WO2020007677A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer bipolarplattenhälfte für eine brennstoffzelle - Google Patents

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Martin Schoepf
Arne Stephen FISCHER
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for
  • the invention also relates to a fuel cell which comprises at least one bipolar plate half which is produced by the method according to the invention.
  • Fuel cells are electrochemical energy converters in which, for example.
  • Hydrogen and oxygen are converted into water, electrical energy and heat.
  • Fuel cell stacks are constructed from membrane electrode units and bipolar plates which are arranged alternately one above the other.
  • the bipolar plates which can be formed from two adjacent bipolar plate halves, serve to supply the electrodes with starting materials and to cool the fuel cell stack.
  • the bipolar plates have a distributor structure which guides fluids containing starting material along the electrodes.
  • the distributor structures serve to guide a cooling fluid along the further distributor structures.
  • These distributor structures are designed as channels, as a result of which the different fluids can be conducted.
  • WO 2017/215872 A1 discloses a method for producing a bipolar plate for a fuel cell, a plate-shaped workpiece being produced in this method, and a media distribution structure being introduced into the plate-shaped workpiece.
  • the background of the invention lies in the fact that the gas diffusion layer (GDL) which is in contact with the bipolar plate half and pressurized penetrates into the channel structure, so that the effective channel cross section available for media distribution is reduced.
  • GDL gas diffusion layer
  • Bipolar plate half accumulates water on the cathode side. This water is typically formed between the GDL and the membrane and has to leave the GDL in the direction of the air channels in the half of the bipolar plate, where it is removed by the air flow. However, this process is hindered by the webs on the bipolar plate half resting on the GDL, so that there is water accumulation there.
  • a conventional bipolar plate half is typically produced by embossing a channel structure in an approximately 0.1 mm thick sheet metal to ensure operating media with a low pressure drop and without major costs.
  • channel dimensions in particular the channel width, limits are thereby specified which result from the sheet thickness and the stamping process.
  • the object of the present invention is therefore a method
  • the object is achieved by a method for producing a bipolar plate half for a fuel cell.
  • This method comprises the steps of synchronously passing an endlessly rotating screen past a moving substrate, applying a media distribution material onto the substrate by means of a screen printing step to form a
  • a screen in the sense of the invention is understood to be a mask which has a negative shape of the structure to be created. This mask may also be around support structures for stabilizing the
  • a synchronized passing in the sense of the invention is understood to mean that the speed of the screen and the substrate are matched to one another. As a result, there is no relative speed between the screen and the substrate.
  • Media distribution structure or media distribution material is understood to be the channel structure provided for guiding and distributing the media or the material from which the channel structure is produced.
  • An electrically conductive paste, in which carbon black is embedded in a binder, is preferably used as the media distribution material. The use of soot in one
  • Media distribution material has the advantage that the coated sheets used in the prior art have a higher corrosion resistance.
  • the substrate is sheet metal or foil.
  • the method according to the invention makes it possible to provide significantly smaller web widths, channel widths and channel heights. Likewise, more flexible
  • Structures are made.
  • the method according to the invention thus forms flexible structures on the order of magnitude of preferably 100 pm to 500 pm. Structures in one are particularly preferred
  • the GDL Due to the smaller channel width, the GDL is better supported, so that the GDL hardly penetrates into the channel structure and thus the cross section is not reduced. Due to the smaller width of the webs, the water drainage is hardly hindered, so that there is hardly any
  • the invention has the additional advantage that a minimum stack height is achieved due to the lower channel height of the bipolar plate half. This results in a smaller space requirement for the fuel cell. Thanks to the endlessly circulating sieve and the screen printing step, this has
  • the method according to the invention additionally has the advantage that a bipolar plate half produced using this method can nevertheless be produced economically.
  • a heating step of the media distribution material applied to the substrate is carried out after the screen has been lifted off the substrate.
  • a heating step is carried out between applying the media distribution material and lifting off the screen.
  • the media distribution structures are pre-consolidated before the sieve is lifted off. This improves the detachability of the screen from the media distribution structures and reduces the proportion of media distribution material residues in the screen. This has the advantage that the shape accuracy of the media distribution structures is improved.
