DE10224185B4

DE10224185B4 - Verbundseparatorplatte für eine Brennstoffzelle mit gesteuerter Faserorientierung und Herstellverfahren

Info

Publication number: DE10224185B4
Application number: DE10224185A
Authority: DE
Inventors: Richard H. Macomb Blunk; Charles L. Savoy Tucker; Yeong-Eun Yoo; Daniel J. Eastpointe Lisi
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: JP3697223B2; DE10224185A1; US20020182473A1; US6607857B2; JP2003022816A

Abstract

Verbundseparatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel mit einer ersten Oberfläche, die eine Vielzahl von darin geformten Durchflußkanälen aufweist, und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend der ersten Oberfläche, wobei die Verbundseparatorplatte ein Polymermaterial in einem Prozentsatz von 50 bis 98 Vol.-% und ein faseriges leitfähiges Material in einem Prozentsatz von 2 bis 50 Vol.-% umfasst, das in einer Orientierung durch eine Ebene angeordnet ist, so dass der effektive Widerstand der Verbundseparatorplatte kleiner oder gleich 50 Milliohm·cm² ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft PEM-Brennstoffzellen und insbesondere eine Verbundseparatorplatte mit orientierten Fasern, um die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Brennstoffzellen-Separatorplatte zu verbessern, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Brennstoffzellen sind als eine Energiequelle für viele Anwendungen vorgeschlagen worden. Eine derartige Brennstoffzelle ist die Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran oder PEM. PEM-Brennstoffzellen sind in der Technik gut bekannt und umfassen in jeder ihrer Zellen eine Membranelektrodenanordnung oder MEA. Die MEA ist ein dünner protonenleitfähiger Polymermembranelektrolyt mit einem Anodenelektrodenfilm, der auf einer ihrer Seiten ausgebildet ist, und einem Kathodenelektrodenfilm, der auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist. Derartige MEA's sind in der Technik gut bekannt und beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. US 5,272,017 A und US 3,134,697 A wie auch in dem Journal of Power Sources, Band 29 (1990), Seiten 367–387 und folgende beschrieben.
Im Allgemeinen bestehen MEA's aus Ionentauscherharzen und umfassen typischerweise ein perfluoriertes Sulfonsäurepolymer, wie beispielsweise NAFION3, das von E. I. DuPont de Nemours & Co. erhältlich ist. Die Anoden- und Kathodenfilme andererseits umfassen typischerweise (1) fein geteilte Kohlenstoffpartikel, sehr fein geteilte katalytische Partikel, die an den Innen- und Außenflächen der Kohlenstoffpartikel getragen sind, und protonenleitfähiges Material, wie beispielsweise NAFION3, das mit den katalytischen Partikeln und Kohlenstoffpartikeln vermischt ist, oder (2) katalytische Partikel ohne Kohlenstoff, die in einem Polytetrafluorethylen-Binder (PTFE-Binder) dispergiert sind. Eine derartige MEA und Brennstoffzelle ist in dem U.S.-Patent Nr. US 5,272,017 A beschrieben, das am 21. Dezember 1993 eingereicht und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Die MEA ist zwischen Lagen aus porösem, gasdurchlässigem, leitfähigem Material angeordnet, das gegen die Anoden- und Kathodenflächen der MEA presst und als Primärstromkollektoren für die Anode und Kathode und als mechanische Stütze für die MEA dient. Geeignete Primärstromkollektorlagen umfassen Kohlenstoff- oder Graphitpapier oder -gewebe, feinmaschige Edelmetallsiebe und dergleichen, wie es in der Technik gut bekannt ist. Diese Anordnung wird hier als MEA/ Primärstromkollektoranordnung bezeichnet.
Die MEA/Primärstromkollektoranordnung ist zwischen ein Paar nicht poröser, elektrisch leitfähiger Separatorplatten gepresst, die als Sekundärstromkollektoren zum Sammeln des Stromes von den Primärstromkollektoren und zum Leiten von Strom zwischen benachbarten Zellen innerhalb des Stapels (d. h. in dem Fall von bipolaren Platten) und an den Enden einer Zelle außerhalb des Stapels (d. h. in dem Fall von monopolaren Platten) dienen. Die Sekundärstromsammelplatte umfasst ein Durchflussfeld (Strömungsfeld), das die gasförmigen Reaktanden (beispielsweise H₂ und O₂/Luft) über die Oberflächen der Anode und Kathode verteilt. Diese Durchflussfelder umfassen allgemein eine Vielzahl von Stegen, die mit dem Primärstromkollektor in Eingriff stehen und dazwischen eine Vielzahl von Durchflusskanälen definieren, durch welche die gasförmigen Reaktanden zwischen einer Liefersammelleitung an einem Ende des Kanals und einer Austragssammelleitung an dem anderen Ende des Kanals strömen.
Herkömmlich sind Separatorplatten aus einer geeigneten Metalllegierung, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, geformt, die mit einer korrosionsbeständigen leitfähigen Beschichtung geschützt ist. In letzter Zeit sind Anstrengungen in Richtung der Entwicklung einer Verbundseparatorplatte gerichtet worden. Die Konstruktionsparameter von derartigen Verbundseparatorplatten erfordern, dass die verwendeten Materialien eine bestimmte elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen müssen. Diesbezüglich entwickeln Materiallieferanten Verbundplatten mit hoher Kohlenstoffbeladung bestehend aus Graphitpulver in dem Bereich von 70 bis 90 Vol.-% in einer Polymermatrix, um die erforderlichen Leitfähigkeitsziele zu erreichen. Separatorplatten mit dieser Zusammensetzung überdauern die korrosive Brennstoffzellenumgebung und erfüllen größtenteils Kosten- und Leitfähigkeitsziele. Jedoch sind diese Platten infolge der hohen Graphitbeladung und der hohen relativen Dichte (dem relativ hohen spezifischen Gewicht) von Graphit inhärent spröde, brüchig und dicht, was geringere als die gewünschten auf Volumen und Gewicht bezogenen Stapelleistungsdichten erzielt. Es sind Anstrengungen durchgeführt worden, um die Masse und das Volumen des Brennstoffzellenstapels durch Verwendung dünnerer Platten zu verringern. Unglücklicherweise resultiert die brüchige Beschaffenheit dieser Platten häufig in einem Reißen und Brechen insbesondere in den Verteilerabschnitten der Platte während einer Teilentformung, einem Kleben und während Stapelaufbauvorgängen.
