[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

NL1021932C2 - Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat. - Google Patents

Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat. Download PDF

Info

Publication number
NL1021932C2
NL1021932C2 NL1021932A NL1021932A NL1021932C2 NL 1021932 C2 NL1021932 C2 NL 1021932C2 NL 1021932 A NL1021932 A NL 1021932A NL 1021932 A NL1021932 A NL 1021932A NL 1021932 C2 NL1021932 C2 NL 1021932C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
plate
separator
metal plate
pressure
fluid
Prior art date
Application number
NL1021932A
Other languages
English (en)
Inventor
Joost Freek Cees-Jan Reijerse
Bart Daniel Carleer
Maria Gemma Othilde Klaassen
Original Assignee
Corus Technology B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to NL1021932A priority Critical patent/NL1021932C2/nl
Application filed by Corus Technology B V filed Critical Corus Technology B V
Priority to EP03774378A priority patent/EP1563561A2/en
Priority to CA002503642A priority patent/CA2503642A1/en
Priority to AU2003284835A priority patent/AU2003284835A1/en
Priority to KR1020057008592A priority patent/KR20050074617A/ko
Priority to PCT/NL2003/000799 priority patent/WO2004047209A2/en
Priority to JP2004553285A priority patent/JP2006506788A/ja
Priority to CNB2003801032885A priority patent/CN1316664C/zh
Priority to US10/534,691 priority patent/US20060121330A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1021932C2 publication Critical patent/NL1021932C2/nl
Priority to HK06106517A priority patent/HK1086668A1/xx

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • H01M8/0208Alloys
    • H01M8/021Alloys based on iron
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12354Nonplanar, uniform-thickness material having symmetrical channel shape or reverse fold [e.g., making acute angle, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Description