  • the method comprises the step of cleaning the screen after it has been lifted off
  • the method advantageously comprises the step of checking the screen after it has been lifted off the substrate. In this step, it is checked in particular whether the screen has defects which affect the formation of the media distribution structure or could lead to failure of the screen. In addition, it can preferably be checked whether a previous cleaning step has been successful. This ensures a high and consistent quality of the media distribution structures.
  • the method preferably comprises the step of applying a separating agent to the screen before applying the media distribution material.
  • a separating agent is understood to mean an agent which enables the sieve to be simply lifted off the substrate. This is to prevent parts of the media distribution structure from getting caught in the sieve during lifting. This ensures a high quality of the media distribution structure. Also one after the take off
  • a means provided as a permanent release agent can also be applied to the screen before first use. In this case, a constant application step during the process could be omitted.
  • Media distribution material uses a material which comprises graphite particles and binders, or metal particles and binders. These graphite particles and binders are preferably applied as a paste. The use of such a material has the advantage of being used in the prior art
  • coated sheets have a higher corrosion resistance. As a result, the service life of a fuel cell produced in this way can be extended.
  • the metal particles made of stainless steel are particularly preferred. A later sintering step is necessary here.
  • the object of the invention is additionally achieved by a device for
  • the device comprises an endlessly circulating sieve, by means of which a media distribution structure can be formed on a substrate, a drive unit which is set up to drive and deflect the sieve so that the sieve can be circulated endlessly, a coating unit, by means of which a media distribution material is screen-printed can be applied to the substrate, and a heating unit for heating and drying the media distribution material, the heating unit being arranged in the direction of movement of the substrate after a region of the endlessly rotating sieve.
  • the screen has a mask for forming media distribution structures in the form of columns, channels and / or curved webs. This allows one to get to the one you want
  • Application area of the bipolar plate half desired media distribution structure can be produced.
  • a fuel cell which comprises at least one bipolar plate half which is produced by the method according to the invention. This enables the advantages mentioned for the method to be achieved.
  • a fuel cell according to the invention is advantageously used in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV) or in a plug-in hybrid vehicle (PHEV). As a result, the advantages mentioned for the fuel cell can be achieved.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • PHEV plug-in hybrid vehicle
  • FIG. 1 a shows a bipolar plate half according to the prior art with a channel cross section reduced by the GDL
  • FIG. 1b shows a bipolar plate half according to the prior art with water accumulation between the bipolar plate half and the GDL or in the GDL,
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows an enlarged representation of the essential process steps according to an embodiment of the invention, Figure 4 embodiments of the media distribution structures, and
  • Figure 5 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 1 a shows a bipolar plate half 14 according to the prior art with a gas diffusion layer (GDL) 18 lying against the bipolar plate half 14.
  • GDL gas diffusion layer
  • machined sheet 24 is formed with an initial thickness of about 0.1 mm, forms webs 28 which have an average web width d and abut the GDL 18.
  • a sum of web width d and an average channel width b for an air channel 32 is usually not less than approximately 1.5 to 2 mm for production reasons.
  • a duct cross section Q is available for the air duct 32.
  • FIG. 1 a additionally shows the deformation (see dashed lines) of the GDL 18 'under pressure. This reduces the available channel cross-section Q.
  • FIG. 1b A further bipolar plate half 14 according to the prior art is shown in FIG. 1b. With this bipolar plate half 14, water 18 “is formed on the webs 28. This water 18 “comes from the fact that it turns out to be
  • FIG. 2 is an illustration of an embodiment of the device 36 according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • the device 36 comprises a sieve 40, by means of which a media distribution structure (see FIG. 4) 44 can be applied to a moving substrate 48.
  • the media distribution structure see FIG. 4
  • Device 36 additionally comprises a drive unit 52, which has driven deflection rollers 56, via which the sieve 40 is deflected and is provided in an endlessly rotating manner along a sieve movement direction 58.
  • the Drive unit 52 synchronizes the speed of the screen 40 with the speed of the moving substrate 48.
  • the device 36 comprises a coating unit 60 which is activated by means of a screen printing step
  • Media distribution material 62 applies to the substrate 48.
  • a preheating unit 68 for heating and
  • Drying the applied media distribution material 62 arranged.
  • the sieve 40 When leaving the area of the endlessly rotating sieve 40, the sieve 40 is lifted off the substrate 48, so that a media distribution structure 44 remains on the substrate 48.
  • a heating unit 72 is arranged in the direction of movement 64 of the substrate 48 after a region of the endlessly circulating sieve 40, which heats and dries or hardens or sinters the media distribution structure 44 - depending on the material and binder used.