In der Druckschrift DE 697 11 698 T2 wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben, bei dem das poröse Elektrodensubstrat eine Mehrschichtstruktur ist und mindestens zwei vorgeformte Gewebe beinhaltet, bestehend z. B. aus einer nicht gewobenen Ware, die beispielsweise Kohlenstofffasern und ein Bindemittel beinhaltet. Das Gewebe kann ein nicht gewobenes Glasfaservlies sein oder aus einem polymeren Material bestehen. Zum Füllen eines vorgeformten Gewebes mit einem elektrisch leitfähigen Füllmittel, z. B. Kohlenstoffpartikel, können verschiedene Techniken, z. B. Walzbeschichten und Siebdrucken, verwendet werden. Ein Mehrschichtelektrodensubstrat kann auch durch Füllen von wenigstens zwei vorgeformten Geweben mit einem leitfähigen Füllmittel und einem anschließenden Laminieren der wenigstens zwei gefüllten Gewebe hergestellt werden, wobei der Laminierschritt durch Anwenden von Druck und Temperatur auf die gefüllten Gewebe erfolgen kann.
Die Druckschrift DE 200 22 262 U1 beschreibt Elektrodensubstrate mit einer textilen Struktur aus carbonisierten oder graphitierten Fasern. Dabei sind die graphitierten Fasern hauptsächlich senkrecht zur ebenen Richtung ausgerichtet. Die Elektrodensubstrate weisen senkrecht zur ihrer Erstreckungsebene eine höhere elektrische Leitfähigkeit als in Richtung der Ebene auf.
Somit besteht ein Bedarf, ein geeignetes Verbundmaterial für eine Brennstoffzellenseparatorplatte und ein Verfahren zur Herstellung vorzusehen, die die inhärenten Probleme in Verbindung mit Platten mit hoher Kohlenstoffbeladung und den damit in Verbindung stehenden unterlegenen Eigenschaften überwinden. Somit ist der Gebrauch eines Plattenmaterials mit niedriger Kohlenstoffbeladung und hoher Polymerbeladung erwünscht, um die Sprödigkeit/Brüchigkeit der Separatorplatte zu verringern und Ziele bezüglich der Masse und des Volumens des Brennstoffzellenstapels zu erfüllen. Jedoch ist es bei niedrigen Kohlenstoffkonzentrationen äußerst schwierig, die gewünschten elektrischen und thermischen Leitfähigkeitsziele zu erfüllen.
Es wäre nützlich, ein leitfähiges Füllmittel mit höherem Schlankheitsverhältnis/Längenverhältnis (aspect ratio), um Leitfähigkeiten zu erhöhen, mit derselben oder niedrigeren Gesamtvolumenkonzentration durch Verringerung der Anzahl und Breite von Polymerisolierungsspalten zwischen einzelnen leitfähigen Partikeln zu haben. Von derartigen Fasern ist es bekannt, dass sie sich während des Spritzguß- und/oder Preßformprozesses in der Durchflussrichtung (d. h. in der Richtung in der Ebene) ausrichten, wobei große elektrische und mechanische Anisotropien in dem fertig gestellten Teil erzeugt werden. Unglücklicherweise ist in dem Fall von Brennstoffzellenseparatorplatten eine Faserausrichtung in der Richtung durch die Ebene (d. h. durch die Dicke) erforderlich, um Leitfähigkeitsziele durch die Ebene hindurch zu erfüllen, während aus Gründen verringerter Materialkosten ein relativ niedriger Fasergehalt beibehalten wird.
Daher ist es erwünscht, eine Brennstoffzellenseparatorplatte vorzusehen, die aus einem robusten Verbundmaterial mit angemessenen elektrischen und thermischen Leitfähigkeitseigenschaften besteht, und ein Verfahren Herstellung derartiger Brennstoffzellenseparatorplatten vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbundseparatorplatte zum Gebrauch in einem Brennstoffzellenstapel des Typs gerichtet, der eine Vielzahl von darin ausgebildeten Durchflusskanälen aufweist. Das Verbundmaterial der Separatorplatte umfasst ein Polymermaterial, wie ein wärmeausgehärtetes oder thermoplastisches Polymer, und ein faseriges leitfähigen Füllmittel, das eine Orientierung durch eine Ebene. aufweist und einen Leitfähigkeitsweg durch die Separatorplatte zwischen ihrer oberen und ihrer unteren Fläche hindurch vorsieht.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Herstellverfahren gerichtet, das ein faseriges leitfähiges Füllmittel in der Richtung durch die Ebene einer Separatorplatte während eines Spritzgießens, Pressformens oder kombinierten Spritzguss- und Preßformens zum Zwecke der Erhöhung der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit durch die Ebene der Separatorplatte ausrichtet. Eine Ausrichtung der Fasern durch die Ebene ermöglicht, dass die Leitfähigkeitsziele mit niedrigen Faserkonzentrationen erreicht werden können, die ihrerseits eine Verringerung von Plattenkosten, -gewicht, -volumen und -dicke unterstützen. Die Konstruktionsgeometrie der Form erzeugt die erforderliche Strömungskinematik (d. h. Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsgradienten), um Spannungs- und Scherkräfte während der Formung auf die Faseroberfläche aufzubringen, wodurch die Fasern in der gewünschten Richtung durch die Ebene ausgerichtet werden. Genauer wird die Separatorplatte mit einer zusätzlichen Steghöhe geformt, die die leitfähigen Fasern in einer Orientierung durch die Ebene ausrichtet. Nachdem die Separatorplatte von der Form entfernt ist, wird die zusätzliche Steghöhe entfernt, um die Enden eines Abschnittes der leitfähigen Fasern an der Stegoberfläche freizulegen.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Explosionsansicht eines PEM-Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine schematische Darstellung einer Pressformvorrichtung ist, die eine Verbundmaterialcharge in einer Preßform geladen vor der Formung zeigt;
3 die in 2 gezeigte Pressformvorrichtung zeigt, nachdem die Verbundmaterialcharge formgepresst worden ist;
4 eine Verbundseparatorplatte zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer daran geformten zusätzlichen Steghöhe geformt ist;
5 die Verbundseparatorplatte von 4 zeigt, bei der die zusätzliche Steghöhe davon entfernt worden ist;
6 eine schematische Darstellung einer Spritzgussvorrichtung ist, bei der ein Verbundmaterial in einen darin geformten Formhohlraum eingespritzt wird;
7 die in 6 gezeigte Spritzgussvorrichtung nach dem Einspritzen des Verbundmaterials in den Formhohlraum zeigt;
8 eine schematische Darstellung einer Pressformvorrichtung zur Formung einer Verbundseparatorplatte ist, die ein Durchflussfeld aufweist, das auf eine ihrer Seiten geformt ist; und
9 die Verbundseparatorplatte zeigt, die in der in 8 gezeigten Pressformvorrichtung geformt ist und bei der die zusätzliche Steghöhe davon entfernt worden ist.
