel cell is produced from a composite according to the invention. The composite has a polymeric base material, in particular in the form of a polymeric matrix. The composite has filler material inside and around the base material. Graphite-based filler materials are used as filler material, the filler materials within and around the polymeric base material being at least partially, preferably completely, highly filled. The highly filled
Ausgestaltung bedeutet, dass die Füllmaterialien, insbesondere das graphit- basierte Füllmaterial, mit einer hohen Dichte innerhalb und/oder um das polymere Grundmaterial verdichtet angeordnet sind. Detailliertere Betrachtungen zu den Gewichts- und Volumenverteilungen des Komposits werden in einem späteren Abschnitt der Beschreibung dieser Erfindung beschrieben. Das graphit- basierte Füllmaterial kann thermoplastisch und/oder härtbar, insbesondere duroplastisch, ausgestaltet sein. Besonders vorteilhaft sind die elektrisch und thermisch leitfähigen Eigenschaften einer derart ausgestalteten Bipolarplatte, maßgeblich, insbesondere ausschließlich, aufgrund der graphit-basierten Füllmaterialien. Eine Bearbeitung des erfindungsgemäßen Komposits zu einer Bipolarplatte und weiterführend zu einer Brennstoffzelle wird in dem Design means that the filler materials, in particular the graphite-based filler material, are arranged in a compressed manner with a high density within and / or around the polymeric base material. More detailed considerations on the weight and volume distributions of the composite are described in a later section of the description of this invention. The graphite-based filler material can be thermoplastic and / or hardenable, in particular thermosetting. The electrically and thermally conductive properties of a bipolar plate configured in this way are particularly advantageous, decisive, in particular exclusively, due to the graphite-based filling materials. A processing of the composite according to the invention to a bipolar plate and further to a fuel cell is shown in the
erfindungsgemäßen Verfahren detailliert beschrieben. Aufgrund der Method according to the invention described in detail. Due to the
hochgefüllten Füllmaterialien kann ein Komposit zur Sprödigkeit neigen. Dies bedeutet, dass aufgrund der dichten Füllung des Füllmaterials eine mögliche Verformung des Komposits, beispielsweise für die weitere Bearbeitung, verringert und/oder eingeschränkt ist. Durch die wenigstens bereichsweise angeordneten Peroxide des Komposits wird eine verbesserte Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ermöglicht. Somit wird eine erfindungsgemäße Bipolarplatte mit verringerter Dicke und/oder Produktionskosten ermöglicht. With highly filled filling materials, a composite can tend to be brittle. This means that due to the dense filling of the filling material, any possible deformation of the composite, for example for further processing, is reduced and / or restricted. The at least regionally arranged peroxides of the composite enable improved flowability and / or adhesion of the composite with simple and inexpensive means. This enables a bipolar plate according to the invention with reduced thickness and / or production costs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen According to a preferred embodiment of the invention
Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das Komposit wenigstens eines der folgenden Zusatzmaterialien umfasst: Bipolar plate is provided that the composite comprises at least one of the following additional materials:
Titanate, Titanates,
Zirkonate, Zirconates,
Polymerweichmacher, insbesondere PP-Wachse. Polymer plasticizers, especially PP waxes.
Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Komposit um wenigstens eines der Zusatzmaterialien ergänzt werden, um eine Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits zusätzlich zu verbessern. Durch die Ergänzung von wenigstens einem der genannten Zusatzmaterialien kann die Fließfähigkeit, sprich die mögliche Verformung, des Komposits weiter vergrößert und/oder vereinfacht und damit verbessert werden. Ergänzend zu einer besseren Umformbarkeit ermöglicht die Ergänzung des erfindungsgemäßen Komposits um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien eine verbesserte Haftung des Komposits an einer später noch detailliert beschriebenen metallischen Folie und/oder weiteren konstruktiven Bestandteilen der Bipolarplatte und/oder der The composite according to the invention can advantageously be supplemented by at least one of the additional materials in order to additionally improve flowability and / or adhesion of the composite. By adding at least one of the additional materials mentioned, the flowability, that is to say the possible deformation, of the composite can be further increased and / or simplified and thus improved. In addition to better deformability, the addition of at least one of the additional materials mentioned to the composite according to the invention enables improved adhesion of the composite to a metallic foil and / or other structural components of the bipolar plate and / or the
Brennstoffzelle. Insbesondere die Titanate und die Zirkonate können eine Haftkleberfunktion in dem Komposit zu weiteren Elementen der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle ermöglichen. Für die später detailliert Fuel cell. In particular, the titanates and the zirconates can enable a pressure-sensitive adhesive function in the composite for further elements of the bipolar plate and / or the fuel cell. For that detailed later
beschriebenen Umformungsschritte des Komposits zu einer Bipolarplatte ist eine erhöhte Fließfähigkeit des Komposits besonders vorteilhaft. Eine Ergänzung des Komposits um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien ermöglicht eine dünnere Folienherstellung sowie eine verbesserte Verstreckmöglichkeit aufgrund der verbesserten Schmelze-Fließfähigkeit des Komposits für die Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle. Ein erfindungsgemäßes Komposit mit wenigstens einem Zusatzmaterial kann beispielsweise auf der folgenden chemischen Struktur basieren: Reshaping steps of the composite to a bipolar plate described, an increased flowability of the composite is particularly advantageous. Supplementing the composite with at least one of the mentioned additional materials enables thinner film production and an improved possibility of stretching due to the improved melt flowability of the composite for the production of a bipolar plate of a fuel cell. An inventive Composite with at least one additional material can be based, for example, on the following chemical structure:
(RO-)-nTi-(-O X R‘ Y)4-n (RO -) - nTi - (- O X R ‘Y) 4-n
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen According to an advantageous embodiment of the invention
Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das polymere Grundmaterial polymere Ketten aufweist, wobei die polymeren Ketten, insbesondere durch Bipolar plate is provided that the polymer base material has polymer chains, the polymer chains, in particular through
Kettenaufbaureaktionen, Verzweigungen mit den Peroxiden und/oder mit wenigstens einem der Zusatzmaterialien aufweisen. Mittels Verzweigungen der polymeren Ketten des polymeren Grundmaterials mit wenigstens einem der zuvor beschriebenen Zusatzmaterialien und/oder den Peroxiden wird vorteilhaft eine höhere Stabilität innerhalb des Komposits selbst und/oder eine verbesserte Stabilität von dem Komposit zu weiteren Bauteilen der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle ermöglicht. Have chain-building reactions, branches with the peroxides and / or with at least one of the additional materials. By branching the polymeric chains of the polymeric base material with at least one of the previously described additional materials and / or the peroxides, higher stability within the composite itself and / or improved stability from the composite to other components of the bipolar plate and / or the fuel cell is advantageously made possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen According to an advantageous embodiment of the invention
Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das graphit-basierte Füllmaterial Bipolar plate is provided that the graphite-based filler material
Kohlenstofffasern, Graphite, Graphen und/oder Ruße umfasst. Die Ausgestaltung des graphit-basierten Füllmaterials mit Kohlenstofffasern, Graphiten, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und/oder Rußen ermöglicht eine besonders vorteilhafte elektrische und thermische Leitfähigkeit des Füllmaterials. Ebenfalls ermöglicht ein derartig ausgestaltetes Komposit eine einfache und kostengünstige Includes carbon fibers, graphites, graphene and / or carbon blacks. The configuration of the graphite-based filler material with carbon fibers, graphites, graphene, carbon nanotubes and / or carbon black enables a particularly advantageous electrical and thermal conductivity of the filler material. Such a composite also enables a simple and inexpensive one
Umformung zu einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte, beispielsweise unter Einwirkung von Kraft und Wärme, wie im erfindungsgemäße Verfahren noch detailliert beschrieben. Forming into a bipolar plate according to the invention, for example under the action of force and heat, as described in detail in the method according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen According to an advantageous embodiment of the invention
Bipolarplatte ist vorgesehen, dass zumindest eine metallische Folie in und/oder an dem Komposit angeordnet und/oder befestigt ist. Durch die Ergänzung des Komposits und/oder der Bipolarplatte mit einer metallischen Folie kann beispielsweise ein Mehrschichtkomposit mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt werden. Eine metallische Folie ermöglicht eine einfachere Herstellung einer möglichst dünnen Verbundfolie, welche zu einer Bipolarplatte, insbesondere einer möglichst dünnen Bipolarplatte, weiterverarbeitet werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolar plate is provided that at least one metallic foil is arranged and / or attached in and / or on the composite. By adding a metallic foil to the composite and / or the bipolar plate, a multilayer composite with advantageous properties can be produced, for example. A metallic foil enables a simpler production of a composite foil which is as thin as possible and which can be further processed into a bipolar plate, in particular a bipolar plate which is as thin as possible. According to an advantageous embodiment of the invention
Bipolarplatte ist vorgesehen, dass das Komposit zu 80 bis 95 Gew.-% aus dem graphit-basierten Füllmaterial besteht. Das hochgefüllte Komposit der Bipolar plate is provided so that the composite consists of 80 to 95% by weight of the graphite-based filling material. The highly filled composite of
Bipolarplatte kann bevorzugt einen Gewichtsprozentanteil von 80 bis 95 Gew.-% für das graphit-basierten Füllmaterial aufweisen. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ermöglicht eine vorteilhafte hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit mit geringem Kosten- und Zeitaufwand für die Produktion. Bipolar plate can preferably have a weight percentage of 80 to 95% by weight for the graphite-based filler material. A bipolar plate designed in this way enables an advantageously high electrical and thermal conductivity with low cost and time expenditure for production.