  • a cleaning unit 76 and a checking unit 80 are arranged. In these units 76, 80, the sieve 40 is cleaned and checked for errors.
  • preheating unit 68 is shown in the above exemplary embodiment, exemplary embodiments are also conceivable in which only the heating unit 72 is used alone. In the same way, a checking unit 80 and a cleaning unit 76 are only optionally provided.
  • Figure 3 in an enlarged view of the essential process steps according to an embodiment of the invention shown.
  • the coating unit 60 applies the media distribution material 62 to the substrate 48 in channels 84 of the screen 40.
  • the media distribution material 62 is heated by means of the preheating unit 68 in order to dry and solidify the media distribution material 62.
  • the screen 40 is lifted off the substrate 48, so that only the media distribution structure 44 remains on the substrate 48.
  • FIG. 4 shows two different examples of media distribution structures 44. Columns 88 and channels 92 are shown here as possible media distribution structures 44.
  • Bipolar plate half 14 shown. This figure shows the significantly smaller web width d, channel width b and web height h in relation to the bipolar plate half shown in FIG. 1 a according to the prior art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bipolarplattenhälfte (14) für eine Brennstoffzelle. Das Verfahren umfasst die Schritte des Synchronisierten Vorbeiführens eines endlos umlaufenden Siebes (40) an einem bewegten Substrat (48), des Aufbringens eines Medienverteilmaterials (62) auf das Substrat (48) mittels eines Siebdruckschrittes zum Ausbilden einer Medienverteilstruktur (44), und des Abhebens des Siebes (40) vom Substrat (48).

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Bipolarplattenhälfte für eine
Brennstoffzelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen einer Bipolarplattenhälfte für eine Brennstoffzelle. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, welche mindestens eine Bipolarplattenhälfte umfasst, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen bspw.
Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt werden. Gattungsgemäße Brennstoffzellen bzw.
Brennstoffzellenstapel sind aus abwechselnd übereinander angeordneten Membranelektrodeneinheiten und Bipolarplatten aufgebaut. Hierbei dienen die Bipolarplatten, welche aus zwei aneinander anliegenden Bipolarplattenhälften gebildet sein können, zur Versorgung der Elektroden mit Edukten und zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels. Die Bipolarplatten weisen hierzu eine Verteilerstruktur auf, die Edukt enthaltende Fluide entlang den Elektroden führen. Darüber hinaus dienen die Verteilerstrukturen dazu ein Kühlfluid entlang der weiteren Verteilerstrukturen zu führen. Diese Verteilerstrukturen sind dabei als Kanäle ausgebildet, wodurch die unterschiedlichen Fluide leitbar sind.
Stand der Technik
Aus der WO 2017/215872 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle bekannt, wobei bei diesem Verfahren ein plattenförmiges Werkstück erzeugt wird, und wobei eine Medienverteilerstruktur in das plattenförmige Werkstück eingebracht wird. Der Hintergrund der Erfindung liegt darin, dass die an der Bipolarplattenhälfte anliegende und druckbeaufschlage Gasdiffusionslage (GDL) in die Kanalstruktur eindringt, so dass sich der effektive, für die Medienverteilung zur Verfügung stehende Kanalquerschnitt verringert.
Zusätzlich ergibt sich das Problem, dass unter den Stegen der
Bipolarplattenhälfte auf der Kathodenseite Wasser ansammelt. Dieses Wasser wird typischerweise zwischen GDL und Membran gebildet und muss die GDL in Richtung der Luft- Kanäle in der Bipolarplattenhälfte verlassen und wird dort mit dem Luftstrom abtransportiert. Durch die auf die GDL aufliegenden Stege der Bipolarplattenhälfte wird dieser Prozess allerdings behindert, so dass es dort zu einer Wasseransammlung kommt.