In 1 ist ein Teil eines PEM-Brennstoffzellenstapels/-stacks schematisch mit einem Paar von Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 4, 6 gezeigt, die voneinander durch eine nicht poröse, elektrisch leitfähige bipolare Separatorplatte 8 getrennt sind. Die MEAs 4, 6 und die Separatorplatte 8 sind zwischen Klemmplatten 10 und 12 aus rostfreiem Stahl und monopolaren Separatorplatten 14, 16 zusammen gestapelt. Die Separatorplatten 8, 14, 16 umfassen jeweils Durchflussfelder 1.8, 20, 22, 24, die eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, die in den Flächen der Platten ausgebildet sind, um Brennstoff- und Oxidationsmittelgase (d. h. H₂ & O₂) zu den reaktiven Flächen der MEAs 4, 6 zu verteilen. Nichtleitende Dichtungen oder Abdichtungen 26, 28, 30, 32 dichten die Platten 8, 14, 16 des Brennstoffzellenstapels ab und isolieren diese elektrisch. Primärstromkollektoren 34, 36, 38, 40 sind aus porösen, gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Lagen geformt, die gegen die reaktiven Flächen der MEAs 4, 6 pressen. Die Primärstromkollektoren 34, 36, 38, 40 sehen auch mechani sche Abstützungen für die MEAs 4, 6 insbesondere an Orten vor, an denen die MEAs über die Durchflusskanäle in dem Durchflussfeld ansonsten ungestützt sind. Geeignete Primärstromkollektoren umfassen Kohlenstoff-/Graphitpapier/-gewebe, feinmaschige Edelmetallsiebe, offenzellige Edelmetallschäume und dergleichen, die Strom von den Elektroden leiten, während Brennstoff- und Oxidationsmittelgas durch diese hindurch gelangen kann.
Die Separatorplatten 14, 16 pressen jeweils gegen Primärstromkollektoren 34, 40, während die Separatorplatte 8 gegen einen Primärstromkollektor 36 an der Anodenfläche der MEA 4 und gegen den Primärstromkollektor 38 an der Kathodenfläche der MEA 6 presst. Sauerstoff wird an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels von einem Speichertank 46 über eine geeignete Versorgungsausstattung 42 geliefert, während Wasserstoff an die Anodenseite der Brennstoffzelle von einem Speichertank 48 über eine geeignete Versorgungsausstattung 44 geliefert wird. Der O₂-Tank 46 kann beseitigt werden, und es kann Luft an die Kathodenseite von der Umgebung geliefert werden, und der H₂-Tank 48 kann beseitigt werden, und es kann Wasserstoff an die Anode von einem Reformiersystem geliefert werden, das katalytisch Wasserstoff aus Methanol oder einem flüssigen Kohlenwasserstoff (beispielsweise Benzin) erzeugt. Es ist auch eine Austragsausstattung (nicht gezeigt) für sowohl die H₂- als auch O₂-/Luft-Seiten der MEAs 4, 6 vorgesehen, um H₂-abgereichertes Anodengas von dem Anodendurchflussfeld und O₂-abgereichertes Kathodengas von dem Kathodendurchflussfeld zu entfernen. Es ist eine zusätzliche Ausstattung 50, 52, 54 vorgesehen, um je nach Bedarf ein flüssiges Kühlmittel durch Platten 8, 14, 16 zu zirkulieren.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Prozess vor, um leitfähige Fasern in einer Orientierung durch die Ebene durch den Gebrauch eines Pressformprozesses auszurichten. Genauer ist unter Bezugnahme auf die 2 und 3 eine Presse 100 vorgesehen, die eine Preßform 102 aufweist, die eine erste Formfläche 104 und eine zweite Formfläche 106, die darin geformt sind, umfasst. Die erste Formfläche 104 besitzt eine Vielzahl von Nuten 108, die darin geformt sind und eine Vielzahl von komplementären Rippen 110 definieren. Ähnlicherweise besitzt die zweite Formfläche 106 eine Vielzahl von Nuten 112, die darin geformt sind und eine Vielzahl von komplementären Rippen 114 definieren. Auf diese Art und Weise bildet die Formfläche 104 ein geformtes Durchflussfeld 116 in der oberen Fläche 118 der Verbundseparatorplatte 120, wie in 4 gezeigt ist. Ähnlicherweise bildet die zweite Formfläche 106 ein geformtes Durchflussfeld 122 in der unteren Fläche 124 der Verbundseparatorplatte 120.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, wird eine Verbundmaterialcharge 126 in die Pressform 102 auf eine herkömmliche Weise geladen und zwischen den Formflächen 104 und 106 pressgeformt, um die Verbundseparatorplatte 120 zu formen. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, umfasst die Verbundmaterialcharge 50 bis 98 Vol.-% eines Polymermaterials und 2 bis 50 Vol.