DE102021204837A1

DE102021204837A1 - Metallic bipolar plate and method of selectively applying coatings to a bipolar plate

Info

Publication number: DE102021204837A1
Application number: DE102021204837.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp Hausmann; Martin Keuerleber; Marc-Vincent Müller
Original assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Eine metallische Bipolarplatte (1) wird zumindest auf einer ihrer im späteren Einsatz einer Membranelektrodenanordnung zugewandten Oberfläche beschichtet. Die Beschichtung erfolgt dabei selektiv, indem abschnittsweise eine elektrisch leitende Beschichtung und abschnittsweise eine elektrisch nichtleitende Beschichtung aufgetragen wird. Die Beschichtungen lassen sich dann entsprechend aushärten und sind vorzugsweise auf der Basis von Kunststoffen oder Lacken ausgeführt.

A metallic bipolar plate (1) is coated on at least one of its surfaces which will later face a membrane electrode arrangement. The coating is carried out selectively in that an electrically conductive coating is applied in sections and an electrically non-conductive coating is applied in sections. The coatings can then be cured accordingly and are preferably based on plastics or paints.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Bipolarplatte nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art und ein Verfahren zum selektiven Auftrag von Beschichtungen auf eine Bipolarplatte.The invention relates to a metallic bipolar plate according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1 and a method for the selective application of coatings to a bipolar plate.

Bipolarplatten, beispielsweise metallische Bipolarplatten sind für den Einsatz in Brennstoffzellenstapeln grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Ganz allgemein beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2010 010 972 U1 eine metallische Bipolarplatte. Diese besteht in ihrem typischen Aufbau aus zwei Hälften oder Teilplatten, welche miteinander verbunden werden, wobei das genannte Gebrauchsmuster mechanische Positionierungshilfen zum exakten Stapeln der Platten bzw. ihrer Hälften beschreibt.Bipolar plates, for example metallic bipolar plates, are fundamentally known from the prior art for use in fuel cell stacks. In general, the German utility model describes DE 20 2010 010 972 U1 a metallic bipolar plate. In its typical structure, this consists of two halves or partial plates which are connected to one another, the utility model mentioned describing mechanical positioning aids for the exact stacking of the plates or their halves.

Prinzipiell ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, derartige Bipolarplatten mit einer Beschichtung zu versehen. Häufig werden dabei hydrophile Beschichtungen eingesetzt. Die DE 10 2008 016 681 A1 beschreibt in diesem Zusammenhang eine hydrophile Beschichtung, welche elektrisch nichtleitend ist und auf die Oberfläche einer Bipolarplatte, und hier insbesondere auf die mit den Membranelektrodenanordnungen korrespondierende Oberfläche aufgetragen wird. Um die elektrische Leitfähigkeit wiederherzustellen, werden die Stege der beschichteten Strömungsfelder anschließend wieder von der Beschichtung befreit, sodass das elektrisch leitende Material der Bipolarplatte unmittelbar an den Membranelektrodenanordnungen anliegen und diese elektrisch kontaktieren kann.In principle, it is also known from the prior art to provide such bipolar plates with a coating. Hydrophilic coatings are often used here. the DE 10 2008 016 681 A1 describes in this context a hydrophilic coating which is electrically non-conductive and is applied to the surface of a bipolar plate, and here in particular to the surface corresponding to the membrane electrode arrangements. In order to restore the electrical conductivity, the webs of the coated flow fields are then freed from the coating again, so that the electrically conductive material of the bipolar plate can lie directly against the membrane electrode arrangements and make electrical contact with them.

Die WO 2009/006220 A1 beschreibt eine elektrisch nichtleitende Beschichtung, welche gleichzeitig die Funktion einer Art Dichtung übernehmen kann, im äußeren zur Verbindung der einzelnen Platten dienenden Bereich. Einen ähnlichen Weg geht auch die WO 2017/053380 A1 , welche eine polymere Beschichtung auf einem die Platte umgebenden Rahmen beschreibt.the WO 2009/006220 A1 describes an electrically non-conductive coating, which can simultaneously assume the function of a type of seal, in the outer area serving to connect the individual plates. A similar path is also followed WO 2017/053380 A1 , which describes a polymeric coating on a frame surrounding the plate.

Diese zuletzt genannten Beschichtungen dienen dazu, eine direkte Kontaktierung der metallischen Bipolarplatten miteinander und damit einen potenziellen Kurzschluss zwischen den Platten zu vermeiden.These last-mentioned coatings serve to avoid direct contacting of the metallic bipolar plates with one another and thus a potential short circuit between the plates.

Wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, ist es andererseits wichtig, im Bereich der Strömungsfelder und hier insbesondere der Stege zwischen Kanälen in den Strömungsfeldern eine elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen, um so eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Bipolarplatte mit den beiden ihr benachbarten Membranelektrodenanordnungen, und hier insbesondere mit den Elektroden dieser Membranelektrodenanordnungen (MEA) zu erreichen.On the other hand, as is known from the prior art mentioned at the outset, it is important to ensure electrical conductivity in the area of the flow fields and here in particular the webs between channels in the flow fields in order to ensure reliable electrical contacting of the bipolar plate with the two adjacent membrane electrode arrangements, and to be achieved here in particular with the electrodes of these membrane electrode assemblies (MEA).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, eine verbesserte metallische Bipolarplatte anzugeben, welche die Vorteile einer guten elektrischen Leitfähigkeit einerseits mit den Vorteilen einer elektrischen Isolierung im äußeren Bereich ihres Randes andererseits kombiniert. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Bipolarplatte anzugeben.Accordingly, the object of the present invention is to specify an improved metallic bipolar plate which combines the advantages of good electrical conductivity on the one hand with the advantages of electrical insulation in the outer region of its edge on the other. In addition, it is the object of the invention to specify a method for producing such a bipolar plate.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine metallische Bipolarplatte mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Eine verfahrensgemäße Lösung ist im Anspruch 6 beschrieben. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a metallic bipolar plate having the features in claim 1. Advantageous refinements and developments result from the dependent subclaims. A solution according to the method is described in claim 6. Here, too, advantageous refinements and developments result from the dependent subclaims.

Die erfindungsgemäße metallische Bipolarplatte ist so ausgestaltet, dass sie an ihrer Oberfläche abschnittsweise elektrisch leitend und abschnittsweise elektrisch nichtleitend beschichtet ist. Die erfindungsgemäße Lösung sieht also eine selektive Beschichtung mit einer elektrisch leitenden Beschichtung in dem einen Bereich und einer elektrischen nichtleitenden Beschichtung in anderen Bereichen vor.The metallic bipolar plate according to the invention is designed in such a way that it has an electrically conductive coating in sections and an electrically non-conductive coating in sections. The solution according to the invention thus provides for a selective coating with an electrically conductive coating in one area and an electrically non-conductive coating in other areas.

Um den Aufbau relativ einfach und effizient zu gestalten, kann es dabei gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen metallischen Bipolarplatte vorgesehen sein, dass deren Oberfläche im Randbereich nichtleitend beschichtet ist und im Bereich der aktiven Fläche, also typischerweise der Strömungsfelder und eventueller Verteilbereiche für die Medien eine elektrisch leitende Beschichtung vorsieht.In order to make the structure relatively simple and efficient, it can be provided, according to an extremely favorable development of the metallic bipolar plate according to the invention, that its surface is non-conductively coated in the edge area and in the area of the active surface, i.e. typically the flow fields and any distribution areas for the media provides an electrically conductive coating.

Mit lediglich zwei Bereichen, welche beispielsweise über eine Maskierungstechnik einfach gegeneinander abzugrenzen sind, lässt sich so eine ideale Beschichtung der metallischen Bipolarplatte erzielen. Dies kann dementsprechend einfach und effizient erfolgen, sodass nur der Randbereich einerseits mit einer elektrisch nichtleitenden Beschichtung und die aktive Fläche sowie eventuelle Anschlussbereiche für eine Spannungsüberwachung der Einzelzellen mit der elektrisch leitenden Beschichtung versehen wird.An ideal coating of the metallic bipolar plate can thus be achieved with only two areas, which can be easily differentiated from one another, for example using a masking technique. Accordingly, this can be done easily and efficiently, so that only the edge area is provided with an electrically non-conductive coating and the active surface and any connection areas for voltage monitoring of the individual cells are provided with the electrically conductive coating.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen metallischen Bipolarplatte kann es dabei vorsehen, dass die Beschichtung in Form von Kunststoffen und/oder Lacken ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitende Beschichtung einen elektrisch leitenden Füllstoff aufweist. Eine solche Beschichtung über Lackieren kann beispielsweise einfach und effizient mit Masken über einen Sprühauftrag, einen Siebdruck oder dergleichen aufgebracht werden. Dabei können zwei verschiedene Lacke eingesetzt werden, welche einerseits elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen und andererseits elektrisch leitende Eigenschaften, was insbesondere über einen elektrisch leitenden Füllstoff wie beispielsweise Graphitpulver, Metallfasern oder dergleichen erreicht werden kann.A particularly advantageous embodiment of the metallic bipolar plate according to the invention can provide for the coating to be in the form of plastics and/or lacquers is, wherein the electrically conductive coating has an electrically conductive filler. Such a coating via painting can, for example, be applied easily and efficiently with masks via spray application, screen printing or the like. Two different paints can be used, which have electrically insulating properties on the one hand and electrically conductive properties on the other hand, which can be achieved in particular using an electrically conductive filler such as graphite powder, metal fibers or the like.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der metallischen Bipolarplatte sind die Lacke dabei als Pulverlacke ausgebildet, welche effizient in ausreichender Schichtdicke aufgetragen werden können. Im Anschluss können diese dann gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieser Idee thermisch ausgehärtet sein, um so einen sehr festen Verbund der Partikel untereinander und mit dem Metall der metallischen Bipolarplatte zu erreichen und einen robusten und hoch funktionalen Aufbau zu schaffen.According to an extraordinarily favorable further development of the metallic bipolar plate, the lacquers are in the form of powder lacquers which can be efficiently applied in a sufficiently thick layer. According to an extraordinarily favorable development of this idea, these can then be thermally hardened in order to achieve a very strong bond between the particles and with the metal of the metallic bipolar plate and to create a robust and highly functional structure.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten metallischer Bipolarplatten sieht einen selektiven Auftrag einer elektrisch leitenden Beschichtung auf einem ersten Bereich und dann einen Auftrag einer elektrisch nichtleitenden Beschichtung auf einem zweiten, den ersten Bereich zumindest teilweise umgebenden Bereich vor. Im Anschluss wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Trocknen und Aushärten der Beschichtungen bei erhöhter Temperatur realisiert.The method according to the invention for coating metallic bipolar plates provides for selective application of an electrically conductive coating to a first area and then application of an electrically non-conductive coating to a second area at least partially surrounding the first area. Subsequently, in the method according to the invention, the coatings are dried and cured at elevated temperature.

Wie oben bereits erwähnt können gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Beschichtungen in Form von Pulverlacken aufgebracht werden, wobei zuerst der eine und dann der andere Bereich jeweils maskiert und die Beschichtung aufgetragen wird. Dies kann beispielsweise durch einen Sprühauftrag erfolgen, was eine besonders günstige verfahrensgemäße Variante darstellt. Andere Arten des Auftrags, beispielsweise ein Aufrakeln oder Aufstreichen im Sinne eines Siebdrucks sind jedoch ebenfalls möglich.As already mentioned above, according to a very favorable embodiment of the method according to the invention, the coatings can be applied in the form of powder coatings, with first one and then the other area being masked and the coating being applied. This can be done, for example, by a spray application, which represents a particularly favorable variant of the method. However, other types of application, for example doctoring or spreading in the sense of screen printing, are also possible.

Das Trocknen und Härten kann dann in einem Ofen, insbesondere einem Durchlaufofen erfolgen, wobei gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Temperaturen von weniger als 200°C, insbesondere weniger als 180°C eingesetzt werden. Insbesondere beim Einsatz der bevorzugten Pulverlacke zur Beschichtung der metallischen Bipolarplatten ist diese Temperatur bei Weitem ausreichend und garantiert einen schonenden Umgang mit der Bipolarplatte selbst.The drying and hardening can then take place in an oven, in particular a continuous oven, with temperatures of less than 200° C., in particular less than 180° C., being used according to a very advantageous embodiment of the method according to the invention. Especially when using the preferred powder coatings for coating the metallic bipolar plates, this temperature is more than sufficient and guarantees gentle handling of the bipolar plate itself.

Außerdem ist es so, dass ein Erwärmen der metallischen Bipolarplatte bei diesem Temperaturniveau zu einer Egalisierung von eventuellen Spannungen in der metallischen Bipolarplatte führen kann. Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es daher vorgesehen sein, dass die Haltezeit der metallischen Bipolarplatte bei der erhöhten Temperatur von vorzugsweise bis zu 180°C über die Zeitdauer für das Trocknen und Aushärten der Beschichtung hinaus verlängert wird, um mechanische Spannungen und damit einen geometrischen Verzug in den entsprechenden Bauteilen aktiv abzubauen.It is also the case that heating the metallic bipolar plate at this temperature level can lead to an equalization of any stresses in the metallic bipolar plate. According to an extremely favorable development of the method according to the invention, it can therefore be provided that the holding time of the metallic bipolar plate at the elevated temperature of preferably up to 180° C. is extended beyond the time required for drying and curing of the coating, in order to avoid mechanical stresses and thus to actively reduce a geometric distortion in the corresponding components.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen metallischen Bipolarplatte und des Verfahrens zum Beschichten einer metallischen Bipolarplatte ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous configurations of the metallic bipolar plate according to the invention and the method for coating a metallic bipolar plate also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Bipolarplatte;
2 die Bipolarplatte während eines ersten Schritts der Beschichtung;
3 die mit der ersten Beschichtung versehene Bipolarplatte;
4 die Bipolarplatte während eines weiteren Schritts der Beschichtung;
5 die mit beiden Beschichtungen versehene Bipolarplatte; und
6 das Aushärten der Beschichtung in einem Ofen.

show:

1 a schematic plan view of a bipolar plate;
2 the bipolar plate during a first step of coating;
3 the bipolar plate provided with the first coating;
4 the bipolar plate during a further step of coating;
5 the bipolar plate provided with both coatings; and
6 curing the coating in an oven.

In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert eine Bipolarplatte 1, welche hier als metallische Bipolarplatte 1 ausgebildet ist, dargestellt. Der Blick ist auf eine ihrer später einer Membranelektrodenanordnung zugewandten Seite gerichtet. Diese Seite umfasst ein mit 2 bezeichnetes Strömungsfeld, welches hier lediglich durch ein Rechteck angedeutet ist. Sein genauer Aufbau mit entsprechenden Verteilbereichen, Kanalstrukturen und dergleichen ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Er ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung, sodass auf eine detaillierte Darstellung verzichtet worden ist. Dieses Strömungsfeld 2 wird von einem Randbereich 3 umgeben, über welches beispielsweise die Bipolarplatten gegenüber der MEA oder auch die typischerweise aus zwei Hälften aufgebauten Bipolarplatten bezüglich ihrer Hälften oder Teilplatten beim Aufstapeln miteinander verbunden und/oder abgedichtet werden können. In diesem Randbereich 3 sind außerdem mit 4 bezeichnete Öffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Medien, insbesondere von Wasserstoff, Luft und Kühlmedium vorgesehen. Diese Öffnungen 4 werden auch als Ports bezeichnet. Sie sind mit dem für das jeweilige Medium vorgesehenen Strömungsfeld 2 in an sich bekannter und hier ebenfalls nicht dargestellter Weise verbunden. Im Randbereich 3 sind außerdem zwei jeweils mit 5 bezeichnete Montageelemente zur Ausrichtung der einzelnen Bipolarplatten 1 oder ihrer Teile zueinander vorgesehen, wie es aus dem eingangs genannten Stand der Technik prinzipiell bekannt ist.In the representation of 1 a highly schematized bipolar plate 1, which is designed here as a metallic bipolar plate 1, is shown. The view is directed to one of its sides which will later face a membrane electrode arrangement. This side includes a flow field denoted by 2, which is only indicated here by a rectangle. Its exact structure with corresponding distribution areas, channel structures and the like is known in principle to a person skilled in the art. It is of secondary importance for the present invention, so that a detailed description has not been given. This flow field 2 is surrounded by an edge region 3 via which, for example, the bipolar plates can be connected and/or sealed with respect to the MEA or the bipolar plates typically made up of two halves with respect to their halves or partial plates when stacked. In this edge region 3 are also designated 4 openings for the supply and removal of media, in particular Hydrogen, air and cooling medium provided. These openings 4 are also referred to as ports. They are connected to the flow field 2 provided for the respective medium in a manner known per se and also not shown here. In the edge region 3 there are also provided two assembly elements, each designated 5, for aligning the individual bipolar plates 1 or their parts with one another, as is known in principle from the prior art mentioned at the outset.

Für eine selektive Beschichtung der hier gezeigten Oberfläche der Bipolarplatte 1 sowie in einem weiteren Prozessschritt auch ihrer hier nicht darstellten gegenüberliegenden Oberfläche wird nun, wie es in der Darstellung der 2 angedeutet ist, eine kreuzschraffiert darstellte erste Maske 6 auf der Bipolarplatte 1 positioniert. Über einen Sprühauftrag mittels eines angedeuteten Sprühkopfs 7 wird nun ein Pulverlack aufgetragen, welcher über geeignete Additive wie beispielsweise Graphit oder dergleichen eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der Bereich des Strömungsfelds 2, welcher die aktive Fläche der später mit der Bipolarplatte 1 aufgebauten Einzelzelle des Brennstoffzellenstapels darstellt, wird zusammen mit einem mit 8 bezeichneten Spannungsabgriff entsprechend beschichtet. Durch die Maske 6 wird eine Beschichtung des Randbereichs 6, mit Ausnahme des Spannungsabgriffs 8 verhindert.For a selective coating of the surface of the bipolar plate 1 shown here, as well as in a further process step also of its opposite surface, which is not shown here, is now, as is shown in the illustration of FIG 2 is indicated, a first mask 6 shown cross-hatched is positioned on the bipolar plate 1 . A powder coating is now applied via a spray application using an indicated spray head 7, which has electrical conductivity via suitable additives such as graphite or the like. The area of the flow field 2, which represents the active surface of the individual cell of the fuel cell stack later constructed with the bipolar plate 1, is coated accordingly together with a voltage tap designated 8. The mask 6 prevents the edge region 6 from being coated, with the exception of the voltage tap 8 .

Das Ergebnis dieser ersten Beschichtung mit einem elektrisch leitenden Pulverlack A ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Im Anschluss wird nun über eine die bereits beschichteten Bereiche abdeckende zweite Maske 9 das Strömungsfeld 2 und der Spannungsabgriff 8 entsprechend abgedeckt. Dies ist in der Darstellung der 4 zu erkennen. Erneut erfolgt der Auftrag eines Pulverlacks über einen hier ebenfalls wieder mit 7 bezeichneten Sprühkopf, wobei dieser Pulverlack als elektrisch isolierender Pulverlack B (5) ausgebildet ist, und den Rand 3 der Bipolarplatte 1 beschichtet. In der Darstellung der 5 ist die selektiv beschichtete Oberfläche der Bipolarplatte 1 mit dem elektrisch leitenden Pulverlack A im Bereich des Strömungsfeldes 2 und des Spannungsabgriffs 8 sowie dem elektrisch nichtleitenden Pulverlack B im Randbereich 3 mit Ausnahme des Spannungsabgriffs 8 dargestellt. Im Anschluss werden diese Pulverlacke A, B in einem in 6 angedeuteten Ofen 10, welcher beispielsweise als Durchlaufofen realisiert sein könnte, ausgehärtet. Diese Aushärtung erfolgt dabei bei einer Temperatur von bis zu 180°C, um so die Partikel des Pulverlacks A, B aufzuschmelzen und aushärtend miteinander und mit dem Material der Bipolarplatte 1 zu verbinden. Gleichzeitig ist die Temperatur für die metallische Bipolarplatte 1 selbst, also für ein metallisches Substrat unbedenklich. Sie hat jedoch den Vorteil, dass sie zum Abbau eventueller mechanischer Spannungen aus den vorherigen Herstellungsprozessen beitragen kann. Es ist daher möglich und gemäß einer günstigen Variante auch vorgesehen, dass die Wärmebehandlung bei der genannten Temperatur über die für das reine Aushärten der Pulverlacke A, B benötigte Zeitspanne hinaus verlängert wird.The result of this first coating with an electrically conductive powder coating A is shown in FIG 3 to recognize. Subsequently, the flow field 2 and the voltage tap 8 are covered accordingly via a second mask 9 covering the already coated areas. This is in the representation of 4 to recognize. A powder coating is again applied via a spray head, also designated here again as 7, with this powder coating being used as an electrically insulating powder coating B ( 5 ) is formed, and the edge 3 of the bipolar plate 1 is coated. In the representation of 5 shows the selectively coated surface of the bipolar plate 1 with the electrically conductive powder coating A in the area of the flow field 2 and the voltage tap 8 and the electrically non-conductive powder coating B in the edge area 3 with the exception of the voltage tap 8 . Subsequently, these powder coatings A, B are in one in 6 indicated oven 10, which could be realized, for example, as a continuous furnace, cured. This curing takes place at a temperature of up to 180° C. in order to melt the particles of the powder coating A, B and to connect them to one another and to the material of the bipolar plate 1 while curing. At the same time, the temperature is harmless for the metallic bipolar plate 1 itself, ie for a metallic substrate. However, it has the advantage that it can contribute to the reduction of any mechanical stresses from the previous manufacturing processes. It is therefore possible and, according to a favorable variant, it is also provided that the heat treatment at the stated temperature is extended beyond the period of time required for the pure curing of the powder coatings A, B.

Die dann fertig beschichtete metallische Bipolarplatte 1 mit der elektrisch leitenden Beschichtung A und der elektrisch nichtleitenden Beschichtung B hat dann den Vorteil, dass eine sehr gute elektrische Kontaktierung zwischen den Elektroden der Einzelzellen und der entsprechenden Oberfläche der Bipolarplatte geschaffen werden kann. Gleichzeitig kann der für den Spannungsabgriff des Cell Voltage Monitoring (CVM) benötigte Bereich des Spannungsabgriffs 8 bei der Beschichtung unmittelbar mit eingebracht werden. Gleichzeitig ist der äußere Randbereich 3, mit Ausnahme des Spannungsabgriffs 8 durch die Beschichtung mit dem elektrisch isolierenden Pulverlack B elektrisch nichtleitend, sodass bei der Montage und im späteren Betrieb die Gefahr von potenziellen Kurzschlüssen zwischen Einzelzellen an deren Membranelektrodenanordnungen vorbei zuverlässig verhindern werden können.The metallic bipolar plate 1 which is then completely coated with the electrically conductive coating A and the electrically non-conductive coating B then has the advantage that very good electrical contact can be created between the electrodes of the individual cells and the corresponding surface of the bipolar plate. At the same time, the area of the voltage tap 8 required for the voltage tap of the Cell Voltage Monitoring (CVM) can be introduced directly during the coating. At the same time, the outer edge area 3, with the exception of the voltage tap 8, is electrically non-conductive due to the coating with the electrically insulating powder coating B, so that during assembly and later operation the risk of potential short circuits between individual cells at their membrane electrode arrangements can be reliably prevented.

Insbesondere der mit der elektrisch nichtleitenden Beschichtung B versehene Randbereich 3 kann nun effizienter konstruktiv ausgestaltet werden, da die Gefahr von potenziellen Kurzschlüssen nicht mehr konstruktiv verhindert oder verringert werden muss. Darüber hinaus ist es so, dass die Beschichtung B im Randbereich 3 im montierten Brennstoffzellenstapel zusätzlich bereits für einen Berührschutz sorgt, was ein Sicherheitsvorteil ist.In particular, the edge region 3 provided with the electrically non-conductive coating B can now be structurally designed more efficiently since the risk of potential short circuits no longer has to be structurally prevented or reduced. In addition, it is the case that the coating B in the edge region 3 in the assembled fuel cell stack additionally provides protection against accidental contact, which is a safety advantage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 202010010972 U1 [0002]
DE 102008016681 A1 [0003]
WO 2009/006220 A1 [0004]
WO 2017/053380 A1 [0004]

Claims

Metallic bipolar plate (1) with a coating (A, B) on at least one of its surfaces facing the membrane electrode arrangements in a later fuel cell stack, characterized in that the surface is partially covered with an electrically conductive coating (A) and partially with an electrically non-conductive coating (B ) is coated.

Metallic bipolar plate (1) after claim 1 , characterized in that the active area of the surface is provided with the electrically conductive coating (A), and an edge region (3) of the surface is provided with the electrically non-conductive coating (B).

Metallic bipolar plate (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the coating (A, B) is in the form of plastics and/or paints, the electrically conductive coating (A) having an electrically conductive filler.

Metallic bipolar plate (1) after claim 3 , characterized in that the coatings (A, B) are formed by powder coatings.

Metallic bipolar plate (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that mechanical assembly aids (5) for easier positioning of the bipolar plate (1) or parts of the bipolar plate (1) are provided in an edge region (3) of the surface.

Method for coating a metallic bipolar plate (1), in particular according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that a first coating (A) is selectively applied in a first area (2, 8), after which a second coating (B) is selectively applied in a second area (3), after which drying and curing of the Coatings (A, B) takes place at elevated temperature.

procedure after claim 6 , characterized in that the coatings (A, B) are applied in the form of powder coatings, with first one and then the other area being masked and the coating (A, B) being applied in each of the unmasked areas, with one of the Coatings (A) are electrically conductive and one of the coatings (B) is electrically non-conductive.

procedure after claim 6 or 7 , characterized in that the drying and curing of the coatings (A, B) takes place in an oven (10), in particular a continuous oven.

procedure after claim 6 , 7 or 8th , characterized in that the drying and curing takes place at temperatures of up to 200°C, preferably at temperatures of up to 180°C.

Procedure according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the elevated temperature is maintained beyond the time required for the coatings (A, B) to cure.