DE102007039467B4 - Brennstoffzelle mit an ein Gasdiffusionsmedium angehafteten, elektrisch leitenden Stegen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Brennstoffzelle mit an ein Gasdiffusionsmedium angehafteten, elektrisch leitenden Stegen und Verfahren zu deren Herstellung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007039467B4 DE102007039467B4 DE102007039467.7A DE102007039467A DE102007039467B4 DE 102007039467 B4 DE102007039467 B4 DE 102007039467B4 DE 102007039467 A DE102007039467 A DE 102007039467A DE 102007039467 B4 DE102007039467 B4 DE 102007039467B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrically conductive
- gas diffusion
- fuel cell
- diffusion media
- media layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 38
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 3
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229940023913 cation exchange resins Drugs 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical class FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0232—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Das Gebiet, zu dem die Offenbarung allgemein gehört, umfasst Gasdiffusionsmedien umfassende Brennstoffzellen und Verfahren zu deren Herstellung.
- HINTERGRUND
- Es ist bekannt, dass Brennstoffzellenstapel eine Vielzahl von Bipolarplatten aufweisen, die dazu verwendet werden, Elektronen im Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu sammeln und zu verteilen. Die Bipolarplatten können aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl, hergestellt sein, das ein passives Oxid darauf besitzt. Das passive Oxid erhöht den Kontaktwiderstand und beeinträchtigt die Brennstoffzellenleistungsfähigkeit.
- In der
DE 10 2004 056 846 A1 wird eine Brennstoffzelle mit zwei Elektroden und einer metallischen Bipolarplatte offenbart, welche auf einer Seite ausgebildete Medienführungskanale sowie Bereiche zur elektrischen Kontaktierung zwischen der Bipolarplatte und der Elektrode aufweist, wobei die Bereiche zur elektrischen Kontaktierung mit einem inerten elektrisch gut leitenden Material beschichtet sind, und wobei die Oberflächen der Medienführungskanäle mit einer Beschichtung versehen sind, welche korrosionsschützende Eigenschaften aufweist. - ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle umfassend:
- – eine metallische Bipolarplatte,
- – eine Gasdiffusionsmediumschicht, die eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, und
- – eine Vielzahl elektrisch leitender Stege, die chemisch oder physikalisch direkt mit der ersten Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht verbunden sind und über der ersten Fläche liegen.
- Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle umfassend das Bereitstellen einer metallischen Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsmediumschicht, die eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, wobei ein elektrisch leitendes Material mit der Gasdiffusionsmediumschicht über der ersten Fläche liegend direkt verbunden wird, so dass eine Vielzahl elektrisch leitender Stege über der ersten Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht geformt werden.
- Andere beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die beispielhafte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich.
-
1 zeigt ein Produkt, das ein Gasdiffusionsmedium mit einer Vielzahl daran angebrachter, elektrisch leitender Stege aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
2 ist eine Draufsicht eines Produktes, das ein Gasdiffusionsmedium aufweist, das eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stegen daran besitzt, wobei die elektrisch leitenden Stege so positioniert sind, dass sie im Wesentlichen parallel zu den Stegen einer Bipolarplatte in einer Brennstoffzelle verlaufen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