-% eines faserigen leitfähigen Materials. Anfangs wird das faserige leitfähige Material allgemein zufällig in der Charge orientiert, wie in 2 gezeigt ist. Während des Pressformprozesses bringt die Presskraft, die auf die Verbundmaterialcharge 126 aufgebracht wird, interne Spannungs- und Scherkräfte auf das faserige leitfähige Material auf, was eine Orientierung zur Folge hat, die allgemein parallel zu der Formfläche ist, wie in 3 gezeigt ist. Die periodische Anordnung von Kanälen 108, 112 und Rippen 110, 114 erzeugt eine vertikale Orientierung oder eine Orientierung durch die Ebene des faserigen Materials in dem Mittelabschnitt der Separatorplatte während des Pressformprozesses. Die Orientierung des faserigen Materials an den Grenzflächen bleibt jedoch im Allgemeinen in der Ebene.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, spielt die Geometrie der Formflächen 104, 106 und daher die Geometrie der geformten Durchflussfelder 116, 122 eine wichtige Rolle bei der Orientierung des leitfähigen faserigen Materials durch die Ebene. Während einige Parameter dazu verwendet werden können, eine Plattengeometrie, wie beispielsweise die Nutlänge 126, Steglänge 128 und Gruppentiefe 130 zu definieren, hat sich herausgestellt, dass der Zusatz einer zusätzlichen Steghöhe 132, die sich über die obere Fläche 118 erstreckt, und einer zusätzlichen Steghöhe 134, die sich unter die untere Fläche 124 erstreckt, der am meisten beeinflussende geometrische Parameter für die Steuerung der Faserorientierung ist. Somit sind Nuten 108, die in der Formfläche 104 geformt werden, so ausgebildet, um obere Stegverlängerungen 136 zu formen, die sich von der oberen Fläche 118 der Verbundplatte 120 erstrecken. Ähnlicherweise sind Nuten 112, die in der unteren Formfläche 106 geformt sind, derart ausgestaltet, um untere Stegverlängerungen 138 zu formen, die sich unter die untere Fläche 124 erstrecken. Das zusätzliche Material in Verbindung mit den oberen und unteren Stegverlängerungen 136, 138 wird nach der Formung anschließend entfernt, um zu der gewünschten Separatorplattengestaltung zu kommen, die in 5 gezeigt ist.
Auf Grundlage der vorhergehenden Beschreibung erkennt ein Fachmann leicht, dass die Geometrie des geformten Durchflussfeldmusters in der Separatorplatte 120 die Größe einer Faserorientierung durch die Ebene und daher deren thermische und elektrische Leitfähigkeit erheblich beeinflussen kann. Es hat sich herausgestellt, dass die Faserorientierung durch die Ebene dadurch begünstigt wird, dass eine schmalere Durchflussfeldnutlänge 126 und ein runderes Profil derartiger Nuten wie auch breitere Steglängen 128 vorhanden sind. Überdies wird die Faserorientierung durch die Ebene durch den Zusatz von Stegverlängerungen 136, 138 erheblich gesteigert. Wie es derzeit bevorzugt ist, liegt die zusätzliche Steghöhe 132, 134 in dem Bereich von 10% bis 50% der Dicke 140 der gewünschten Separatorplatte. Beispielsweise beträgt eine zusätzliche Steghöhe 132, 134 in etwa 0,2–1,0 mm für eine Separatorplatte mit einer Dicke 140 von 2,0 mm. Während eine Steghöhe über dem bevorzugten Bereich von 10% bis 50% eine zusätzliche Faserorientierung durch die Ebene vorsieht, wirkt sich eine derartige zusätzliche Steghöhe erheblich auf die Material- und Verarbeitungskosten des fertig gestellten Produktes aus.
Während in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Pressformprozess detailliert offenbart ist, ist es für Fachleute wiederum offensichtlich, dass andere Formprozesse verwendet werden können, um zu denselben Ergebnissen zu kommen. Beispielsweise ist in den 6 und 7 ein Spritzgussprozess gezeigt, bei dem eine Spritzgussform 200 gezeigt ist, die einen Formhohlraum 202 mit ersten und zweiten Formflächen 204, 206, die darin geformt sind, umfasst. Die Formflächen 204, 206 umfassen eine Vielzahl von Nuten 208, 212 und Rippen 210, 214, die die Geometrie der geformten Durchflussfelder der Verbundseparatorplatte 120 definieren. Eine Spritzgussdüse 203 steht in Fluidverbindung mit dem Formhohlraum 202 zum Einspritzen eines Verbundmaterials in diese, um die Ver bundseparatorplatte 120 zu formen. Nach der Formung durch den Spritzgussprozess wird die Verbundseparatorplatte 120 von dem Formhohlraum entfernt. Die oberen und unteren Stegverlängerungen 136, 138 werden anschließend unter Verwendung eines geeigneten Bearbeitungsvorganges entfernt. Ähnlich zu dem Druckformprozess, der unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben ist, erzeugt der Spritzgussprozess ausreichende Spannungs- und Scherkräfte, um die erwünschte Faserorientierung zu erreichen.