Gemäß einem zweiten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, die Bipolarplatte umfassend ein Komposit, das Komposit aufweisend ein polymeres Grundmaterial und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial, wobei die Bipolarplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet ist, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: According to a second aspect, the present invention discloses a method for producing the bipolar plate for a fuel cell, the bipolar plate comprising a composite, the composite comprising a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filling material, wherein the bipolar plate according to one of the preceding claims is configured, the method comprising the following steps:
Erzeugung einer Preform aus dem Komposit, Production of a preform from the composite,
Prägen, Pressen, Kalandrieren und/oder Tiefziehen der Preform aus dem Komposit zu einer Bipolarplatte. Embossing, pressing, calendering and / or deep drawing of the preform from the composite to form a bipolar plate.
Als erfindungsgemäße Preform kann ein extrudiertes Profil, eine Platte, eine Folie oder ein anderweitig ausgestaltete grobe Formgebung des Komposits vor der Verarbeitung der Preform zu einer Bipolarplatte verstanden werden. Die Preform kann mittels verschiedener Umform-, Schneid- und/oder Spantechniken aus dem Komposit erzeugt werden. Die erzeugte Preform wird mittels Prägen, Pressen, Tiefziehen und/oder weiteren Umformtechniken und/oder spanender Nachbearbeitung zu einer Bipolarplatte geformt und/oder bearbeitet. Vorteilhaft ist ein derart ausgestaltetes Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle aufgrund der vorteilhaft möglichen dünnen Ausgestaltung der Bipolarplatten durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die guten Fließ- und Umformeigenschaften des Komposits. Das Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: An extruded profile, a plate, a film or some other rough shaping of the composite prior to processing the preform into a bipolar plate can be understood as a preform according to the invention. The preform can be produced from the composite by means of various forming, cutting and / or machining techniques. The preform produced is shaped and / or machined into a bipolar plate by means of embossing, pressing, deep drawing and / or further shaping techniques and / or post-machining. A method designed in this way for producing a bipolar plate for a fuel cell is advantageous due to the advantageously possible thin configuration of the bipolar plates by the method according to the invention and the good flow and deformation properties of the composite. The method for producing the bipolar plate for a fuel cell according to the second aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the bipolar plate according to the first aspect of the invention. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the method further comprises the following step:
Anordnung und/oder Befestigung einer metallischen Folie an der Arrangement and / or attachment of a metallic foil to the
Preform und/oder an einem aus der Preform erzeugten Halbzeug. Preform and / or on a semi-finished product produced from the preform.