Diese Probleme könnten jedoch gelöst werden, wenn die Stegbreite und die Kanalbreite verringert werden würde. Um die grobe Verteilung der
Betriebsmedien mit einem geringen Druckverlust und ohne größere Kosten zu gewährleisten wird eine konventionelle Bipolarplattenhälfte typischerweise durch Prägen einer Kanalstruktur in ein ca. 0,1mm dickes Blech hergestellt. Bezüglich der Kanalabmessungen, insbesondere der Kanalbreite, sind dadurch Grenzen vorgegeben, welche sich aus der Blechdicke und dem Prägeprozess ergeben.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Probleme auf wirtschaftliche Weise gelöst werden können. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplattenhälfte für eine Brennstoffzelle gelöst. Dieses Verfahren umfasst dabei die Schritte des Synchronisierten Vorbeiführens eines endlos umlaufenden Siebes an einem bewegten Substrat, des Aufbringens eines Medienverteilmaterials auf das Substrat mittels eines Siebdruckschrittes zum Ausbilden einer
Medienverteilstruktur, und des Abhebens des Siebes vom Substrat. Als Sieb im Sinne der Erfindung wird eine Maske verstanden, welche eine Negativform der zu erstellenden Struktur aufweist. Diese Maske ist dabei gegebenenfalls noch um Stützstrukturen zur Stabilisierung der
Medienverteilstruktur ergänzt. Unter einem Synchronisierten Vorbeiführen im Sinne der Erfindung wird dabei verstanden, dass die Geschwindigkeit des Siebes und des Substrates aneinander angeglichen werden. Dadurch besteht zwischen dem Sieb und dem Substrat keine Relativgeschwindigkeit. Als
Medienverteilstruktur bzw. Medienverteilmaterial wird die zum Leiten und Verteilen der Medien vorgesehene Kanalstruktur bzw. das Material aus dem die Kanalstruktur hergestellt ist, verstanden. Als Medienverteilmaterial wird dabei vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Paste, bei welcher Ruß in einen Binder eingebettet ist, verwendet. Die Verwendung von Ruß in einem
Medienverteilmaterial hat den Vorteil, dass zu im Stand der Technik verwendeten beschichteten Blechen eine höhere Korrosionsbeständigkeit vorliegt. Das Substrat ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Blech oder Folie.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit kein Blech geprägt. Bei der Ausbildung der Bipolarplattenhälfte sind somit nicht die üblichen durch den Prägeprozess des Bleches gesetzten Grenzen vorhanden. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich deutlich kleinere Stegbreiten, Kanalbreiten und Kanalhöhen bereitzustellen. Ebenso können flexiblere
Strukturen hergestellt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit flexible Strukturen in einer Größenordnung von vorzugsweise 100pm bis 500 pm gebildet. Besonders bevorzugt werden Strukturen in einer
Größenordnung von 100pm bis 200pm gebildet.
Durch die geringere Kanalbreite wird die GDL besser abgestützt, so dass es kaum zu einem Eindringen der GDL in die Kanalstruktur kommt und somit der Querschnitt nicht verringert wird. Durch die geringere Breite der Stege wird der Wasserabfluss kaum behindert, so dass es zudem kaum zu einer
Wasseransammlung im Bereich der Stege kommt. Dadurch wird ein
störungsfreier und effizienter Betrieb der Brennstoffzelle sichergestellt.
Die Erfindung hat zusätzlich den Vorteil, dass durch die geringere Kanalhöhe der Bipolarplattenhälfte eine minimale Stackhöhe erzielt wird. Dadurch ergibt sich ein geringerer Platzbedarf für die Brennstoffzelle. Durch das endlos umlaufende Sieb und den Siebdruckschritt, hat das
erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich den Vorteil, dass eine mit diesem Verfahren hergestellte Bipolarplattenhälfte trotz alledem wirtschaftlich herstellbar ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein Aufheizschritt des auf das Substrat aufgebrachten Medienverteilmaterials nach dem Abheben des Siebes vom Substrat durgeführt. Dies hat den Vorteil, dass der
Trocknungsprozess nach dem Abheben des Siebes schneller beendet und die Bipolarplattenhälfte damit schneller eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Aufheizschritt zwischen Aufbringen des Medienverteilmaterials und Abheben des Siebes durchgeführt. Bei diesem Aufheizschritt werden die Medienverteilstrukturen vor dem Abheben des Siebes bereits vorverfestigt. Dadurch wird die Ablösbarkeit des Siebes von den Medienversteilstrukturen verbessert und der Anteil der Medienverteilmaterialreste im Sieb verringert. Dies hat den Vorteil, dass die Formgenauigkeit der Medienverteilstrukturen verbessert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Reinigens des Siebes nach dem Abheben vom
Substrat. Durch den Schritt des Reinigens werden im Sieb verbleibende