Während die vorhergehenden Beispiele mit der Herstellung einer bipolaren Separatorplatte in Verbindung standen, kann die vorliegende Erfindung auch bei der Herstellung einer monopolaren Platte oder Endseparatorplatte verwendet werden. In den 8 und 9 ist eine Presse 300 einer Preßformanordnung zur Formung einer Verbundendseparatorplatte 310 gezeigt. Eine Presse 300 umfasst eine Preßform 302 mit einer oberen Formfläche 304 und einer unteren Formfläche 306. Die obere Formfläche 304 ist im Wesentlichen identisch zu der oberen Formfläche 104, die in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben ist. Die untere Formfläche 306 besitzt eine Vielzahl von darin ausgebildeten Nuten 312. Jedoch definieren diese Nuten 312 keine komplementäre Rippe. Somit besitzt eine Verbundseparatorplatte 310 ein geformtes Durchflussfeld 312 nur in der oberen Fläche 314. Die untere Fläche von 316 besitzt nur eine untere Stegverlängerung 318, die sich davon erstreckt. Nach Entfernung von der Presse 300 wird die Verbundseparatorplatte 310 nachfolgend bearbeitet, um obere und untere Stegverlängerungen 318, 320 zu entfernen und die endgültige Geometrie der Verbundseparatorplatte zu erhalten.
Bei den vorhergehenden Beispielen sind verschiedene Pressform- und Spritzgussprozesse unter Bezugnahme auf die vorliegende Erfindung und insbesondere auf eine Preißform oder einen Formhohlraum offenbart worden, die in der Lage sind, eine Verbundseparatorplatte zu formen, die bestimmte Stegverlängerungseinzelheiten an den oberen und unteren Flächen aufweist. Für Fachleute ist es jedoch offensichtlich, dass andere herkömmliche Formprozesse, wie beispielsweise kombiniertes Spritzguß- und Preßformen, verwendet werden können, um eine Verbundseparatorplatte mit derartigen Stegverlängerungsmerkmalen herzustellen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Preßform- oder Spritzgusstechniken begrenzt, die hier beschrieben sind, sondern umfasst andere geeignete Formprozesse.
Mit allgemeinem Bezug auf die Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung auf eine Separatorplatte gerichtet, die aus einem Verbundmaterial geformt wird, das eine Zusammensetzung aus 50 bis 98 Vol.-% eines Polymermaterials und 2 bis 50 Vol.-% eines faserigen leitfähigen Materials aufweist. Die Verbundseparatorplatte wird unter Verwendung eines Prozesses geformt, so dass die faserigen leitfähigen Materialien in einer Orientierung durch die Ebene angeordnet sind, wodurch der effektive Widerstand (Wirkwiderstand) der Verbundseparatorplatte kleiner oder gleich 50 Milliohm·Quadratzentimeter (mΩ·cm²) bei einem Kompressionsverhältnis von kleiner oder gleich etwa 137 N/cm² (14 Kilogramm-Kraft (Kilopond) pro Quadratzentimeter (kgf/cm²)) ist. Diesbezüglich umfasst der effektive Widerstand den Kontaktwiderstand zwischen dem Primärkollektor (beispielsweise 34, 36, 38 oder 40) und der Separatorplatte (beispielsweise 8, 14 oder 16) und den Bahnwiderstand der Separatorplatte (beispielsweise 8, 14 oder 16).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Polymermaterial bevorzugt ein geeignetes wärmeausgehärtetes Polymer oder bevorzugter aus der Gruppe von Materialien ausgewählt, die umfasst Silikon, Polyisobutylen, Epoxid (-harz), Vinylester, Epoxid-Vinylester (epoxy vinyl ester) und Phenolharze (-kunststoffe)/Phenoplaste (phenolic). Alternativ dazu ist das Polymermaterial bevorzugt ein geeigneter thermoplastischer Kunststoff und bevorzugter aus der Gruppe von Materialien ausgewählt, die Polypropylen, Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Nylon/Polyamid und gummimodifiziertes Polypropylen umfassen. Während die vorhergehenden wärmeausgehärteten und thermoplastischen Polymere derzeit bevorzugt sind, ist es für Fachleute offensichtlich, dass auch anderen ähnlichen Materialien geeignet die bestimmte Konstruktionsspezifikation einer Anwendung gegeben werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das leitfähige faserige Füllmittel ein Fasermaterial mit einem Schlankheits-/Längenverhältnis (d. h. Verhältnis der Länge zu Dicke) von größer als etwa 5:1 und guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeitseigenschaften. Diesbezüglich umfassen bevorzugte leitfähige Fasermaterialien derzeit Kohlenstoffasern Carbonfasern (wie beispielsweise auf Pech basierende Fasern, auf PAN (Polyacrylnitril) basierende Fasern oder andere), Graphitfasern, nickelbeschichtete Graphitfasern und verschiedene Metallfasern einschließlich Fasern aus rostfreiem Stahl. Während das faserige leitfähige Füllmittel allgemein ein Schlankheitsverhältnis von größer als 5:1 aufweist, besitzen die leitfähigen Fasern bevorzugter ein Schlankheitsverhältnis von größer als 10:1 und am bevorzugtesten ein Schlankheitsverhältnis von 15:1.