WERKWIJZE VOOR HET VORMEN VAN EEN SEPARATOR PLAAT VOOR EEN FUEL CELL, EN SEPARATOR PLAAT
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vormen van een 5 separator plaat voor een fuel cell, welke separator plaat een aantal uitstekende gedeelten bezit. De uitvinding heeft tevens betrekking op een separator plaat.
Separator platen worden gebruikt in een fuel cell of brandstofcel. Een voorbeeld van een fuel cell is een PEM fuel cell, die wordt gebruikt om waterstof en zuurstof te laten reageren om elektriciteit op te wekken, waarbij als afvalproduct 10 alleen water ontstaat. PEM fuel cellen zijn daardoor zeer omgevingsvriendelijk. Een PEM fuel cell bestaat uit een aantal membranen (polymer electrolyte membranes) die aan beide zijden voorzien zijn van een katalysator, waardoor het waterstof met het zuurstof kan reageren. Ieder cel kan slechts een spanning van ongeveer 0.7 volt opwekken, zodat een groot aantal cellen nodig is om bijvoorbeeld een auto aan te 15 drijven. Tussen iedere twee membranen moet ten minste één separator plaat aanwezig zijn, onder andere om het waterstof gescheiden te houden van het zuurstof en om aan- en afvoerkanalen voor het waterstof, het zuurstof en het water te verschaffen. In een fuel cell zullen derhalve ten minste evenveel separator platen aanwezig zijn als er membranen aanwezig zijn.
20 Aan de separator platen worden hoge eisen gesteld. Zij moeten corrosiebestendig zijn gezien het reactieproduct water dat gevormd wordt, maar moeten ook bestand zijn tegen waterstof. Gezien het grote aantal separator platen dat nodig is moeten de separator platen dun en licht zijn, zodat een fuel cell niet te groot en te zwaar wordt, terwijl de separator platen ook goedkoop vervaardigd moeten 25 kunnen worden om fuel cellen economisch aantrekkelijk te maken.
In eerste instantie werden separator platen uit massief koolstof platen vervaardigd, waarin sleuven door bijvoorbeeld frezen aangebracht werden. Tegenwoordig worden separator platen voor fuel cellen ook wel uit metaal vervaardigd, bijvoorbeeld uit roestvast staal, waarin groeven geperst worden om de 30 uitstekende gedeelten te verkrijgen, bijvoorbeeld door diepdrukken of persen.
Het is een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen om separator platen op een goedkope manier te vervaardigen.
1 Π 9 1 Q 'λ') I -2- I Het is een ander doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen waarmee I separator platen op eenvoudige wijze te vervaardigen zijn.
I Het is weer eén ander doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen I waarmee verbéterde separator platen te vervaardigen zijn.
I 5 Het is daarnaast een doel van de uitvinding separator platen te verschaffen die I goedkoper zijn dan met bekende technieken vervaardigde separator platen.
I Het is tevens eén doel van de uitvinding verbeterde separator platen te verschaffen.
I Volgens een eerste aspect van de uitvinding is voorzien in een werkwijze voor 10 het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, welke separator plaat een I aantal uitstekende gedeelten bezit, waarbij de uitstekende gedeelten in de separator I plaat gevormd worden door een metalen plaat met behulp van een fluïdum onder I druk tegen een matrijs met een aantal uitgespaarde gedeelten te persen of door de matrijs tegen de metalen plaat ondersteund door fluïdum onder druk te persen, I 15 waarbij de uitgespaarde gedeelten in de matrijs corresponderen met de te vormen uitstekende gedeelten van de metalen plaat, om de separator plaat met de uitstekende gedeelten te verkrijgen.
Door met behulp van deze werkwijze, ook wel aangeduid met de term hydrovormen, separator platen te vormen worden een aantal voordelen verkregen H 20 boven het gebruikelijke dieptrekken of persen. Hydrovormen verschaft een relatief uniforme materiaalverlenging in de metalen plaat, waardoor de uitstekende gedeelten van de separator plaat een relatief grote diepte kunnen bezitten. Een mechanische vervorming van de metalen plaat is hierbij niet nodig. Het oppervlak van de metalen plaat wordt door het contact met het fluïdum niet beschadigd, terwijl dat gevaar wel 25 bestaat bij mechanische vervorming. Als fluïdum wordt gewoonlijk water, olie of H een water/olie mengsel gekozen. Maar het is ook mogelijk voor het fluïdum een H polymeer, een lak, een elektrolyt, een glas of een zout te kiezen. Hiermee is het H mogelijk het fluïdum tevens te gebruiken als coating of als voorbehandeling voor het H coaten.
H 30 Bij voorkeur wordt de druk van het fluïdum zodanig hoog gekozen dat de metalen plaat over zijn gehele oppervlak tegen de matrijs geperst wordt. Hierdoor -3- kan de vormgeving van de separator plaat aan de metalen plaat opgelegd worden. Bij mechanisch vervormen zal altijd terugvering optreden.
Bij voorkeur wordt voor de druk van het fluïdum een calibratiedruk gekozen. Onder een calibratiedruk wordt hier verstaan een druk waarbij de metalen plaat zo 5 hoog belast wordt dat de restspanningen grotendeels verdwijnen, waardoor de separator plaat nauwkeurig de vorm van de uitsparingen in de matrijs met de uitsparingen daarin verkrijgt.