Durch die Ergänzung des Komposits, der Preform und/oder der Bipolarplatte mit einer metallischen Folie kann beispielsweise ein Mehrschichtkomposit mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt werden. Eine metallische Folie ermöglicht eine einfachere Herstellung einer möglichst dünnen Preform, beispielsweise in Form einer Verbundfolie, welche zu einer Bipolarplatte, insbesondere einer möglichst dünnen Bipolarplatte, weiterverarbeitet werden kann. Eine Anordnung und/oder Befestigung der metallischen Folie kann vorzugsweise als eine Haftung der metallischen Folie an dem Komposit, der Preform und/oder der Bipolarplatte verstanden werden. Eine derartige Haftung wird durch die zuvor beschriebenen Zusatzmaterialien verbessert und/oder verstärkt. By adding a metallic foil to the composite, the preform and / or the bipolar plate, it is possible, for example, to produce a multilayer composite with advantageous properties. A metallic foil enables a simpler production of a preform that is as thin as possible, for example in the form of a composite foil, which can be further processed into a bipolar plate, in particular a bipolar plate that is as thin as possible. An arrangement and / or fastening of the metallic foil can preferably be understood as an adhesion of the metallic foil to the composite, the preform and / or the bipolar plate. Such adhesion is improved and / or reinforced by the additional materials described above.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erzeugung einer Preform aus dem Komposit ein Kalandrieren des Komposits zu einem Halbzeug und/oder zu einer Verbundfolie umfasst. Die Erzeugung einer Preform aus dem erfindungsgemäßen Komposit kann beispielsweise die Verfahrensschritte des Kalandrierens umfassen. Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine besonders dünne, gleichmäßige und einfach herzustellende Preform in Form eines Halbzeugs und/oder einer Verbundfolie. Das Kalandrieren des Komposits ist mit dem geringen Aufwand für Zeit und Kosten verbunden und folglich vorteilhaft für eine Serienfertigung der erfindungsgemäßen Bipolarplatte geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren die Erzeugung einer Preform aus dem Komposit mittels Extrudieren oder anderen Umformtechniken erzeugen. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the production of a preform from the composite comprises calendering the composite to form a semi-finished product and / or to form a composite film. The production of a preform from the composite according to the invention can include, for example, the process steps of calendering. Such a method enables a particularly thin, uniform and simple to manufacture preform in the form of a semi-finished product and / or a composite film. The calendering of the composite is associated with little expenditure in terms of time and costs and is therefore advantageously suitable for series production of the bipolar plate according to the invention. Alternatively or additionally, the method according to the invention can produce a preform from the composite by means of extrusion or other shaping techniques.
Gemäß einem dritten Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung eine In a third aspect, the present invention discloses one
Brennstoffzelle mit einem Elektrolyten, zwei Elektroden, zwei Fuel cell with one electrolyte, two electrodes, two
Gasdiffusionsschichten und zwei Bipolarplatten. Die Bipolarplatten sind nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Gas diffusion layers and two bipolar plates. The bipolar plates are designed according to the first aspect of the present invention. The fuel cell according to the third aspect of the invention thus has the same advantages as have already been described for the method according to the second aspect of the invention or the bipolar plate according to the first aspect of the invention. Further measures improving the invention emerge from the following description of some exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All from the
Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Features and / or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial
Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Arrangements and process steps can be essential to the invention both individually and in the various combinations. It should be noted that the figures are only of a descriptive character and are not intended to restrict the invention in any way.
Es zeigen jeweils schematisch: They each show schematically:
Fig. 1 eine Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits mit einem polymeren Grundmaterial und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial, wobei das graphit basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich und 1 shows a detailed representation of a material composition of a composite with a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material in regions as a graphite-based thermoplastic material region and
bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich ausgestaltet ist, is designed in some areas as a graphite-based hardenable material area,
Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits mit einem polymeren Grundmaterial und einem graphit-basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial, wobei das graphit basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich und 2 shows a detailed representation of a material composition of a composite with a polymeric base material and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material in regions as a graphite-based thermoplastic material region and
bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich ausgestaltet ist, und einem Zusatzmaterial sowie einer metallischen Folie, is designed in areas as a graphite-based hardenable material area, and an additional material and a metallic foil,
Fig. 3 einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Halbzeugs aus einer Preform aus einem Komposit, 3 shows a method step for producing a semi-finished product from a preform made of a composite,
Fig. 4 eine Brennstoffzelle mit einem Elektrolyten, zwei Elektroden, zwei Gasdiffusionsschichten und zwei Bipolarplatten. In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet. 4 shows a fuel cell with an electrolyte, two electrodes, two gas diffusion layers and two bipolar plates. In the following figures, identical reference symbols are used for the same technical features from different exemplary embodiments.