3 ist eine Draufsicht eines Produktes, das ein Gasdiffusionsmedium aufweist, das eine Vielzahl daran angebrachter, elektrisch leitender Stege aufweist, wobei die elektrisch leitenden Stege so positioniert sind, dass sie im Wesentlichen rechtwinklig zu Stegen einer Bipolarplatte in einer Brennstoffzelle verlaufen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
4 ist eine Draufsicht eines Produktes, das ein Gasdiffusionsmedium aufweist, das eine Vielzahl von daran angebrachten, elektrisch leitenden Stegen aufweist, und wobei die elektrisch leitenden Stege so positioniert sind, dass sie in einer Schrägrichtung bezüglich der Stege einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle verlaufen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
5 ist eine Schnittansicht eines Produktes, das ein Gasdiffusionsmedium und eine Vielzahl daran angebrachter, elektrisch leitender Stege aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
6 ist eine Seitenansicht eines Produktes, das ein Gasdiffusionsmedium, das eine obere Fläche besitzt, die eine Vielzahl von Stegen und Kanälen definiert, und ein elektrisches Material aufweist, das über den Stegen des Gasdiffusionsmediums aufgebracht ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
7 zeigt ein Produkt, das eine Bipolarplatte, die eine im Wesentlichen flache Seite besitzt, und ein Gasdiffusionsmedium mit einer Vielzahl daran angebrachter, elektrisch leitender Stege aufweist, um eine Vielzahl von Gasreaktandenkanälen zu definieren, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
- Bezug nehmend auf
1 kann ein Produkt10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Festpolyelektrolytmembran12 aufweisen, die eine erste Fläche14 und eine gegenüberliegende zweite Fläche16 aufweist. Eine erste Elektrode18 kann über der ersten Fläche14 angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Elektrode18 eine Anode sein. Die Anode18 weist einen Katalysator, um Wasserstoff in Elektronen und Protonen aufzuspalten, Katalysatorstützpartikel und ein Ionomer auf. Über der Anode18 kann eine mikroporöse Schicht20 vorgesehen sein. Die mikroporöse Schicht20 kann Partikel und einen Binder aufweisen, wie Kohlepartikel und Polytetrafluorethylen (PTFE). Über der mikroporösen Schicht20 kann ein Gasdiffusionsmedium22 vorgesehen sein. Das Gasdiffusionsmedium22 kann ein poröses Material sein, das elektrisch leitend ist. Beispielhafte Ausführungsformen der Gasdiffusionsmediumschicht22 können Materialien umfassen, wie graphitisierte Kohlefaser, die als Papiere oder Filze hergestellt sind. Das Gasdiffusionsmedium22 ist derart aufgebaut und angeordnet, um Reaktionsgase zu und überschüssiges flüssiges Produkt aus den Elektrokatalysatorschichten (Anode18 oder Kathode36 ) zu transportieren. Die Gasdiffusionsmediumschicht22 weist eine erste Fläche110 und eine zweite Fläche112 auf, auf der die mikroporöse Schicht20 ausgebildet ist. Über der ersten Fläche110 der Gasdiffusionsschicht22 ist eine Vielzahl elektrisch leitender Stege26 vorgesehen. Die Vielzahl elektrisch leitender Stege26 ist an der Gasdiffusionsmediumschicht22 durch direktes Verbinden mit der ersten Fläche110 der Gasdiffusionsmediumschicht22 verbunden. - Benachbarte elektrisch leitende Stege
26 sind voneinander beispielsweise durch ein Gebiet100 der ersten Fläche110 beabstandet, an dem kein elektrisch leitendes Material aufgebracht worden ist. Die elektrisch leitenden Stege26 können an die Gasdiffusionsmediumschicht22 durch physikalische Dampfphasenabscheidung oder Elektrobeschichtung unter Verwendung einer geeigneten Maskierung oder durch Siebdrucken angebracht werden. Über den elektrisch leitenden Stegen26 ist eine Bipolarplatte28 vorgesehen. Die Bipolarplatte28 kann eine erste Fläche mit einer Vielzahl von darin geformten Stegen30 und Kanälen32 und eine zweite Fläche mit einer Vielzahl von darin geformten Kühlmittelkanälen34 aufweisen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die an das Gasdiffusionsmedium22 angebrachten, elektrisch leitenden Stege26 so positioniert, dass sie mit den Stegen30 der Bipolarplatte ausgerichtet sind und allgemein parallel dazu verlaufen. - Unter der zweiten Fläche