Volgens een voorkeursuitvoering wordt de druk van het fluïdum tussen 250 en 6000 bar (25 en 600 MPa) gekozen. De gekozen druk zal natuurlijk afhangen van de 10 dikte van de metalen plaat en van de vormgeving van de uitstekende gedeelten in de metalen plaat, in het bijzonder van de diepte van de uitstekende gedeelten ten opzichte van hun breedte en van de afrondingen die gevormd moeten worden. Daarnaast zal de gekozen druk afhangen van het soort materiaal dat vervormd moet worden; sommige materialen kunnen vervormd worden bij een druk tussen 500 en 15 1000 bar (50 en 100 MPa), terwijl voor andere materialen een druk van ten minste 1000 bar (lOOMpa) en bij voorkeur ten minste 1500 bar (150 MPa) of zelfs ten minste 2000 bar (200 MPa) gewenst is.
Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de metalen plaat eerst tegen de matrijs geplaatst en wordt de metalen plaat vervolgens door het fluïdum 20 onder druk tegen de matrijs geperst. Dit is een eenvoudige uitvoering van de werkwijze, waarbij de metalen plaat op rol kan worden aangevoerd waardoor de separator platen in een continu proces vervaardigd kunnen worden.
Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de metalen plaat eerst door het fluïdum onder een voordruk gebracht en wordt de matrijs vervolgens 25 tegen de metalen plaat geperst en het fluïdum onder druk gebracht. Door de metalen plaat eerst onder een voordruk te brengen wordt de metalen plaat eerst voorgerekt, waardoor een grotere lengte van de plaat verkregen wordt, en pas daarna in contact gebracht met de matrijs, waardoor een gelijkmatiger rek in de separator plaat verkregen wordt en de vorm van de matrijs beter gevolgd kan worden.
30 Volgens een voordelige uitvoering wordt tussen de metalen plaat en het fluïdum een membraan geplaatst, bij voorkeur een membraan voorzien van een coating om de metalen plaat tegelijkertijd te coaten. Door het membraan wordt 102193? I -4- I verontreiniging van de separator plaat voorkomen. Het tegelijkertijd aanbrengen van een coating is voordelig voor die gevallen waarin een coating op de separator plaat gewenst is. De coating kan bestaan uit een metallische, organische of anorganische coating, of uit een combinatie daarvan.
I 5 Bij voorkeur wordt als metalen plaat een plaat uit een goed vervormbaar metaal gekozen, zoals laag koolstof staal, ultra laag koolstof staal, aluminium, roestvast I staal of titanium. Deze metalen zijn goed te vervormen en bruikbaar als metaal voor I separator platen.
I Hierbij bezit het metaal bij voorkeur een vervormbaarheid overeenkomstig een 10 uniforme rek bij breuk van ten minste 20%, volgens de ASTM E6 norm voor I trekproeven voor plaat. Met deze vervormbaarheid is het mogelijk met behulp van I hydrovormen de gewenste vormgeving van separator platen te verkrijgen, bijvoorbeeld een diepte ten opzichte van de breedte van de uitstekende gedeelten die I groter is dan met behulp van mechanische vervorming mogelijk is.
15 Volgens een voorkeursuitvoering van de werkwijze bezit de plaat een kamertemperatuur tijdens het persen. Hierdoor is de werkwijze uit te voeren zonder dat speciale maatregelen nodig zijn op de metalen plaat tijdens het uitvoeren van de werkwijze te verwarmen.
Volgens een andere voorkeursuitvoering bezit de plaat een verhoogde 20 temperatuur tijdens het persen, bij voorkeur 500 - 1000 °C voor koolstof staal, 100 - 550 °C voor aluminium en 600 - 1300 °C voor roestvast staal. Weliswaar wordt het uitvoeren van de werkwijze hiermee minder eenvoudig omdat de plaat en dus ook de matrijs en het fluïdum tijdens het uitvoeren van de werkwijze verwarmd moeten worden, maar de metalen plaat is door het verwarmen beter vervormbaar waardoor 25 de diepte van de uitsparingen ten opzichte van hun breedte groter gemaakt kan worden. De beste resultaten worden behaald met de voorkeurswaarden voor de temperatuur.
Bij voorkeur wordt de dikte van de metalen plaat voorafgaand aan het vervormen gekozen tussen 0,05 en 0,40 mm, bij meer voorkeur tussen 0,05 en 0,20 H 30 mm. Met deze dikte van de metalen plaat is het hydrovormen goed mogelijk, terwijl de diepte van de uitstekende gedeelten van de separator platen voldoende diep -5- gemaakt kan worden. Een dikte tussen 0,05 en 0,20 mm verdient de voorkeur om de separator platen dunner en lichter te maken.
Volgens een voorkeursuitvoering van de werkwijze wordt tegelijk met het persen van de uitstekende gedeelten in de metalen plaat, de metalen plaat in een 5 gewenste vorm en grootte uitgesneden. Dit is vooral praktisch wanneer de metalen platen als bandmateriaal aangevoerd worden, omdat op deze wijze tegelijkertijd de separator platen in de gewenste grootte uitgesneden worden.
Volgens een tweede aspect van de uitvinding is voorzien in een separator plaat met een aantal uitstekende gedeelten, vervaardigd met behulp van de werkwijze 10 volgens het eerste aspect van de uitvinding, waarbij de separator plaat gevormd is uit een goed vervormbare metalen plaat, zoals een plaat uit laag koolstof staal, ultra laag koolstof staal, aluminium, roestvast staal of titanium.