In Fig. 1 ist eine schematische Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits 100 einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) mit einem polymeren Grundmaterial 102 und einem graphit basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial 110 gezeigt, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial 110 bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich 112 und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich 114 ausgestaltet ist. Das Komposit 100 weist ein polymeres Grundmaterial 102, beispielhaft in Form einer polymeren Matrix, auf. Innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 weist das Komposit 100 Füllmaterial 110 auf. Als Füllmaterial 110 werden graphit-basierte Füllmaterialien 110 verwendet, wobei die Füllmaterialien 110 innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, hochgefüllt ausgestaltet sind. Dies bedeutet, dass die Füllmaterialien 110 mit einer hohen Dichte innerhalb und um das polymere Grundmaterial 102 verdichtet angeordnet sind. Die weitestgehend homogene und/oder symmetrische Anordnung der Materialien 102, 110 innerhalb des Komposits 100 ist beispielhaft gewählt und kann vorteilhafte homogene 1 shows a schematic detailed illustration of a material composition of a composite 100 of an embodiment according to the invention of a bipolar plate 150 (not shown) with a polymeric base material 102 and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110, the graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110 is designed in regions as graphite-based thermoplastic material region 112 and in regions as graphite-based hardenable material region 114. The composite 100 has a polymeric base material 102, for example in the form of a polymeric matrix. The composite 100 has filler material 110 within and around the polymeric base material 102. Graphite-based filler materials 110 are used as filler material 110, the filler materials 110 within and around the polymeric base material 102 being at least regionally, preferably completely, highly filled. This means that the filling materials 110 are arranged in a compacted manner within and around the polymeric base material 102 with a high density. The largely homogeneous and / or symmetrical arrangement of the materials 102, 110 within the composite 100 is selected as an example and can be advantageously homogeneous
Stoffeigenschaften des Komposits 100 ermöglichen. Enable material properties of the composite 100.
In Fig. 2 ist eine schematische Detaildarstellung einer Materialzusammensetzung eines Komposits 100 einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) mit einem polymeren Grundmaterial 102 und einem graphit basierten, elektrisch und thermisch leitfähigen Füllmaterial 110, wobei das graphit-basierte, elektrisch und thermisch leitfähige Füllmaterial 110 2 is a schematic detailed illustration of a material composition of a composite 100 of an embodiment according to the invention of a bipolar plate 150 (not shown) with a polymeric base material 102 and a graphite-based, electrically and thermally conductive filler material 110, the graphite-based, electrically and thermally conductive Fill material 110
bereichsweise als graphit-basierter thermoplastischer Materialbereich 112 und bereichsweise als graphit-basierter härtbarer Materialbereich 114 ausgestaltet ist, gezeigt. Über die Ausführungen zu der Materialzusammensetzung des Komposits 100 in Fig. 1 weist die Materialzusammensetzung des Komposits 100 in Fig. 2 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens eine is designed in regions as a graphite-based thermoplastic material region 112 and in regions as a graphite-based hardenable material region 114. About the statements relating to the material composition of the composite 100 in FIG. 1, the material composition of the composite 100 in FIG. 2 according to an embodiment of the invention has at least one
Zusatzmaterial 116, um eine Fließfähigkeit und/oder eine Haftung des Komposits 100 zu verbessern. Aufgrund der hochgefüllten Füllmaterialien 110 kann ein Komposit 100 zur Sprödigkeit neigen. Dies bedeutet, dass aufgrund der dichten Füllung des Füllmaterials 110 eine mögliche Verformung des Komposits 100, beispielsweise für die weitere Bearbeitung, verringert und/oder eingeschränkt ist. Durch die Ergänzung von wenigstens einem der genannten Zusatzmaterialien 116 kann die Fließfähigkeit, sprich die mögliche Verformung, des Komposits 100 vergrößert und/oder vereinfacht und damit verbessert werden. Ergänzend zu einer besseren Umformbarkeit ermöglicht die Ergänzung des Additional material 116 to ensure flowability and / or adhesion of the composite 100 to improve. Due to the highly filled filling materials 110, a composite 100 can tend to be brittle. This means that due to the dense filling of the filling material 110, a possible deformation of the composite 100, for example for further processing, is reduced and / or restricted. By adding at least one of the mentioned additional materials 116, the flowability, that is to say the possible deformation, of the composite 100 can be enlarged and / or simplified and thus improved. In addition to better formability, the addition of the
erfindungsgemäßen Komposits 100 um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien 116 eine verbesserte Haftung des Komposits 100 an einer metallischen Folie 120. Eine Ergänzung des Komposits 100 um wenigstens eines der genannten Zusatzmaterialien 116 ermöglicht eine dünnere Folienherstellung sowie eine verbesserte Verstreckmöglichkeit aufgrund der verbesserten Composites 100 according to the invention by at least one of the mentioned additional materials 116 an improved adhesion of the composite 100 to a metallic foil 120. A supplement of the composite 100 by at least one of the mentioned additional materials 116 enables a thinner foil production as well as an improved stretching possibility due to the improved
Schmelze-Fließfähigkeit des Komposits 100 für die Herstellung einer Melt-flowability of the composite 100 for the manufacture of a
Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt). Bipolar plate 150 (not shown) of a fuel cell 200 (not shown).