16 der Elektrolytmembran12 sind ähnliche Strukturen vorgesehen. Unter der zweiten Fläche16 der Elektrolytmembran12 ist eine zweite Elektrode181 , wie eine Kathode, vorgesehen. Die zweite Elektrode181 weist einen Katalysator zur Katalysierung einer Reaktion auf, die Wasser aus Protonen, Sauerstoff und Elektronen an der Kathode181 erzeugt. Der Katalysator in der Kathode181 kann durch Partikel getragen sein, wie Kohlenstoffpartikel. In der Kathode181 kann ein Ionomer auf eine Weise, die dem Fachmann bekannt ist, enthalten sein. Eine zweite mikroporöse Schicht201 kann unter der Kathode181 vorgesehen sein. Es kann eine zweite Gasdiffusionsmediumschicht221 vorgesehen sein, die eine erste Fläche1101 und eine gegenüberliegende zweite Fläche1121 aufweist. Die zweite mikroporöse Schicht201 kann an der zweiten Fläche1121 der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht221 angehaftet sein. Es ist eine Vielzahl elektrisch leitender Stege261 an der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht221 angebracht vorgesehen. Die Vielzahl elektrisch leitender Stege261 kann direkt an der ersten Fläche1101 der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht221 angehaftet sein, oder es kann eine zusätzliche Schicht zwischen den elektrisch leitenden Stegen261 und der ersten Fläche1101 angeordnet sein. Es kann eine zweite Bipolarplatte281 vorgesehen sein, die eine Vielzahl von Stegen301 und Kanälen321 aufweist, die in einer ersten Fläche ausgebildet sind, und eine Vielzahl von Kühlkanälen341 kann in einer zweiten Fläche vorgesehen sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die elektrisch leitenden Stege261 mit den Stegen301 der zweiten Bipolarplatte281 ausgerichtet und verlaufen allgemein parallel zu diesen. Wie oben beschrieben ist, können benachbarte elektrisch leitende Stege261 voneinander durch ein Gebiet1001 an der ersten Fläche1101 der zweiten Gasdiffusionsmediumschicht221 beabstandet sein, an dem kein elektrisch leitendes Material aufgebracht worden ist. - Die elektrisch leitenden Stege
26 ,261 können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material hergestellt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können die elektrisch leitenden Stege26 ,261 Ag, Au, Pd, Pt, Rh und/oder Ir und Legierungen daraus oder RuO2, IrO2 oder dotierte Metalloxide aufweisen. - Nun Bezug nehmend auf
2 weist eine Ausführungsform der Erfindung ein Produkt10 auf, das eine Gasdiffusionsmediumschicht22 aufweist, die eine Vielzahl von daran angebrachten, elektrisch leitenden Stegen26 besitzt. Dies bedeutet, die elektrisch leitenden Stege26 sind physikalisch oder chemisch mit der Gasdiffusionsmediumschicht22 verbunden und sind nicht nur zwei Komponenten, die aneinandergepresst sind. Benachbarte elektrisch leitende Stege26 sind voneinander durch ein Gebiet100 an der ersten Fläche110 der Gasdiffusionsmediumschicht22 beabstandet, an dem kein elektrisch leitendes Material aufgebracht worden ist. Die elektrisch leitenden Stege26 sind mit den Stegen30 einer Bipolarplatte ausgerichtet, und wobei die Stege30 der Bipolarplatte eine Längsachse besitzen, die durch mit L bezeichnete Pfeile gezeigt ist. Die Längsachse eines Abschnittes der elektrisch leitenden Stege26 verläuft allgemein parallel zu der Längsachse (L) eines Abschnitts der Bipolarplatte. Bei einer alternativen Ausführungsform, die in3 gezeigt ist, sind die elektrisch leitenden Stege26 so positioniert, dass ihre Längsachse zumindest eines Abschnitts derselben allgemein rechtwinklig zu der Längsachse (L) der Stege einer Bipolarplatte verläuft. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform, wie in4 gezeigt ist, sind die elektrisch leitenden Stege26 so positioniert, dass ihre Längsachse von zumindest einem Abschnitt derselben bezüglich der Längsachse von Stegen (L) einer Bipolarplatte schräg angeordnet ist. - Bezug nehmend auf