De volgens de boven omschreven werkwijze vervaardigde separator plaat is vooral bruikbaar wanneer de metalen plaat waaruit deze vervaardigd wordt goed 15 vervormbaar is, omdat dan een grotere diepte ten opzichte van de breedte van de uitstekende gedeelten haalbaar is dan mogelijk is met mechanische vervormingsmethoden.
Bij voorkeur bezit het metaal een vervormbaarheid overeenkomstig een uniforme rek bij breuk van ten minste 20%, volgens de ASTM E6 norm voor 20 trekproeven voor plaat. Hiermee bezit de metalen plaat een vervormbaarheid die in ieder geval voldoende is om met behulp van hydrovormen de gewenste diepte ten opzichte van de breedte van de uitstekende gedeelten te verkrijgen.
Volgens een voorkeursuitvoering bedraagt de dikte van de separator plaat tussen 0,05 en 0,40 mm, en bij voorkeur tussen 0,05 en 0,20 mm, bij de 25 onvervormde gedeelten van de plaat. De separator platen met deze dikten zijn goed te vormen met behulp van hydrovormen en voldoen aan de eisen gesteld aan het gebruik van separator platen in een fuel cell.
Bij voorkeur is de afrondingsstraal van de overgangen in de plaat ten minste gelijk aan de dikte van de onvervormde gedeelten van de plaat. Indien de 30 afrondingsstraal kleiner gekozen zou worden zou een veel hogere druk van het fluïdum nodig zijn om de plaat in een hoek met een dergelijke afrondingsstraal te drukken.
1021932 I Volgens een voorkeursuitvoering bezitten de uitstekende gedeelten een I repeterend patroon met een steek w en een diepte d, waarbij 0,03 < d/w < 1,2, bij I voorkeur 0,1 < d/w < 0,5 en bij meer voorkeur 0,2 < d/w < 0,5 wanneer de plaat I vervormd is bij kamertemperatuur, en waarbij 0,03 < d/w < 2,4, bij voorkeur 0,2 < 5 d/w < 1,0 en bij meer voorkeur 0,4 < d/w <1,0 wanneer de plaat bij hoge I temperatuur vervormd is. Een dergelijke verhouding tussen de diepte en de steek van H de repeterende uitstekende gedeelten is goed mogelijk wanneer de separator platen met behulp van hydrovormen vervaardigd zijn, terwijl in het bijzonder de I voorkeurswaarden niet goed mogelijk zijn met behulp van mechanische 10 vervormingsmethoden.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een separator plaat met een aantal uitstekende gedeelten, waarbij de uitstekende gedeelten omgeven zijn door een in hoofdzaak vlak gedeelte van de separator plaat, waarbij de uitstekende gedeelten een in hoofdzaak repeterend patroon bezitten met een steek w en een diepte d, waarbij 15 0,25 < d/w < 2,4. Het omgevende gedeelte kan bijvoorbeeld vlak zijn op een toevoerkanaal en een afvoerkanaal na, waardoor waterstof, zuurstof en water aan- en afgevoerd kunnen worden. De verhouding tussen de steek w en de diepte d is zodanig dat deze niet met de gebruikelijke mechanische vervaardigingswijzen te maken is. Bij voorkeur is de dikte van de plaat hierbij tussen 0,05 en 0,40 mm, bij 20 meer voorkeur tussen 0,05 en 0,20 mm, bij de onvervormde gedeelten van de plaat.
De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekening.
Fig. 1 toont op schematische wijze een eerste inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.
25 Fig. 2 toont op schematische wijze een tweede inrichting voor het uitvoeren H van de werkwijze volgens de uitvinding.
H Fig. 3 toont op schematische wijze een patroon voor uitstekende gedeelten in een separator plaat, vervaardigd volgens de uitvinding.
Fig. 4 toont een doorsnede door de separatorplaat volgens Fig. 3, niet op 30 schaal.
H Fig. 1 toont een inrichting voor het hydrovormen van een metalen plaat 1 tot H een separator plaat. De metalen plaat 1 is geplaatst tussen een bovenste matrijs 2, die -7- is voorzien van uitgespaarde gedeelten 4 in een ondervlak 3 waarmee de matrijs 2 tegen de plaat 1 gedrukt wordt door middel van een kracht F, en een onderste matrijs 5 die is voorzien van een uitsparing 7 in zijn middengedeelte voor fluïdum, dat onder een druk P toegevoerd kan worden door een leiding 6 die loopt door de onderste 5 matrijs 5. De bovenste matrijs wordt met een zodanige kracht F tegen de plaat 1 gedrukt dat geen fluïdum uit de inrichting kan lekken; eventueel zijn hiervoor separate, niet weergegeven afdichtingen voorzien. De kracht F moet tegelijkertijd hoog genoeg zijn om de door de druk P in het fluïdum in de uitsparing 7 opgewekte kracht op de metalen plaat 1 te weerstaan. De druk P wordt zodanig hoog gekozen 10 dat de plaat 1 vervormd en tegen de wanden van de uitsparingen 4 in de bovenste matrijs 2 komt te liggen. De hoogte van de druk P hangt af van de dikte van de plaat 1 en de vormgeving van de uitsparingen 4, en van het gekozen materiaal. Bij voorkeur is de druk zo hoog dat er geen of slechts een verwaarloosbare terugvering van de vervormde gedeelten in de separator plaat plaatsvindt na het wegnemen van 15 de druk P. Gewoonlijk wordt voor het fluïdum water, olie of een water/olie mengsel gebruikt.