Medienverteilmaterialreste entfernt. Bei einem anschließenden
Beschichtungsprozess stören diese Reste nicht die Ausbildung der
Medienverteilstrukturen. Dadurch kann eine hohe Qualität bei der Ausbildung der Medienverteilstrukturen sichergestellt werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren den Schritt des Kontrollierens des Siebes nach dem Abheben vom Substrat. Bei diesem Schritt wird insbesondere kontrolliert, ob das Sieb Fehler aufweist, welches sich auf die Ausbildung der Medienverteilstruktur auswirken oder zu einem Ausfall des Siebes führen könnte. Vorzugsweise kann zusätzlich kontrolliert werden, ob ein vorangegangener Reinigungsschritt erfolgreich gewesen ist. Dadurch kann eine hohe und gleichbleibende Qualität der Medienverteilstrukturen sichergestellt werden. Das Verfahren umfasst bevorzugt den Schritt des Aufbringens eines Trennmittels auf das Sieb vor dem Aufbringen des Medienverteilmaterials. Als Trennmittel im Sinne der Erfindung wird dabei ein Mittel verstanden, welches ein einfaches Abheben des Siebes von dem Substrat ermöglicht. Dadurch soll vermieden werden, dass Teile der Medienverteilstruktur während des Abhebens im Sieb hängen bleiben. Dadurch kann eine hohe Qualität der Medienverteilstruktur sichergestellt werden. Auch ein nach dem Abheben anschließender
Reinigungsprozess wird dadurch vereinfacht. Alternativ kann auch ein als dauerhaftes Trennmittel vorgesehenes Mittel vor einer ersten Benutzung auf das Sieb aufgebracht sein. In diesem Fall könnte ein ständiger Aufbringschritt während des Verfahrens entfallen.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird als
Medienverteilmaterial ein Material verwendet, welches Graphitpartikel und Binder, oder Metallpartikel und Binder umfasst. Diese Graphitpartikel und Binder werden dabei bevorzugt als Paste aufgebracht. Die Verwendung eines solchen Materials hat den Vorteil, dass zu im Stand der Technik verwendeten
beschichteten Blechen eine höhere Korrosionsbeständigkeit vorliegt. Dadurch kann die Lebensdauer einer derart hergestellten Brennstoffzelle verlängert werden. Besonders bevorzugt sind die Metallpartikel aus rostfreiem Stahl. Hier ist ein späterer Sinterschritt notwendig.
Die Aufgabe der Erfindung wird zusätzlich durch eine Vorrichtung zum
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. Die Vorrichtung umfasst dabei ein endlos umlaufendes Sieb, mittels welchem eine Medienverteilstruktur auf einem Substrat ausbildbar ist, eine Antriebseinheit, welche eingerichtet ist, das Sieb anzutreiben und umzulenken, so dass das Sieb endlos umlaufbar ist, eine Beschichtungseinheit, mittels welcher über einen Siebdruckschritt ein Medienverteilmaterial auf das Substrat aufbringbar ist, und eine Heizeinheit, zum Aufheizen und Trocknens des Medienverteilmaterials, wobei die Heizeinheit in Bewegungsrichtung des Substrates nach einem Bereich des endlos umlaufenden Siebes angeordnet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die zu dem Verfahren
angegebenen Vorteile erzielt werden. Bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Mit den in den abhängigen Ansprüchen beanspruchten Ausführungsformen der Vorrichtung können die zu dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile erzielt werden.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist das Sieb eine Maske auf zum Ausformen von Medienverteilstrukturen in Form von Säulen, Kanäle und/oder gebogenen Stegen. Dadurch kann eine auf den gewünschten
Einsatzbereich der Bipolarplattenhälfte gewünschte Medienverteilstruktur hergestellt werden.
Es wird auch eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, welche mindestens eine Bipolarplattenhälfte umfasst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Dadurch können die zu dem Verfahren genannten Vorteile erzielt werden.
Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV) oder in einem Plug-In- Hybridfahrzeug (PHEV). Dadurch können die zu der Brennstoffzelle genannten Vorteile erzielt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Figur la Darstellung einer Bipolarplattenhälfte nach dem Stand der Technik mit einem durch die GDL verringerten Kanalquerschnitt,
Figur lb Darstellung einer Bipolarplattenhälfte nach dem Stand der Technik mit einer Wasseransammlung zwischen Bipolarplattenhälfte und GDL bzw. in der GDL,
Figur 2 Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 Vergrößerte Darstellung der wesentlichen Prozessschritte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 4 Ausführungsbeispiele der Medienverteilstrukturen, und
Figur 5 Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bipolarplattenhälfte.
Figur la zeigt eine Bipolarplattenhälfte 14 nach dem Stand der Technik mit einer an der Bipolarplattenhälfte 14 anliegenden Gasdiffusionslage (GDL) 18. Die Bipolarplattenhälfte 14, welche aus einem durch einen Prägeprozess
bearbeiteten Blech 24 mit einer Ausgangsdicke von ca. 0,1mm gebildet ist, bildet dabei Stege 28 aus, welche eine durchschnittlichen Stegbreite d aufweisen und an der GDL 18 anliegen. Eine Summe aus Stegbreite d und einer für einen Luftkanal 32 durchschnittlichen Kanalbreite b liegt dabei fertigungsbedingt üblicherweise nicht unter ca. 1,5 bis 2 mm. Mit einer entsprechenden Kanalhöhe h, welche typischerweise bei ca. 0,5 mm liegt, ergibt sich ein für den Luftkanal 32 zur Verfügung stehender Kanalquerschnitt Q. In Figur la ist zusätzlich die Verformung (siehe gestrichelte Linien) der GDL 18‘ unter Druck gezeigt. Dadurch verringert sich der zur Verfügung stehende Kanalquerschnitt Q.
In Figur lb ist eine weitere Bipolarplattenhälfte 14 nach dem Stand der Technik gezeigt. Bei dieser Bipolarplattenhälfte 14 bildet sich an den Stegen 28 Wasser 18“. Dieses Wasser 18“ kommt dadurch zustande, dass das sich als
Reaktionsprodukt bildende Wasser bei den Stegen 28 schlecht durch die GDL 18 abgeführt werden kann. Dadurch kommt es in der GDL 18 zu einer
Wasseransammlung, welche zu einer Blockade des Gastransportes führt.
Figur 2 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 36 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 36 umfasst ein Sieb 40, mittels welchem eine Medienverteilstruktur (siehe Figur 4) 44 auf einem bewegten Substrat 48 aufbringbar ist. Die
Vorrichtung 36 umfasst zusätzlich eine Antriebseinheit 52, die angetriebene Umlenkrollen 56 aufweist, über welche das Sieb 40 umgelenkt wird und endlos umlaufend entlang einer Siebbewegungsrichtung 58 vorgesehen ist. Die
Antriebseinheit 52 synchronisiert dabei die Geschwindigkeit des Siebes 40 an die Geschwindigkeit des bewegten Substrates 48. Die Vorrichtung 36 umfasst eine Beschichtungseinheit 60, welche mittels eines Siebdruckschrittes ein
Medienverteilmaterial 62 auf das Substrat 48 aufbringt. Im Bereich des endlos umlaufenden Siebes 40 in Bewegungsrichtung 64 des Substrates 48 nach der Beschichtungseinheit 60 ist eine Vorheizeinheit 68, zum Aufheizen und
Trocknens des aufgebrachten Medienverteilmaterials 62 angeordnet. Bei Verlassen des Bereiches des endlos umlaufenden Siebes 40 wird das Sieb 40 vom Substrat 48 abgehoben, so dass eine Medienverteilstruktur 44 auf dem Substrat 48 zurückbleibt. In Bewegungsrichtung 64 des Substrates 48 nach einem Bereich des endlos umlaufenden Siebes 40 ist eine Heizeinheit 72 angeordnet, welche die Medienverteilstruktur 44 aufheizt und trocknet bzw. aushärtet oder versintert - je nach verwendetem Material und Binder. Nach dem Abheben des Siebes 40 von dem Substrat 48 und vor dem erneuten Aufbringen des Siebes 40 auf das Substrat 48 sind eine Reinigungseinheit 76 und eine Überprüfungseinheit 80 angeordnet. Bei diesen Einheiten 76, 80 wird das Sieb 40 gereinigt und auf Fehler überprüft.
Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel die Vorheizeinheit 68 gezeigt ist sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei welchen lediglich die Heizeinheit 72 allein verwendet wird. In gleicher Weise sind eine Überprüfungseinheit 80 und eine Reinigungseinheit 76 lediglich optional vorgesehen.
In Figur 3 in eine Vergrößerte Darstellung der wesentlichen Prozessschritte nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, gezeigt. Hierbei ist zu sehen, dass die Beschichtungseinheit 60 das Medienverteilmaterial 62 in Kanäle 84 des Siebes 40 auf das Substrat 48 aufbringt. Anschließend an den Beschichtungsprozess wird das Medienverteilmaterial 62 mittels der Vorheizeinheit 68 aufgeheizt, um die Medienverteilmaterial 62 zu trockenen und zu verfestigen. Anschließend daran wird das Sieb 40 von dem Substrat 48 abgehoben, so dass auf dem Substrat 48 lediglich die Medienverteilstruktur 44 übrig bleibt.
Figur 4 zeigt zwei verschiedene Beispiele an Medienverteilstrukturen 44. Als mögliche Medienverteilstrukturen 44 sind hier Säulen 88 und Kanäle 92 gezeigt.
In Figur 5 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bipolarplattenhälfte 14 dargestellt. In dieser Figur ist die deutlich geringere Stegbreite d, Kanalbreite b und Steghöhe h zur der in Figur la gezeigten Bipolarplattenhälfte nach dem Stand der Technik dargestellt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplattenhälfte (14) für eine
Brennstoffzelle, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Synchronisiertes Vorbeiführen eines endlos umlaufenden Siebes (40) an einem bewegten Substrat (48),
Aufbringen eines Medienverteilmaterials (62) auf das Substrat (48) mittels eines Siebdruckschrittes zum Ausbilden einer
Medienverteilstruktur (44), und
Abheben des Siebes (40) vom Substrat (48).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Aufheizschritt des auf das Substrat (48) aufgebrachten
Medienverteilmaterials (62) nach dem Abheben des Siebes (40) vom Substrat (48) durgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufheizschritt zwischen Aufbringen des Medienverteilmaterials (62) und Abheben des Siebes (40) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Reinigens des Siebes (40) nach dem Abheben vom Substrat (48) umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Kontrollierens des Siebes (40) nach dem Abheben vom Substrat (48) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Aufbringens eines Trennmittels auf das Sieb (40) vor dem Aufbringen des
Medienverteilmaterials (62) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Medienverteilmaterial (62) ein Material verwendet wird, welches Graphitpartikel und Binder, oder Metallpartikel und Binder umfasst.
8. Vorrichtung (36) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (36) umfasst:
ein endlos umlaufendes Sieb (40), mittels welchem eine
Medienverteilstruktur (44) auf einem Substrat (48) ausbildbar ist, eine Antriebseinheit (52), welche eingerichtet ist, das Sieb (40) anzutreiben und umzulenken, so dass das Sieb (40) endlos umlaufbar ist, und eine Beschichtungseinheit (60), mittels welcher über einen
Siebdruckschritt ein Medienverteilmaterial (62) auf das Substrat (48) aufbringbar ist.
9. Vorrichtung (36) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch, eine Heizeinheit (72), zum Aufheizen und Trocknens des Medienverteilmaterials (62), wobei die Heizeinheit (72) in Bewegungsrichtung (64) des Substrates (48) nach einem Bereich des endlos umlaufenden Siebes (40) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (36) nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch, eine
Reinigungseinheit (76) mit welcher das Sieb (40) reinigbar ist.
1 1. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet
durch, eine Überprüfungseinheit (80), mit weicher eine Fehlerfreiheit und/oder Reinheit des Siebes (40) überprüfbar ist.
12. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , gekennzeichnet
durch, eine Vorheizeinheit (68), zum Aufheizen und Trocknens des
Medienverteilmaterials (62), wobei die Vorheizeinheit (68) im Bereich des endlos umlaufenden Siebes (40) in Bewegungsrichtung (64) des Substrates (48) nach der Beschichtungseinheit (60) angeordnet ist.
13. Vorrichtung (36) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Sieb (40) eine Maske aufweist zum Ausformen von Medienverteilstrukturen (44) in Form von Säulen (88), Kanälen (92) und/oder gebogenen Stegen.
14. Brennstoffzelle, umfassend mindestens eine Bipolarplattenhälfte (14), die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
15. Verwendung einer Brennstoffzelle, nach Anspruch 14 in einem
Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV) oder in einem Plug-In- Hybridfahrzeug (PHEV).
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