Zusätzlich zu dem Polymermaterial und dem leitfähigen faserigen Füllmittel kann der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung 1 bis 10 Vol.-% eines nicht leitfähigen faserigen Materials zur Steigerung der mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials umfassen. Wie derzeit bevorzugt ist, kann das nicht leitfähige faserige Füllmittel aus der Gruppe gewählt werden, die Glasfasern umfasst. Ähnlicherweise kann das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung bis zu 10 Vol.-% eines leitfähigen, nicht faserigen Materials umfassen. Wie derzeit bevorzugt ist, kann das leitfähige, nicht faserige Material bevorzugt aus der Gruppe gewählt sein, die Ruß/Carbon Black, verschiedene Graphitpulver und auf Metall basierende Pulver umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei mit Fasern befüllte, auf Polypropylen basierende Verbundmaterialformulierungen als die derzeit bevorzugten Materialien identifiziert worden. Eine erste Materialzusammensetzung umfasst 15 Vol.-% graphitisierte Pyrograph PR-11 Kohlenstoffaser (Carbonfaser, Kohlefaser) mit einem Schlankheitsverhältnis im Bereich von 100:1 bis zu 150:1, 5 Vol.-% Ketjen EC300J Ruß/Carbon Black und 5 Vol.-% PAN MF30 Kohlenstoffaser mit einem Schlankheitsverhältnis im Bereich von 15:1 bis 20:1. Die zweite bevorzugte Zusammensetzung umfasst 40 Vol.-% PAN MF30 Kohlenstoffaser mit einem Schlankheitsverhältnis im Bereich von 15:1 bis 20:1.
Der Prozess zur Herstellung der Verbundseparatorplatte wird nun mit Allgemeinen Bezug auf die Figuren beschrieben. Zu Anfang wird ein Verbundmaterial mit einem Polymermaterial und einem leitfähigen faserstoffhaltigen Füllmittel formuliert. Das Polymerharz kann ein thermoplastisches oder ein wärmeausgehärtetes Polymer und bevorzugt ein kosten günstiges Harz mit niedriger Dichte und guter Festigkeit und Duktilität (Verformbarkeit) sein. Das leitfähige faserige Füllmittel sollte ein hohes Schlankheitsverhältnis im Bereich von 10:1 bis zu 500:1 besitzen. Jedoch ist es für Fachleute offensichtlich, dass ein Mischen eines Füllmittels mit hohem Schlankheitsverhältnis mit anderen leitfähigen Füllmitteln mit niedrigem Schlankheitsverhältnis akzeptabel und in einigen Fällen sogar bevorzugt ist. Die Konzentration von leitfähigem Füllmaterial mit faserigem und nicht faserigem Material liegt bevorzugt im Bereich zwischen 10 und 60 Vol.-%. Zusätzlich können nicht leitende Faserfüllmittel im Bereich von bis zu 10 Vol.-% hinzugefügt werden, um mechanische Eigenschaften zu verbessern.
Anschließend wird das Verbundmaterial mit dem Polymerharz und den Füllmitteln unter Verwendung herkömmlicher Polymermischverfahren gemischt, um eine gute Verteilung/Dispersion des Füllmittels und der Polymermatrix zu erreichen, während gleichzeitig die Länge des leitfähigen Füllmittels mit hohem Schlankheitsverhältnis beibehalten wird. Mit anderen Worten sollte das Mischverfahren das faserige Material nicht brechen, wodurch die Leitfähigkeit in erheblichem Maße verringert würde. Diesbezüglich sind Brabender-Rühr- oder Doppelschneckenmischverfahren für die vorliegende Erfindung geeignet. Nach dem Mischen/Compoundieren wird das Verbundmaterial in eine Verbundseparatorplatte unter Verwendung herkömmlicher Formtechniken für Polymerzusammensetzungen geformt. Die Konstruktion der Formflächen ist so, dass ein geformtes Durchflussfeld in zumindest einer der Oberflächen der Verbundseparatorplatte geformt wird. Zusätzlich werden Stegverlängerungen angeformt, die sich von den oberen und unteren Oberflächen der Separatorplatte erstrecken. Diese Formflächengeometrie dient in Verbindung mit dem Formprozess dazu, eine Ausrichtung der leitfähigen Fasern in einer Orientierung durch die Ebene zu erzeugen. Wenn die Viskosität des Verbundmaterials niedrig genug ist, kann das Material in entweder eine heiße Form (wärmeaushärtbares Material) oder eine kalte Form (thermoplastische Material) spritzgeformt werden. Alternativ dazu kann das Material in eine Pressform eingespritzt werden, um eine anfängliche Materialcharge vorzusehen, die nachfolgend formgepresst wird, um die endgültige Separatorplattengeometrie zu formen. Wenn das Material viskos und daher für eine Spritzgussformung nicht geeignet ist, kann das Material in einer Form angeordnet und direkt formgepresst werden. Eine Pressformung kann gleichförmigere Druckkräfte auf das Verbundmaterial vorsehen, was seinerseits eine geringere Verwölbung der Verbundseparatorplatte zur Folge hat. Ungeachtet der Formungstechnik sollte das Verbundmaterial dazu in der Lage sein, in die Form zu fließen, um die gewünschte Faserausrichtung in einer Orientierung durch die Ebene zu erzeugen. Bevorzugt sollte das Material mit einer Komponente seines Geschwindigkeitsvektors rechtwinklig zu der Durchflussfeldkanallänge strömen, um die gewünschte Faserausrichtung zu erreichen.
Nach Formung und Kühlung wird die Verbundseparatorplatte von der Form entfernt. Die Stegverlängerungen werden anschließend entfernt, um die Plattendicke zu verringern und ein fertig gestelltes Produkt herzustellen. Die Entfernung der Stegverlängerungen reduziert die Steghöhe und formt eine freiliegende Oberfläche, so dass ein Ende eines Abschnittes des faserigen leitfähigen Materials in der Verbundseparatorplatte in der Nähe der freiliegenden Oberflächen endet. Genauer wird das Füllmittel mit hohem Schlankheitsverhältnis in den Stegverlängerungen, die in der unerwünschten Richtung in der Ebene ausgerichtet sind, entfernt. Eine Entfernung der Stegverlängerungen kann durch ein geeignetes Bearbeitungsverfahren abhängig von dem bestimmten Verbundmaterial und dessen mechanischen Eigenschaften ausgeführt werden. Diesbezüglich umfassen bevorzugte Bearbeitungsverfahren eine Laserbearbeitung, eine Wasserstrahlbearbeitung, Fräsen, Schlagfräsen, Schleifen, Schmirgeln und Sandstrahlen. Dieser Bearbeitungsvorgang weist den zusätzlichen Vorteil der Entfernung der Polymerhaut auf, die sich während des Formvorganges gebildet haben kann. Bei Beendigung des Bearbeitungsvorganges ist eine fertiggestellte Verbundseparatorplatte geformt. Durch diesen Bearbeitungsvorgang wird ferner eine bessere Steuerung gegenüber den geometrischen Abmessungen der Verbundseparatorplatte erhalten.
Zusammengefaßt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbundseparatorplatte für eine Brennstoffzelle mit einer niedrigen Kohlenstoffbeladung und einer hohen Polymerbeladung. Die Separatorplattenzusammensetzung umfasst einen Prozentsatz an leitfähigem faserigem Füllmittel mit einem relativ hohen Schlankheitsverhältnis, das durch die Dicke der Platte orientiert ist, um die gewünschten elektrischen und thermischen Leitfähigkeitsanforderungen zu erreichen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzellenseparatorplatte, die solche Fasern aufweist, die in einer Orientierung durch die Ebene angeordnet sind. Das Verfahren umfasst, dass eine Separatorplatte mit einer Steghöhe zur Orientierung der Fasern in einer gewünschten Richtung durch eine Ebene geformt wird und anschließend ein Anteil der Steghöhe entfernt wird, um die gewünschte geometrische Gestaltung für die Separatorplatte zu erhalten.

Claims

Verbundseparatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel mit einer ersten Oberfläche, die eine Vielzahl von darin geformten Durchflußkanälen aufweist, und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend der ersten Oberfläche, wobei die Verbundseparatorplatte ein Polymermaterial in einem Prozentsatz von 50 bis 98 Vol.-% und ein faseriges leitfähiges Material in einem Prozentsatz von 2 bis 50 Vol.-% umfasst, das in einer Orientierung durch eine Ebene angeordnet ist, so dass der effektive Widerstand der Verbundseparatorplatte kleiner oder gleich 50 Milliohm·cm² ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei die Orientierung durch die Ebene einen Spannungsabfall durch die Separatorplatte zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche vorsieht, der kleiner oder gleich 50 mV bei einer Stromdichte von etwa 1A/cm² (6,5 Ampere pro Quadratzoll) und einem Brennstoffzellenstapeldruck von kleiner oder gleich etwa 137 N/cm² ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei die Verbundseparatorplatte ein Polymermaterial in einem Prozentsatz von 60 bis 80 Vol.-% und ein faseriges leitfähiges Material in einem Prozentsatz von 20 bis 40 Vol.-% umfasst, das in der Orientierung durch die Ebene angeordnet ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei das Polymermaterial ein leitfähiges Polymermaterial ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 3, ferner mit einem leitfähigen, nicht faserigen Material in einem Prozentsatz von weniger als 10 Vol.-%.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 5, wobei das leitfähige, nicht faserige Material aus der Gruppe gewählt ist, die Ruß Graphitpulver und Metallpulver umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die wärmeaushärtbare und thermoplastische Polymere umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 7, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Silikon, Polyisobutylen, Epoxid Vinylester und Phenolharze umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 7, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Polypropylen, ETFE, Polyamid und gummimodifiziertes Polypropylen umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei das faserige leitfähige Füllmittel ein leitfähiges Fasermaterial mit einem Schlankheitsverhältnis gleich oder größer als 10:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 10, wobei das leitfähige Fasermaterial eine Kohlenstoff-Faser in einem Prozentsatz von etwa 40 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer als 15:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 10, wobei das leitfähige Fasermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Kohlenstoffasern, Graphitfasern, nickelbeschichtete Graphitfasern und Fasern aus rostfreiem Stahl umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, ferner mit einem nicht leitenden, faserigen Material in einem Prozentsatz von weniger als 10 Vol.-%.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 1, wobei das faserige leitfähige Material ein erstes leitfähiges Fasermaterial in einem Prozentsatz von 1 bis 25 Vol.-% und ein zweites leitfähiges Fasermaterial in einem Prozentsatz von 1 bis 25 Vol.-% umfasst, wobei das zweite leitfähige Fasermaterial von dem ersten leitfähigen Fasermaterial verschieden ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 14, wobei das erste leitfähige Fasermaterial eine Graphitfaser in einem Prozentsatz von etwa 15 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer als 100:1 ist, und das zweite leitfähige Fasermaterial eine Kohlenstoffaser in einem Prozentsatz von etwa 5 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer als 15:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 15, ferner mit einem leitfähigen, nicht faserigen Material in einem Prozentsatz von etwa 5 Vol.-%.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 16, wobei das leitfähige, nicht faserige Material aus der Gruppe gewählt ist, die Ruß Graphitpulver und Metallpulver umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte mit den Schritten, dass: ein Verbundmaterial mit einem Polymermaterial in einem Prozentsatz von 50 bis 98 Vol.-% und einem faserigen leitfähigen Material in einem Prozentsatz von 2 bis 50 Vol.-% formuliert wird; das Verbundmaterial zwischen einer ersten Formfläche, die einen ersten Steghohlraum definiert, und einer zweiten Formfläche mit einem zweiten Steghohlraum geformt wird, um eine Separatorplatte zu formen, die einen ersten Steg mit einer ersten Steghöhe, die sich von einer ersten Seite der Separatorplatte erstreckt, und einen zweiten Steg mit einer zweiten Steghöhe, die sich von einer zweiten Seite der Separatorplatte- erstreckt, umfasst, wobei das faserige Material so orientiert ist, dass ein erster Anteil des faserigen leitfähigen Materials in dem ersten Steg und ein zweiter Anteil des faserigen leitfähigen Materials in dem zweiten Steg angeordnet ist; zumindest ein Anteil des ersten Steges entfernt wird, wodurch die erste Steghöhe reduziert und eine erste freiliegende Oberfläche gebildet wird, die ein Ende des ersten Anteiles von faserigem leitfähigem Material umfasst, das in der Nähe der ersten freiliegenden Oberfläche endet; und zumindest ein Anteil des zweiten Steges entfernt wird, wodurch die zweite Steghöhe reduziert und eine zweite freiliegende Oberfläche gebildet wird, die ein Ende des zweiten Anteiles von faserigem leitfähigem Material umfasst, das in der Nähe der zweiten freiliegenden Oberfläche endet.