Fig. 2 toont een andere inrichting voor het hydrovormen van een metalen plaat 1 tot een separator plaat. Deze inrichting is grotendeels gelijk aan de inrichting van Fig. 1, maar de bovenste matrijs 2 is beweegbaar tussen een klemmatrijs 9. Deze 20 klemmatrijs 9 wordt met een zodanige kracht F1 tegen de plaat 1 gedrukt dat geen fluïdum uit de inrichting kan lekken, terwijl de bovenste matrijs 2 nog niet tegen de plaat 1 gedrukt wordt. Dit maakt het mogelijk de plaat 1 met behulp van fluïdum in de uitsparing 7 van de onderste matrijs 5 onder een voordruk te brengen, waardoor de plaat 1 voorgerekt wordt en bol zal komen te staan, waardoor een grotere lengte van 25 de plaat verkregen wordt, zodat de plaat de vorm van de matrijs beter kan volgen. Vervolgens wordt de bovenste matrijs 2 naar beneden bewogen en wordt de uiteindelijke druk P aangebracht, waardoor de plaat 1 vervormd wordt en tegen de wanden van de uitsparingen 4 van de bovenste matrijs 2 komt te liggen. Door het voorrekken van de plaat 1 wordt een gelijkmatiger rek in de metalen plaat verkregen. 30 Voor de metalen plaat wordt vaak een roestvast stalen plaat gekozen, waarbij de typen 304, 316, en 904 volgens ASTM norm geschikt zijn vanwege hun goede vervormbaarheid. Het is ook mogelijk laag koolstof staal of ultra laag koolstof staal 1021fl39 - I -8- I te kiezen, waarbij de hoeveelheid koolstof kleiner dan 0,3 gewichtsprocent moet zijn, I bij voorkeur kleiner dan 0,15 gewichtsprocent, en bij meer voorkeur kleiner dan 0,05 I gewichtsprocent. De hoeveelheid mangaan moet kleiner zijn dan 1,5 gewichtsprocent I en de hoeveelheid silicium kleiner dan 0,5 gewichtsprocent. Hiermee is een goed 5 vervormbaar koolstof staal gegeven. Ook aluminium plaat kan gekozen worden, I bijvoorbeeld aluminium uit de AA1000 serie zoals AA1050, uit de AA3000 serie zoals 3003 of 3105, uit de AA5000 serie zoals 5018, 5052, 5182, 5186 Of 5754, of uit de AA6000 serie, zoals 6016. Daarnaast is het mogelijk de separator platen uit titanium te vervaardigen.
I 10 De druk P voor het op de gewenste wijze vervormen van de plaat zal bij gebruik van de werkwijze in de beide bovenomschreven inrichtingen hoog moeten zijn, tussen 250 en 6000 bar (25 en 600 MPa). Voor zachtere materialen, zoals aluminium, is een druk tussen 500 en 1000 bar (50 en 100 MPa) gewoonlijk voldoende. Voor hardere metalen is een druk van ten minste 1000 bar (100 MPa) 15 nodig, en bij voorkeur een druk van ten minste 1500 bar (150 MPa) of zelfs 2000 bar (200 MPa). Uiteraard is de benodigde druk ook afhankelijk van de dikte van de separator plaat en van de gecompliceerdheid van de doorsnede van de separator plaat.
Het is mogelijk een membraan tussen de metalen plaat 1 en de onderste matrijs 20 5 te plaatsen (niet weergegeven) om verontreiniging van de separator plaat te H voorkomen. Het membraan kan voorzien zijn van een coating om de metalen plaat tegelijkertijd te coaten. Anderzijds is het ook mogelijk om voor het fluïdum een lak, een polymeer, een elektrolyt, glas of een zout te kiezen. Hiermee wordt met behulp van de werkwijze gelijktijdig met de vervorming van de metalen plaat een coating of 25 de voorbehandeling voor een coating op de separator plaat verkregen.
Fig. 3 toont een uitvoering van een mogelijk patroon voor de uitstekende gedeelten in een separator plaat. Dit patroon is serpentine-vormig, waardoor evenwijdig lopende uitstekende gedeelten ontstaan. Fig. 4 toont een dwarsdoorsnede H door het patroon van Fig. 3.
H 30 Het zich repeterende patroon van de uitstekende gedeelten bezit een steek w.
H De in Fig. 4 naar beneden uitstekende gedeelten bezitten een diepte d en een gemiddelde breedte a. Het tussen de uitstekende gedeelte liggen gedeelte bezit een -9- breedte b, zodat a + b = w. Het niet-vervormde deel tussen de uitstekende gedeelten bezit een breedte e, en de verdiepte gedeelten bezitten een vlak deel met breedte f. De afrondingen die aansluiten op de niet-vervormde deel bezitten een afrondingsstraal R3, en de afrondingen die aansluiten op het vlakke deel van de 5 uitstekende gedeelten bezitten een afrondingsstraal R4. Het gehele serpentinevormige patroon bezit aan de uiteinden van de evenwijdige uitstekende gedeelten half-cirkelvormige overgangen met een interne afrondingsstraal R1 en een uitwendige afrondingsstraal R2, waarbij geldt dat R1 = R2 + a.
In de meeste gevallen zal het gewenst zijn dat de separator plaat aan beide 10 zijden symmetrische is, dus dat a = b en e = f en R3 = R4. In een concreet geval waarin de plaatdikte 0,1 mm is en het materiaal 316 roestvast staal is, is bijvoorbeeld gekozen dat a = b = 1 mm en dus w = 2 mm, e = f = 0,75 mm, R3 = R4 = 0,1 mm, d = 0,25 mm, R2 = 0,5 mm en R1 = 1,5 mm. De lengte van de evenwijdige uitstekende gedeelten is ongeveer 250 mm.
15 Het zal duidelijk zijn dat ook andere plaatdikten gekozen kunnen worden, waarbij de voorkeur uitgaat naar dikten tussen 0,05 en 0,4 mm. Ook kunnen andere materialen gekozen worden, bijvoorbeeld (ultra) laag koolstof staal, aluminium of titanium. Voor de parameters a, b, w, d, e, f, Rl, R2, R3 en R4 in Fig. 3 en Fig. 4 kunnen eveneens andere waarden gekozen worden. Ook kan een ander patroon 20 gekozen worden, of een andere doorsnede van de separator plaat, bijvoorbeeld een min of meer sinusvormige doorsnede of een doorsnede van de uitstekende gedeelten die min of meer halfcirkelvormig is.
1 n 21 932

Claims (15)

  1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de druk van het fluïdum zodanig hoog I 15 gekozen wordt dat de metalen plaat over zijn gehele oppervlak tegen de matrijs geperst wordt.
  2. 3. Werkwijze volgens conclusie lof 2, waarbij voor de druk van het fluïdum een H calibratiedruk gekozen wordt.
  3. 4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de druk van het H fluïdum tussen 250 en 6000 bar (25 en 600 MPa) gekozen wordt, bij voorkeur I een druk tussen 500 en 1000 bar (50 en 100 MPa), of een druk tussen 1000 en I 6000 bar (100 en 600 MPa) en bij meer voorkeur tussen 1500 en 6000 bar (150 25 en 600 MPa) en bij nog meer voorkeur tussen 2000 en 6000 bar (200 en 600 I MPa).
  4. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, waarbij de metalen plaat eerst tegen de matrijs geplaatst wordt en de metalen plaat vervolgens door het 30 fluïdum onder druk tegen de matrijs geperst wordt. - 11 -
  5. 6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, waarbij de metalen plaat eerst door het fluïdum onder een voordruk gebracht wordt en de matrijs vervolgens tegen de metalen plaat geperst wordt en het fluïdum onder druk gebracht wordt. 5
  6. 7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tussen de metalen plaat en het fluïdum een membraan geplaatst wordt, bij voorkeur een membraan voorzien van een coating om de metalen plaat tegelijkertijd te coaten. 10
  7. 8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij als metalen plaat een plaat uit een goed vervormbaar metaal gekozen wordt, zoals laag koolstof staal, ultra laag koolstof staal, aluminium, roestvast staal of titanium.
  8. 9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij het metaal een vervormbaarheid bezit overeenkomstig een uniforme rek bij breuk van ten minste 20%.
  9. 10. Werkwijze volgens een der conclusies 1 - 9, waarbij de plaat een kamertemperatuur bezit tijdens het persen. 20
  10. 11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, waarbij de plaat een verhoogde temperatuur bezit tijdens het persen, bij voorkeur 500 - 1000 °C voor koolstof staal, 100 - 550 °C voor aluminium en 600 - 1300 °C voor roestvast staal.
  11. 12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de dikte van de metalen plaat voorafgaand aan het vervormen gekozen wordt tussen 0,05 en 0,40 mm, bij voorkeur tussen 0,05 en 0,20 mm.
  12. 13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tegelijk met het 30 persen van de uitstekende gedeelten in de metalen plaat, de metalen plaat in een gewenste vorm en grootte uitgesneden wordt. 1021932 Η 14. Separator plaat met een aantal uitstekende gedeelten, vervaardigd volgens de werkwijze van een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de separator plaat uit een goed vervormbare metalen plaat gevormd is, zoals een plaat uit laag koolstof staal, ultra laag koolstof staal, aluminium, roestvast staal 5 of titanium.
  13. 15. Separator plaat volgens conclusie 14, waarbij het metaal een vervormbaarheid bezit overeenkomstig een uniforme rek bij breuk van ten minste 20%. I 10 16. Separator plaat volgens conclusie 14 of 15, waarbij de dikte van de separator I plaat tussen 0,05 en 0,40 mm, bij voorkeur tussen 0,05 en 0,20 mm, bedraagt bij de onvervormde gedeelten van de plaat.
  14. 17. Separator plaat volgens een der conclusies 14 - 16, waarbij de afrondingsstraal I 15 van de overgangen in de plaat ten minste gelijk is aan de dikte van de onvervormde gedeelten van de plaat.
  15. 18. Separator plaat volgens een der conclusies 14 - 17, waarbij de uitstekende I gedeelten een repeterend patroon bezitten met een steek w en een diepte d, I 20 waarbij 0,03 < d/w < 1,2, bij voorkeur 0,1 < d/w < 0,5 en bij meer voorkeur 0,2 I < d/w < 0,5 wanneer de plaat vervormd is bij kamertemperatuur, en waarbij I 0,03 < d/w < 2,4, bij voorkeur 0,2 < d/w < 1,0 en bij meer voorkeur 0,4 < d/w I <1,0 wanneer de plaat bij hoge temperatuur vervormd is. I 25 19. Separator plaat met een aantal uitstekende gedeelten, waarbij de uitstekende I gedeelten omgeven zijn door een in hoofdzaak vlak gedeelte van de separator I plaat, waarbij de uitstekende gedeelten een in hoofdzaak repeterend patroon I bezitten met een steek w en een diepte d, waarbij 0,25 < d/w < 2,4. I 30 20. Separator plaat volgens conclusie 19, waarbij de dikte van de separator plaat tussen 0,05 en 0,40 mm, bij voorkeur tussen 0,05 en 0,20 mm, bedraagt bij de I onvervormde gedeelten van de plaat.
NL1021932A 2002-11-15 2002-11-15 Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat. NL1021932C2 (nl)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1021932A NL1021932C2 (nl) 2002-11-15 2002-11-15 Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat.
CA002503642A CA2503642A1 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate
AU2003284835A AU2003284835A1 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate
KR1020057008592A KR20050074617A (ko) 2002-11-15 2003-11-13 연료 전지용 분리판을 형성하는 방법 및 분리판
EP03774378A EP1563561A2 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate
PCT/NL2003/000799 WO2004047209A2 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate
JP2004553285A JP2006506788A (ja) 2002-11-15 2003-11-13 燃料電池用のセパレータプレートを形成する方法およびセパレータプレート
CNB2003801032885A CN1316664C (zh) 2002-11-15 2003-11-13 燃料电池的隔板的制造方法及隔板
US10/534,691 US20060121330A1 (en) 2002-11-15 2003-11-13 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate
HK06106517A HK1086668A1 (en) 2002-11-15 2006-06-07 Method for forming a separator plate for a fuel cell, and separator plate

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1021932A NL1021932C2 (nl) 2002-11-15 2002-11-15 Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat.
NL1021932 2002-11-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1021932C2 true NL1021932C2 (nl) 2004-06-11

Family

ID=32322547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1021932A NL1021932C2 (nl) 2002-11-15 2002-11-15 Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat.

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20060121330A1 (nl)
EP (1) EP1563561A2 (nl)
JP (1) JP2006506788A (nl)
KR (1) KR20050074617A (nl)
CN (1) CN1316664C (nl)
AU (1) AU2003284835A1 (nl)
CA (1) CA2503642A1 (nl)
HK (1) HK1086668A1 (nl)
NL (1) NL1021932C2 (nl)
WO (1) WO2004047209A2 (nl)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100716519B1 (ko) * 2006-05-03 2007-05-09 현대자동차주식회사 연료 전지용 금속 분리판 제조방법 및 이로부터 제조된분리판
JP5573511B2 (ja) * 2010-09-02 2014-08-20 トヨタ紡織株式会社 成形体の製造方法
DE102010052741B4 (de) 2010-11-26 2023-12-28 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher
DE102010052742B4 (de) 2010-11-26 2023-11-30 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher
DE102010052739B4 (de) 2010-11-26 2023-12-28 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher
DE102010052738A1 (de) 2010-11-26 2012-05-31 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher
DE102011017489A1 (de) 2011-04-19 2012-10-25 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem Umformwerkzeug
DE102011017488B4 (de) 2011-04-19 2023-12-07 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges und Umformwerkzeug
JP6061702B2 (ja) * 2013-01-30 2017-01-18 株式会社神戸製鋼所 燃料電池セパレータ用材料および燃料電池セパレータの製造方法
CA2914605C (en) * 2013-06-04 2018-12-11 Nissan Motor Co., Ltd. Molding method for removing separator distortion, and molding device for removing separator distortion
CN103894470A (zh) * 2014-03-27 2014-07-02 华南理工大学 一种燃料电池双极板的制造方法
JP7040131B2 (ja) * 2018-03-02 2022-03-23 トヨタ自動車株式会社 セパレータの製造方法
NL2022069B1 (en) * 2018-11-23 2020-06-05 Hyet Holding B V Solid-state compressor
CN110496890A (zh) * 2019-08-14 2019-11-26 浙江锋源氢能科技有限公司 金属双极板成型装置
CN114713699B (zh) * 2022-06-09 2022-09-30 太原理工大学 一种基于脉冲电流辅助的金属双极板气胀成形装置及工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299999B1 (en) * 1996-09-04 2001-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Intermediate element for thermal, electrical and mechanical connection of two parts
US20020086196A1 (en) * 2000-12-05 2002-07-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Separator for fuel cell and fuel cell
JP2002373673A (ja) * 2001-06-15 2002-12-26 Toyo Kohan Co Ltd 燃料電池用セパレータ、その製造方法、およびその燃料電池用セパレータを用いた燃料電池