In Fig. 3 ist ein Verfahrensschritt zur Herstellung eines Halbzeugs 140 für eine Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) aus einer Preform 130 aus einem Komposit 100 gezeigt. Beispielhaft wird in Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Komposit 100 mittels Kalandrierens zu einem erfindungsgemäßen Halbzeug 140 bearbeitet. Dabei wird beispielhaft mittels Walzenpaaren mit abnehmendem Abstand eine Preform 130 aus Komposit 100 zu beispielsweise einer möglichst dünnen Verbundfolie als Halbzeug 140 für die Herstellung einer Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt) bearbeitet. Das erfindungsgemäße Komposit 100 ist durch die wenigstens bereichsweise angeordneten Peroxide, 3 shows a method step for producing a semifinished product 140 for a bipolar plate 150 (not shown) from a preform 130 made of a composite 100. By way of example, in FIG. 3 a composite 100 according to the invention is processed by means of calendering to form a semi-finished product 140 according to the invention. For example, a preform 130 made of composite 100 is processed by means of roller pairs with decreasing spacing to form a composite film as thin as possible as a semi-finished product 140 for the production of a bipolar plate 150 (not shown) of a fuel cell 200 (not shown). The composite 100 according to the invention is characterized by the at least regionally arranged peroxides,
insbesondere durch die Ergänzung von wenigstens einem Zusatzmaterial 116, und die daraus resultierenden vorteilhaften Eigenschaften des Komposits 100 besonders vorteilhaft für den Verfahrensschritt, das Verfahren im gesamten und die Herstellung von Bipolarplatte 150 (nicht gezeigt) einer Brennstoffzelle 200 (nicht gezeigt) geeignet. in particular through the addition of at least one additional material 116, and the advantageous properties of the composite 100 resulting therefrom, particularly advantageously suitable for the method step, the method as a whole and the production of bipolar plate 150 (not shown) of a fuel cell 200 (not shown).
In Fig. 4 ist eine Brennstoffzelle 200 mit einem Elektrolyten 202, zwei Elektroden 206, zwei Gasdiffusionsschichten 204 und zwei Bipolarplatten 150 gezeigt. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte 150 lässt sich durch die 4 shows a fuel cell 200 with an electrolyte 202, two electrodes 206, two gas diffusion layers 204 and two bipolar plates 150. The inventive bipolar plate 150 can be through
Materialzusammensetzung eines erfindungsgemäßen Komposits 100 mit verbesserten Eigenschaften und geringem Aufwand für Kosten und Zeit ermöglichen. Die Brennstoffzelle 200 gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bzw. der Bipolarplatte 150 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Material composition of a composite 100 according to the invention with enable improved properties and little effort in terms of cost and time. The fuel cell 200 according to the third aspect of the invention has the same advantages as have already been described for the method according to the second aspect of the invention or the bipolar plate 150 according to the first aspect of the invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200), die Bipolarplatte (150) umfassend ein Komposit (100), das Komposit (100) aufweisend ein polymeres Grundmaterial (102) und ein graphit-basiertes, elektrisch und thermisch leitfähiges Füllmaterial (110), wobei das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest bereichsweise hochgefüllt ausgestaltet ist und das graphit-basierte Füllmaterial (110) zumindest einen graphit-basierten thermoplastischen Materialbereich (112) und/oder einen graphit-basierten gehärteten Materialbereich (114) aufweist, 1. Bipolar plate (150) for a fuel cell (200), the bipolar plate (150) comprising a composite (100), the composite (100) comprising a polymeric base material (102) and a graphite-based, electrically and thermally conductive filling material (110 ), the graphite-based filler material (110) being at least partially highly filled and the graphite-based filler material (110) having at least one graphite-based thermoplastic material region (112) and / or a graphite-based hardened material region (114),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Komposit (100) wenigstens bereichsweise Peroxide umfasst. that the composite (100) comprises peroxides at least in some areas.
2. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach Anspruch 1, 2. bipolar plate (150) for a fuel cell (200) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Komposit (100) wenigstens eines der folgenden that the composite (100) has at least one of the following
Zusatzmaterialien (116) umfasst: Additional materials (116) include:
- Titanate, - titanates,
- Zirkonate, - zirconates,
- Polymerweichmacher, insbesondere PP-Wachse. - Polymer plasticizers, especially PP waxes.
3. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der 3. Bipolar plate (150) for a fuel cell (200) according to one of the
vorangegangenen Ansprüche, previous claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das polymere Grundmaterial (102) polymere Ketten aufweist, wobei die polymeren Ketten, insbesondere durch Kettenaufbaureaktionen, Verzweigungen mit den Peroxiden und/oder mit wenigstens einem der Zusatzmaterialien (116) aufweisen. that the polymeric base material (102) has polymeric chains, the polymeric chains having branches with the peroxides and / or with at least one of the additional materials (116), in particular as a result of chain building reactions.
4. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 4. bipolar plate (150) for a fuel cell (200) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das graphit-basierte Füllmaterial (110) Kohlenstofffasern, Graphite, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und/oder Ruße umfasst. that the graphite-based filler material (110) comprises carbon fibers, graphite, graphene, carbon nanotubes and / or carbon blacks.
5. Bipolarplatte (150) für eine Brennstoffzelle (200) nach einem der 5. Bipolar plate (150) for a fuel cell (200) according to one of the
vorangegangenen Ansprüche, previous claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zumindest eine metallische Folie (120) in und/oder an dem that at least one metallic foil (120) in and / or on the
Komposit (100) angeordnet und/oder befestigt ist. Composite (100) is arranged and / or attached.
6. Bipolarplatte (150) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. bipolar plate (150) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Komposit (100) zu 80 bis 95 Gew.-% aus dem graphit-basierten Füllmaterial (110) besteht. that the composite (100) consists of 80 to 95% by weight of the graphite-based filler material (110).
7. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (150) für eine 7. A method for producing a bipolar plate (150) for a
Brennstoffzelle (200), wobei die Bipolarplatte (150) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet ist, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte: Fuel cell (200), wherein the bipolar plate (150) is designed according to one of the preceding claims, the method comprising the following steps:
- Erzeugung einer Preform (130) aus dem Komposit (100), - Production of a preform (130) from the composite (100),
- Prägen, Pressen, Kalandrieren und/oder Tiefziehen der Preform (130) zu der Bipolarplatte (150). - Embossing, pressing, calendering and / or deep drawing of the preform (130) to form the bipolar plate (150).
8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den folgenden Schritt: 8. The method of claim 7, further comprising the step of:
- Anordnung und/oder Befestigung einer metallischen Folie an der - Arrangement and / or attachment of a metallic foil to the
Preform (130) und/oder an einem aus der Preform erzeugten Halbzeug (140). Preform (130) and / or on a semi-finished product (140) produced from the preform.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 7 oder 8, wobei die Erzeugung der Preform (130) ein Kalandrieren des Komposits (100) zu einem Halbzeug und/oder zu einer Verbundfolie umfasst. 9. The method according to any one of the preceding claims 7 or 8, wherein the production of the preform (130) comprises calendering the composite (100) to form a semi-finished product and / or a composite film.
10. Brennstoffzelle (200), aufweisend einen Elektrolyten (202), zwei Elektroden (206), zwei Gasdiffusionsschichten (204) und zwei Bipolarplatten (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 10. Fuel cell (200), comprising an electrolyte (202), two electrodes (206), two gas diffusion layers (204) and two bipolar plates (150) according to one of claims 1 to 6.
PCT/EP2020/067505 2019-07-03 2020-06-23 Bipolar plate for a fuel cell, method for producing a bipolar plate for a fuel cell and fuel cell WO2021001216A1 (en)

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