5 weist eine Ausführungsform der Erfindung ein Produkt auf, das eine Gasdiffusionsmediumschicht, die eine erste Fläche110 besitzt, und eine Vielzahl elektrisch leitender Stege26 aufweist, die mit der ersten Fläche110 verbunden sind. Bei einer Ausführungsform ist ein Maskierungsmaterial150 mit Öffnungen dann vorgesehen, und ein elektrisch leitendes Material ist in die Öffnungen in dem Maskierungsmaterial150 aufgebracht, um die elektrisch leitenden Stege26 zu formen. Anschließend kann das Maskierungsmaterial entfernt werden. Das Maskierungsmaterial kann ein beliebiger Typ sein, der dem Fachmann bekannt ist, einschließlich einer harten physikalischen Maskierung oder einer Maskierung, die weggeätzt oder weggelöst werden kann. - Nun Bezug nehmend auf
6 weist eine Ausführungsform der Erfindung eine Bipolarplatte auf, die eine im Wesentlichen flache Seite204 und eine gegenüberliegende Seite206 besitzen kann, die ebenfalls flach sein kann oder ausgebildet sein kann, um eine Vielzahl von Kühlfluidkanälen vorzusehen. Alternativ dazu können Kühlfluidkanäle nach Bedarf durch eine Vielzahl von Mitteln vorgesehen sein, einschließlich einem Aufbringen einer Vielzahl von Stegen auf die zweite flache Seite206 der Bipolarplatte28 und einem Aufbringen einer anderen, im Wesentlichen flachen Bipolarplatte auf derartige Stege. Alternativ dazu kann ein wellenförmiges Stück einer Metallfolie über der Bipolarplatte28 angeordnet werden, um eine Vielzahl von Kühlkanälen zu definieren. Das Gasdiffusionsmedium kann eine erste Fläche110 besitzen, die gestanzt bzw. geprägt, geätzt oder spanabhebend bearbeitet worden ist, um eine Vielzahl von Stegen200 und Kanälen202 vorzusehen. Ein elektrisch leitendes Material26 , wie Gold, kann zumindest auf die Stege200 des Gasdiffusionsmediums22 aufgebracht werden. - Nun Bezug nehmend auf
7 kann bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Vielzahl elektrisch leitender Stege26 auf eine erste Fläche110 des Gasdiffusionsmediums22 aufgebracht werden. Eine Bipolarplatte28 kann über den elektrisch leitenden Stegen26 angeordnet werden, so dass eine im Wesentlichen flache Seite202 an der Bipolarplatte zu den elektrisch leitenden Stegen26 weist. Die elektrisch leitenden Stege26 sind voneinander beabstandet, um Reaktionsgasströmungskanäle202 dazwischen vorzusehen. - Wiederum Bezug nehmend auf
1 sind Festpolymerelektrolytmembranen12 , die bei der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, ionenleitende Materialien. Geeignete Membranen, die mit der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, sind beschrieben inUS 4 272 353 A undUS 3 134 697 A und in dem Journal of Power Sources, Band 29 (1990), Seiten 367–387. Derartige Membranen sind auch als Ionentauscherharzmembranen bekannt. Die Harze umfassen Ionengruppen in ihrer polymeren Struktur; eine Ionenkomponente ist durch die Polymermatrix fixiert oder gehalten, und zumindest eine andere Ionenkomponente ist ein mobiles austauschbares Ion, das der fixierten Komponente elektrostatisch zugeordnet ist. Die Fähigkeit zum Austausch des mobilen Ions unter geeigneten Bedingungen gegen andere Ionen verleiht diesen Materialien Ionentauschereigenschaften. - Die Ionentauscherharze können durch Polymerisieren einer Mischung aus Ingredienzien hergestellt werden, von denen einer einen Ionenbestandteil enthält. Eine breite Klasse von protonenleitenden Kationentauscherharzen ist das sogenannte Sulfonsäure-Kationentauscherharz. Bei den Sulfonsäuremembranen sind die Kationenaustauschgruppen Sulfonsäuregruppen, die an der Polymerhauptkette angebracht sind.