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3286496A (en) * 1961-07-07 1966-11-22 Siemens Elektrogeraete Gmbh Apparatus for hydraulic deep-drawing of sheet metal
US5813266A (en) * 1995-10-31 1998-09-29 Greenville Tool & Die Company Method of forming and piercing a tube
IT1292033B1 (it) * 1996-05-31 1999-01-25 Samsung Heavy Ind Metodo di trattamento anticorrosivo per un separatore di cella a combustibile di carbonato fuso
GB9727063D0 (en) * 1997-12-23 1998-02-18 Gkn Sankey Ltd A hydroforming process
US6376815B1 (en) * 1998-01-12 2002-04-23 Furukawa Electric Co., Ltd. Highly gas tight substrate holder and method of manufacturing the same
AU2799399A (en) * 1998-03-10 1999-09-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for producing a dome-shaped extrusion die
US6410178B1 (en) * 1998-05-08 2002-06-25 Aisin Takaoka Co., Ltd. Separator of fuel cell and method for producing same
CN1121075C (zh) * 1998-07-22 2003-09-10 大连新源动力股份有限公司 质子交换膜燃料电池的双极板
JP4019554B2 (ja) * 1998-08-03 2007-12-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セパレータ用多連凹凸板の製造方法
US6322919B1 (en) * 1999-08-16 2001-11-27 Alliedsignal Inc. Fuel cell and bipolar plate for use with same
JP4366872B2 (ja) * 2000-03-13 2009-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用セパレータの製造方法並びに燃料電池
JP3663413B2 (ja) * 2000-03-23 2005-06-22 トヨタ車体株式会社 表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法
JP3756399B2 (ja) * 2000-11-28 2006-03-15 アイダエンジニアリング株式会社 ハイドロフォーミング装置
JP2002206148A (ja) * 2001-01-09 2002-07-26 Nisshin Steel Co Ltd 加工割れ感受性が低いオーステナイト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP3690682B2 (ja) * 2001-01-31 2005-08-31 松下電器産業株式会社 高分子電解質型燃料電池およびその電解質膜−ガスケット組立体
EP1561253A2 (en) * 2002-09-30 2005-08-10 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method for regeneration of performance in a fuel cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6299999B1 (en) * 1996-09-04 2001-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Intermediate element for thermal, electrical and mechanical connection of two parts
US20020086196A1 (en) * 2000-12-05 2002-07-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Separator for fuel cell and fuel cell
JP2002373673A (ja) * 2001-06-15 2002-12-26 Toyo Kohan Co Ltd 燃料電池用セパレータ、その製造方法、およびその燃料電池用セパレータを用いた燃料電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 04 2 April 2003 (2003-04-02) *

Also Published As

Publication number Publication date
HK1086668A1 (en) 2006-09-22
US20060121330A1 (en) 2006-06-08
CA2503642A1 (en) 2004-06-03
AU2003284835A1 (en) 2004-06-15
JP2006506788A (ja) 2006-02-23
KR20050074617A (ko) 2005-07-18
EP1563561A2 (en) 2005-08-17
CN1316664C (zh) 2007-05-16
CN1711658A (zh) 2005-12-21
WO2004047209A3 (en) 2004-09-23
WO2004047209A2 (en) 2004-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1021932C2 (nl) Werkwijze voor het vormen van een separator plaat voor een fuel cell, en separator plaat.
Mahabunphachai et al. Effect of manufacturing processes on formability and surface topography of proton exchange membrane fuel cell metallic bipolar plates
JP5393913B2 (ja) 加飾樹脂シート、樹脂成形体及びその製造方法
FR2806347A1 (fr) Procede et systeme de moulage d&#39;un materiau sandwich thermoplastique et article embouti ainsi produit
CN101259498A (zh) 电池壳体的成形方法及成形装置
CN102109623B (zh) 凹凸形状形成片及其制造方法、防反射体、相位差板、工序片原版以及光学元件的制造方法
WO2014163185A1 (ja) 微細凹凸構造体、加飾シート及び加飾樹脂成形体、並びに微細凹凸構造体及び加飾樹脂成形体の製造方法
US5795519A (en) Process of making a microstructured plastic mold
US20010022103A1 (en) Process for manufacturing shaped packaging
MXPA05002126A (es) Articulos plasticos con superfice micro-estructurada.
CN201088992Y (zh) 双折弯组合模
KR20140110835A (ko) 딥-드로잉된 페인트 필름 라미네이팅된 판금을 성형하는 방법 및 그로부터 제조된 용품
CN111201270B (zh) 膜、使用它的成型转印箔和膜筒、以及膜的制造方法
CN1269589C (zh) 压模模具及其制造方法
RU2007138383A (ru) Способ изготовления композитного материалла для запечатывающих элементов, а также его применение
JP2013527487A (ja) 金属化ホログラフィー効果を有する物品
US3546221A (en) Forming thermoplastic articles
Gao et al. An experimental investigation on the fabrication of micro/meso surface features by metallic roll-to-plate imprinting process
US5664454A (en) Device for manufacturing shaped forms of packaging
US20060260373A1 (en) Superplastic forming tool
Merino et al. The use of automatic demolding in nanoimprint lithography processes
Leech et al. Hot embossing of grating-based optically variable images in thermoplastic acrylic lacquer
KR920700101A (ko) 플라스틱 적층시이트의 열간성형 방법 및 장치
FR2830207A1 (fr) Tole de structure sandwich composee d&#39;une ame inseree entre deux peaux metalliques formant chacune une face du sandwich
JP6413677B2 (ja) 積層体とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20150601