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 18, wobei der Schritt zum Formen des Verbundmaterials umfasst, dass eine Charge von dem Verbundmaterial gebildet wird, die Charge in einer Preßform, die die darin ausgebildeten ersten und zweiten Formflächen aufweist, angeordnet wird, und die Separatorplatte pressgeformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 18, wobei der Schritt zum Formen des Verbundmaterials umfasst, dass das Verbundmaterial zwischen eine die ersten und zweiten darin ausgebildeten Formoberflächen aufweisende Preßform eingespritzt wird und das Verbundmaterial in die Separatorplatte pressgeformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 18, wobei der Schritt zum Formen des Verbundmaterials umfasst, dass das Verbundmaterial in einen Formhohlraum, der die ersten und zweiten Formoberflächen aufweist, eingespritzt wird, so dass die Separatorplatte in dem Formhohlraum geformt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 18, wobei die Schritte zur Entfernung zumindest eines Anteils der ersten und zweiten Steghöhen die ersten und zweiten Steghöhen um 20% oder mehr reduziert.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 18, wobei die Schritte zum Entfernen zumindest eines Anteils der ersten und zweiten Stege einen geeigneten Bearbeitungsvorgang umfassen.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundseparatorplatte nach Anspruch 23, wobei der geeignete Bearbeitungsvorgang aus einer Gruppe von Bearbeitungsvorgängen gewählt ist, die aus Laserbearbeitung, Wasserstrahlbearbeitung, Fräsen, Schlagfräsen und Schleifen besteht.
Verbundseparatorplatte mit: einem Verbundmaterial, das geformt ist, um einen ersten Steg mit einer ersten Steghöhe, die sich von einer ersten Seite der Separatorplatte erstreckt, und einen zweiten Steg mit einer zweiten Steghöhe, die sich von einer zweiten Seite der Separatorplatte erstreckt, zu formen, wobei das Verbundmaterial ein Polymermaterial in einem Prozentsatz von 50 bis 98 Vol.-% und ein faseriges leitfähiges Material in einem Prozentsatz von 2 bis 50 Vol.-% umfasst, das so orientiert ist, dass ein erster Anteil des faserigen Materials in dem ersten Steg und ein zweiter Anteil des faserigen Materials in dem zweiten Steg angeordnet ist; wobei ein Anteil des ersten Steges von der Separatorplatte entfernt wird, um die erste Steghöhe zu reduzieren und eine erste freiliegende Oberfläche zu formen, die ein Ende des ersten Anteils von faserigem leitfähigem Material umfasst, das in der Nähe der ersten freiliegenden Oberfläche endet; und wobei ein Anteil des zweiten Steges von der Separatorplatte entfernt wird, um die zweite Steghöhe zu reduzieren und eine zweite freiliegende Oberfläche zu formen, die ein Ende des zweiten Anteils von faserigem leitfähigem Material umfasst, das in der Nähe der zweiten freiliegenden Oberfläche endet.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das Polymermaterial ein leitfähiges Polymermaterial ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das Verbundmaterial ferner ein leitfähiges, nicht faseriges Material in einem Prozentsatz von weniger als 10 Vol.-% umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 27, wobei das leitfähige, nicht faserige Material aus der Gruppe gewählt ist, die Ruß Graphitpulver und Metallpulver umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die aus wärmeaushärtbaren und thermoplastischen Polymeren besteht.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 29, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Silikon, Polyisobutylen, Epoxid Vinylester und Phenolharze umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 30, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Polypropylen, ETFE, Polyamid und gummimodifiziertes Polypropylen umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das faserige leitfähige Material ein leitfähiges Fasermaterial mit einem Schlankheitsverhältnis gleich oder größer als 10:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 32, wobei das leitfähige Fasermaterial aus der Gruppe gewählt ist, die Kohlenstofffasern, Graphitfasern, nickelbeschichtete Graphitfasern und Fasern aus rostfreiem Stahl umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 33, wobei das leitfähige Fasermaterial eine Kohlenstofffaser in einem Prozentsatz von etwa 40 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer 15:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das Verbundmaterial ferner ein nicht leitfähiges, faseriges Material in einem Prozentsatz von weniger als 10 Vol.-% umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 25, wobei das faserige leitfähige Material ein erstes leitfähiges Fasermaterial in einem Prozentsatz von 1 bis 25 Vol.-% und ein zweites leitfähiges Fasermaterial in einem Prozentsatz von 1 bis 25 Vol.-% umfasst, wobei das zweite leitfähige Fasermaterial von dem ersten leitfähigen Fasermaterial verschieden ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 36, wobei das erste leitfähige Fasermaterial eine Graphitfaser in einem Prozentsatz von etwa 15 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer als 100:1 ist, und das zweite leitfähige Fasermaterial eine Kohlenstofffaser in einem Prozentsatz von etwa 5 Vol.-% und mit einem Schlankheitsverhältnis von größer als 15:1 ist.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 36, wobei das Verbundmaterial ferner ein leitfähiges, nicht faseriges Material in einem Prozentsatz von etwa 5 Vol.-% umfasst.
Verbundseparatorplatte nach Anspruch 38, wobei das leitfähige, nicht faserige Material aus der Gruppe gewählt ist, die Ruß Graphitpulver und Metallpulver umfasst.