- Die Bildung dieser Ionentauscherharze in Membranen oder Tafeln ist in der Technik gut bekannt. Der bevorzugte Typ ist ein Elektrolyt aus perfluoriertem Sulfonsäurepolymer, bei dem die gesamte Membranstruktur Ionentauschercharakteristiken besitzt. Diese Membranen sind kommerziell erhältlich, und ein typisches Beispiel einer kommerziellen protonenleitenden sulfonierten Perfluorkohlenwasserstoffmembran wird von E. I. DuPont de Nemours & Company mit der Handelsbezeichnung NAFION vertrieben. Andere derartige Membranen sind von Asahi Glass und Asahi Chemical Company erhältlich. Die Verwendung anderer Typen von Membranen, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, perfluorierte Kationentauschermembranen, kohlenwasserstoffbasierte Kationentauschermembranen wie auch Anionentauschermembranen, liegt ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
- Bei einer Ausführungsform können die Elektroden
18 ,181 Katalysatorschichten sein, die eine Gruppe fein geteilter Kohlenstoffpartikel, die fein geteilte Katalysatorpartikel, wie Platin, tragen, und ein ionenleitendes Material, wie ein protonenleitendes Ionomer, enthalten können, das mit den Partikeln gemischt ist. Das protonenleitende Material kann ein Ionomer sein, wie ein perfluoriertes Sulfonsäurepolymer. Die Katalysatormaterialien können Metalle aufweisen, wie Platin, Palladium und Mischungen aus Metallen, wie Platin und Molybdän, Platin und Kobalt, Platin und Ruthenium, Platin und Nickel und Platin und Zinn, andere Platin-Übergangsmetall-Legierungen und andere Brennstoffzellenelektrokatalysatoren, die in der Technik bekannt sind.
Claims (18)
- Brennstoffzelle umfassend: eine metallische Bipolarplatte, eine Gasdiffusionsmediumschicht, die eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, und eine Vielzahl elektrisch leitender Stege, die chemisch oder physikalisch direkt mit der ersten Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht verbunden sind und über der ersten Fläche liegen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitenden Stege jeweils Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ir und/oder Legierungen daraus umfassen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitenden Stege jeweils RuO2 und/oder IrO2 umfassen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitenden Stege jeweils ein dotiertes Metalloxid umfassen.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei benachbarte, elektrisch leitende Stege voneinander durch ein Gebiet an der ersten Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht beabstandet sind, an dem kein elektrisch leitendes Stegmaterial aufgebracht ist.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Bipolarplatte, die eine erste Fläche aufweist, eine Vielzahl von Stegen und Kanälen ausbildet, wobei die Stege der Bipolarplatte zu den elektrisch leitenden Stegen weisen, die mit der Gasdiffusionsmediumschicht direkt verbunden sind.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei die elektrisch leitenden Stege der Gasdiffusionsmediumschicht jeweils einen Abschnitt aufweisen, der eine Längsachse besitzt, die allgemein parallel zu der Längsachse eines Abschnittes von einem der Stege der Bipolarplatte verläuft.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei die elektrisch leitenden Stege der Gasdiffusionsmediumschicht jeweils einen Abschnitt aufweisen, der eine Längsachse besitzt, die rechtwinklig zu der Längsachse eines Abschnittes von einem der Stege der Bipolarplatte verläuft.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 6, wobei die elektrisch leitenden Stege der Gasdiffusionsmediumschicht jeweils einen Abschnitt aufweisen, der eine Längsachse besitzt, die in einer Schrägrichtung zu der Längsachse eines Abschnittes von einem der Stege der Bipolarplatte verläuft.
- Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle umfassend das Bereitstellen einer metallischen Bipolarplatte und einer Gasdiffusionsmediumschicht, die eine erste Fläche und eine gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, wobei ein elektrisch leitendes Material selektiv mit der Gasdiffusionsmediumschicht über der ersten Fläche liegend direkt verbunden wird, so dass eine Vielzahl elektrisch leitender Stege über der ersten Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht geformt werden.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verbinden des elektrisch leitenden Materials mit der Gasdiffusionsmediumschicht eine chemische Dampfphasenabscheidung des elektrisch leitenden Materials auf die erste Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verbinden des elektrisch leitenden Materials mit der Gasdiffusionsmediumschicht umfasst, dass ein Maskierungsmaterial selektiv auf die erste Fläche des Gasdiffusionsmediums aufgebracht wird, um Öffnungen zwischen Abschnitten des Maskierungsmaterials vorzusehen, und das elektrisch leitende Material in die Öffnungen in dem Maskierungsmaterial und auf die erste Fläche der Gasdiffusionsmediumschicht aufgebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verbinden des elektrisch leitenden Materials eine chemische Dampfphasenabscheidung umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verbinden des elektrisch leitenden Materials eine Elektrobeschichtung umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verbinden des elektrisch leitenden Materials mit der Gasdiffusionsmediumschicht ein Siebdrucken umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein elektrisch leitendes Material verwendet wird, das Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ir und/oder Legierungen daraus umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein elektrisch leitendes Material verwendet wird, das RuO2 und/oder IrO2 umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein elektrisch leitendes Material verwendet wird, das ein dotiertes Metalloxid umfasst.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/466,824 US20080050643A1 (en) | 2006-08-24 | 2006-08-24 | Electrically conductive lands adhered to gas diffusion media and methods of making and using the same |
US11/466,824 | 2006-08-24 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007039467A1 DE102007039467A1 (de) | 2008-03-27 |
DE102007039467B4 true DE102007039467B4 (de) | 2015-02-19 |
Family
ID=39105278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007039467.7A Expired - Fee Related DE102007039467B4 (de) | 2006-08-24 | 2007-08-21 | Brennstoffzelle mit an ein Gasdiffusionsmedium angehafteten, elektrisch leitenden Stegen und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20080050643A1 (de) |
DE (1) | DE102007039467B4 (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8409769B2 (en) * | 2007-12-07 | 2013-04-02 | GM Global Technology Operations LLC | Gas diffusion layer for fuel cell |
US8148035B2 (en) * | 2008-05-16 | 2012-04-03 | GM Global Technology Operations LLC | Bipolar plate coating architecture for fuel cells and methods of making and using the same |
DE102010015504A1 (de) | 2010-04-20 | 2010-12-30 | Daimler Ag | Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzelle und Verfahren zum Fertigen einer Gasdiffusionsschicht |
US8859164B2 (en) * | 2011-02-15 | 2014-10-14 | Ford Global Technologies, Llc | Bipolar plates and electrochemical cells employing the same |
DE102015015876A1 (de) | 2015-12-09 | 2017-06-14 | Daimler Ag | Separatorplatte für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzelle, Fahrzeug und Verfahren zum Fertigen einer Separatorplatte |
DE102018211078B3 (de) | 2018-07-05 | 2019-11-14 | Audi Ag | Bipolarplatte für Brennstoffzellen mit drei Einzelplatten, sowie Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel mit solchen Bipolarplatten |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056846A1 (de) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Daimlerchrysler Ag | Metallische Bipolarplatte zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7098163B2 (en) * | 1998-08-27 | 2006-08-29 | Cabot Corporation | Method of producing membrane electrode assemblies for use in proton exchange membrane and direct methanol fuel cells |
JP2002343369A (ja) * | 2001-05-15 | 2002-11-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用電極の製造方法および燃料電池 |
US20040081879A1 (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | Mineo Washima | Fuel cell bipolarplate |
WO2004062020A2 (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-22 | Foamex L.P. | Gas diffusion layer containing inherently conductive polymer for fuel cells |
JP3956864B2 (ja) * | 2003-02-13 | 2007-08-08 | トヨタ自動車株式会社 | 流路構造を有する燃料電池のセパレータ |
US7118826B2 (en) * | 2003-04-24 | 2006-10-10 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electrode-electrolyte composites having discrete regions |
JP4154315B2 (ja) * | 2003-11-21 | 2008-09-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
-
2006
- 2006-08-24 US US11/466,824 patent/US20080050643A1/en not_active Abandoned
-
2007
- 2007-08-21 DE DE102007039467.7A patent/DE102007039467B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004056846A1 (de) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Daimlerchrysler Ag | Metallische Bipolarplatte zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102007039467A1 (de) | 2008-03-27 |
US20080050643A1 (en) | 2008-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102008046403B4 (de) | Sauerstoffentwicklungsreaktionskatalysatoren enthaltende Elektroden | |
DE102007052833B4 (de) | Membranelektrodeneinheit in einer Brennstoffzelle | |
DE60205090T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten unter Verwendung von mit katalysator beschichteten Membranen und Klebstoffen | |
EP0934606B1 (de) | Elektroden-elektrolyt-einheit für eine brennstoffzelle | |
DE102008038202B4 (de) | PEM-Brennstoffzelle mit verbessertem Wassermanagement und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE102009025253A1 (de) | Brennstoffzelle mit einem Elektrolyt stabilisierenden Mittel und Herstellverfahren dafür | |
DE102007037632B4 (de) | Membran für eine Membranelektrodenanordnung einer Brennstoffzelle und Verfahren zur Erzeugung deaktivierter Randgebiete einer ionenleitenden Membran | |
DE10037072A1 (de) | Membran-Elektrodeneinheit für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE102008051534A1 (de) | Brennstoffzellenstapel mit asymmetrischen Diffusionsmedien an Anode und Kathode | |
DE112005001131B4 (de) | Brennstoffzellenanordnung | |
DE102009006296A1 (de) | Vorab erfolgendes Zusammensetzen der aktiven Fläche auf Platten zur Reduktion von Dickenabweichungen | |
DE102007039467B4 (de) | Brennstoffzelle mit an ein Gasdiffusionsmedium angehafteten, elektrisch leitenden Stegen und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE102008064086A1 (de) | Passivierte Metall-Bipolarplatten und ein Verfahren zu deren Herstellung | |
DE112006001181T5 (de) | Hydrophile, elektrisch leitende Fluidverteilungsplatte für Brennstoffzellen | |
DE112006001185T5 (de) | Poröse, elektrisch leitende Fluidverteilungsplatte für Brennstoffzellen | |
DE102007051812B4 (de) | Membranelektrodenanordnung für PEM-Brennstoffzellen | |
DE102007052636A1 (de) | Brennstoffzellensubstrat mit einem Überzug | |
DE102015118426B4 (de) | Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzelle | |
DE102009035961A1 (de) | Geschichtete Elektrode für elektrochemische Zellen | |
DE10392349B4 (de) | Korrosionsbeständige Brennstoffzelle sowie Verfahren zum Hemmen einer Korrosion in einer Brennstoffzelle | |
DE112006000324B4 (de) | Brennstoffzellen-Baugruppe, Brennstoffzellenmodul und Brennstoffzelleneinrichtung | |
DE102011014137A1 (de) | Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit ein Metalloxid umfassenden Nanopartikeln | |
DE10221397A1 (de) | Herstellungsverfahren einer Brennstoffzellenelektrode und eine Brennstoffzelle davon | |
DE102011014154B4 (de) | Strömungsfeldplatte für Brennstoffzellenanwendungen | |
EP1114484B1 (de) | Hochtemperatur-brennstoffzelle mit nickelnetz und hochtemperatur- brennstoffzellenstapel mit einer solchen zelle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US Effective date: 20110323 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000 Ipc: H01M0008020200 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |