DE112005002235B4

DE112005002235B4 - Vorrichtung mit einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung

Info

Publication number: DE112005002235B4
Application number: DE112005002235.8T
Authority: DE
Inventors: Michael K. Budinski; Gayatri Vyas; Dr. Kunrath Augusto O.; John J. Moore
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: DE112005002235T5; US7687177B2; JP4814243B2; WO2006036241A3; US20060053627A1; WO2006036241A2; JP2008513952A

Abstract

Vorrichtung mit einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung, wobei die elektrochemische Umwandlungsanordnung eine Vielzahl elektrochemischer Umwandlungszellen und eine Vielzahl elektrisch leitender Bipolarplatten umfasst, wobei:die elektrochemischen Umwandlungszellen derart ausgebildet sind, um mit einer ersten und zweiten Reaktandenversorgung in Verbindung zu stehen;benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten getrennt sind;die Bipolarplatten eine Legierung umfassen, die Fe und Cr umfasst;ein Oberflächenabschnitt der Bipolarplatten eine einphasige nitrierte Struktur umfasst, die expandierten Austenit umfasst; unddie einphasige nitrierte Struktur der Bipolarplatten in Kontakt mit Abschnitten der elektrochemischen Umwandlungszellen steht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrochemische Umwandlungszellen, die üblicherweise als Brennstoffzellen bezeichnet werden und die elektrische Energie durch Verarbeitung eines ersten und zweiten Reaktanden beispielsweise durch Oxidation und Reduktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen. Veranschaulichend und nicht beschränkend umfasst eine typische Zelle eine Polymermembran (beispielsweise eine Protonenaustauschmembran), die zwischen einem Paar von Gasdiffusionsmediumschichten und Katalysatorschichten positioniert ist. Eine Kathodenplatte und eine Anodenplatte sind an den äußersten Seiten benachbart der Gasdiffusionsmediumschichten positioniert und die vorhergehenden Komponenten werden eng komprimiert, um die Zelleneinheit zu bilden.
Die durch eine einzelne Zelleneinheit vorgesehene Spannung ist typischerweise zu klein zur Nutzanwendung. Demgemäß wird typischerweise eine Vielzahl von Zellen in einem „Stapel“ angeordnet und hintereinander verschaltet, um die elektrische Abgabe der elektrochemischen Umwandlungsanordnung oder Brennstoffzelle zu erhöhen. Bei dieser Anordnung können sich zwei benachbarte Zelleneinheiten eine gemeinsame polare Platte teilen, die als die Anode und die Kathode für die beiden benachbarten Zelleneinheiten dient und die diese in Reihe schaltet. Eine derartige Platte wird üblicherweise als eine Bipolarplatte bezeichnet und umfasst typischerweise ein darin definiertes Strömungsfeld, um die Lieferung von Reaktanden und Kühlmittel an die zugeordneten Zellen zu steigern.
Es ist erforderlich, dass Bipolarplatten für Brennstoffzellen typischerweise elektrochemisch stabil, elektrisch leitend und kostengünstig sind. Metallische Bipolarplatten sind vorteilhaft, da sie sehr dünn (beispielsweise <0,25 mm) ausgebildet werden können und durch kostengünstige Metallformtechniken, wie Prägen, in eine endgültige Form geformt werden können. Jedoch sind Metallplatten anfällig gegenüber Korrosion. Ein aktiver Korrosionsprozess in einem Brennstoffzellenstapel kann den Membranwiderstand und den Kontaktwiderstand der Bipolarplatten erhöhen, wodurch die Leistungsdichte des Stapels reduziert wird. Rostfreie Stähle sind zur Verwendung bei der Ausbildung von Bipolarplatten hauptsächlich aufgrund ihrer inhärenten Korrosionsbeständigkeit und den relativ günstigen Materialkosten in Betracht gezogen worden. Demgemäß haben die vorliegenden Erfinder einen Bedarf erkannt, verbesserte Vorgehensweisen vorzusehen, um die Verwendung von rostfreien Stählen bei der Ausbildung von Bipolarplatten zu ermöglichen.
Die US 2004/0048134 A1 betrifft eine Verbindungsstruktur mit einem niedrigen Kontaktwiderstand zwischen einer Bipolarplatte aus Edelstahl und einem Kohlenstoff-basierten Werkstoff für eine Brennstoffzelle, wobei die Verbindungsstruktur u.a. eine Titannitrid-Schicht mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 200 µm in wenigstens einem Bereich, der sich zwischen der Bipolarplatte aus Edelstahl und dem Kohlenstoff-basierten Werkstoff befindet, auf weist.
Aus der WO 2004/007789 A2 ist ein Verfahren zum Einsatzhärten von Edelstahl mit Hilfe eines Gases, das Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthält, bekannt, bei dem sich eine so genannte S-Phase ausbildet.
Die DE 199 37 255 A1 schlägt korrosionsbeständige PEM-Brennstoffzellen mit einer Bipolarplatte aus Stahl vor, bei denen die Korrosionsschutz-Oberflächenschicht aus den Komponenten des Substratmaterials und mindestens einem der Elemente Bor, Stickstoff und Kohlenstoff oder ihren Verbindungen besteht.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatten für eine elektrochemische Umwandlungsanordnung bereitzustellen, welche im Vergleich zu den bekannten Bipolarplatten korrosionsbeständiger ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung einer Vorrichtung mit einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung, wobei die elektrochemische Umwandlungsanordnung eine Vielzahl elektrochemischer Umwandlungszellen und eine Vielzahl elektrisch leitender Bipolarplatten umfasst, wobei i) die elektrochemischen Umwandlungszellen derart ausgebildet sind, um mit einer ersten und zweiten Reaktandenversorgung in Verbindung zu stehen, ii) benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten getrennt sind, iii) die Bipolarplatten eine Legierung umfassen, die Fe und Cr umfasst, iv) ein Oberflächenabschnitt der Bipolarplatten eine einphasige nitrierte Struktur umfasst, die expandierten Austenit umfasst, und v) die einphasige nitrierte Struktur der Bipolarplatten in Kontakt mit Abschnitten der elektrochemischen Umwandlungszellen steht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen elektrochemischen Umwandlungsanordnung, wobei das Verfahren umfasst, dass i) eine Vielzahl von Bipolarplatten vorgesehen wird, die aus einer Legierung ausgebildet sind, die Fe und Cr umfasst, ii) ein Plasmanitrierprozess verwendet wird, um eine einphasige nitrierte Struktur, die expandierten Austenit umfasst, entlang eines Oberflächenabschnitts von jeweiligen der Bipolarplatten zu erzeugen, und benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen so positioniert werden, dass sie durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten getrennt sind.
Figurenliste
Die folgende detaillierte Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird am besten in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Anordnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei verschiedene Komponenten der Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind, und in welchen:

1 eine Darstellung einer Bipolarplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht eines nitrierten Abschnitts einer Bipolarplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffverarbeitungssystem und einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die 1 bis 3 ist eine elektrochemische Umwandlungsanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Allgemein umfasst die elektrochemische Umwandlungsanordnung 10 eine Vielzahl von elektrochemischen Umwandlungszellen 20 und eine Vielzahl elektrisch leitender Bipolarplatten 30. Es sind eine Vielzahl von Konfigurationen für die Umwandlungsanordnung mit der vorliegenden Erfindung denkbar, solange die Anordnung eine oder mehrere Bipolarplatten 30 zwischen einigen oder allen der jeweiligen elektrochemischen Umwandlungszellen 20 verwendet. Tatsächlich liegt der spezifische Aufbau der Umwandlungsanordnung 10 und der einzelnen Umwandlungszellen 20 jenseits des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung und kann aus existierenden oder noch zu entwickelnden Lehren in Verbindung mit der Konstruktion einer Anordnung in Erfahrung gebracht werden, die in der Lage ist, Elektrizität aus einer ersten und zweiten chemischen Reaktandenversorgung R₁, R₂ in Verbindung mit den elektrochemischen Umwandlungszellen 20 zu erzeugen. Typischerweise sind auch ein oder mehrere Reaktandenauslässe R_OUT vorgesehen.
Viele Aspekte der spezifischen Konfiguration der Bipolarplatten 30 gemäß der vorliegenden Erfindung liegen ebenfalls jenseits des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann insbesondere Bezug nehmend auf 1 eine Bipolarplatte 30 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Strömungsfeldabschnitt 32 und Fluidsammelleitungsabschnitte 34 umfassen, die mit dem Strömungsfeldabschnitt 32 gekoppelt sind. Wie in 2 gezeigt ist, kann der Strömungsfeldabschnitt 32 Strömungsfeldkanäle 35 aufweisen, die zwischen entgegengesetzten, elektrisch leitenden Seiten 36, 38 der Bipolarplatte 30 definiert sind.
Wie in 3 gezeigt ist, sind benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen 20 durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten 30 getrennt. Die Bipolarplatten 30 umfassen eine Legierung aus Fe und Cr und weisen einen Oberflächenabschnitt auf, der eine einphasige nitrierte Struktur umfasst. Genauer definiert unter Bezugnahme auf 2 die gezeigte einphasige nitrierte Struktur jeweilige nitrierte Schichten 46, 48 entlang entgegengesetzter Seiten 36, 38 der Bipolarplatte 30. Auf diese Weise können die nitrierten Schichten 46, 48, die an entgegengesetzten Seiten einer gewählten Bipolarplatte 30 definiert sind, in elektrischem Kontakt mit einer entsprechenden elektrochemischen Umwandlungszelle 10 in der Umwandlungsanordnung 10 angeordnet werden. Typischerweise stehen die Bipolarplatten 30 mit den Gasdiffusionsmediumschichten der elektrochemischen Umwandlungszelle 10 in Kontakt.
Die einphasige nitrierte Struktur kann durch einen beliebigen geeigneten Herstellprozess erzeugt werden. Es wird angenommen, dass dies durch Ausbilden einer homogenen und anhaftenden einphasigen Schicht erreicht wird, die als expandiertes Austenit bekannt ist. Diese einphasige Schicht wird in der Literatur auch als eine Gamma N-, S- oder m-Phase bezeichnet. Temperaturen über 400°C resultieren normalerweise in der Bildung gemischter Phasen, die schlecht arbeiten, da es wahrscheinlicher ist, dass sie eine signifikante Korrosion aufweisen. Die Bildung von CrN-Niederschlägen führt beispielsweise normalerweise zu der Verschlechterung sowohl des Lochkorrosionswiderstandes als auch des homogenen Korrosionswiderstandes.
Ein Herstellprozess, der die expandierte Austenitphase ergibt und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht hat, ohne die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Legierung signifikant zu opfern, umfasst einen Plasmanitrierprozess. Beim Nitrieren ist es oftmals vorteilhaft, die Temperatur der Bipolarplatten bei etwa 375°C oder über etwa 350°C und unter etwa 400°C beizubehalten. Die Temperatur einer Bipolarplatte, die bearbeitet wird, kann durch Verwendung eines Thermoelements überwacht werden, das an der Platte während der Bearbeitung angebracht ist. Wenn die Dicke oder ein anderer Aspekt der Platte keinen effektiven Gebrauch eines Thermoelements zulässt, kann die Temperatur der Bipolarplatte durch Überwachen der Temperatur einer Testplatte überwacht werden, die derart ausgebildet ist, um die thermodynamischen Eigenschaften der Bipolarplatte nachzuahmen.
Zumindest eine Klasse geeigneter Plasmanitrierprozesse ist durch einen Druck zwischen etwa 66,7 Pascal (0,5 Torr) und etwa 666,7 Pascal (5,0 Torr) und eine Vorspannung zwischen etwa 350 V und etwa 650 V gekennzeichnet. Andere Ausführungsformen sind durch einen Druck zwischen etwa 200 Pascal (1,5 Torr) und etwa 266,7 Pascal (2,0 Torr) und einer Vorspannung zwischen etwa 580 V und etwa 630 V gekennzeichnet. In vielen Fällen ist die Impedanz des Plasmas abhängig von der Gaszusammensetzung und dem Druck. Demgemäß ist die Eignung bestimmter Spannungswerte oftmals eine Funktion der Gaszusammensetzung und des Drucks. Ferner sei für den Fachmann angemerkt, dass, wenn man eine sekundäre Wärmequelle verwendet, die elektrischen Parameter, die das Plasma steuern, unabhängig von der Temperatur des Teils variiert werden können. Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung bei einer relativ niedrigeren Spannung und einem relativ niedrigeren Strom in dem Plasma durch teilweises Erhitzen des Teils mit einem geeigneten ergänzenden Heizelement ausgeführt werden.
Der Plasmanitrierprozess kann durch die Verwendung eines Prozessgases gekennzeichnet sein, das N₂ und H₂ umfasst. Eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet eine Prozessgaszusammensetzung von etwa 20 Gew.-% N₂ und etwa 80 Gew.-% H₂. Typische Nitrierdauern in diesem Zusammenhang erstrecken sich über etwa 4 Stunden. Es sei angemerkt, dass ein Nitrieren ein diffusionsgesteuerter Prozess ist, und dass die Dicke der nitrierten Schicht von den Diffusionsarten, dem Diffusionsmedium, der Diffusionstemperatur, der Diffusionsdauer und dem Typ von Diffusionsprozess (Salzbad, Gas, Diodenplasma, Ionenimplantation, etc.) abhängt. Beispielsweise ist der Gegenstand von 2 nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt, und es ist denkbar, dass, wenn eine Bipolarplatte 30 durch eine Dicke zwischen etwa 100 µm und etwa 500 µm gekennzeichnet ist, die einphasige nitrierte Struktur eine Dicke zwischen etwa 0,001 µm und etwa 25 µm definiert. Geeignete Legierungen können aus einer Vielzahl von Materialien gewählt sein, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Legierungen, die Ni, Mo, Mn, Si, C oder N in Kombination mit Fe und Cr, rostfreie Stähle, austenitische rostfreie Stähle etc. umfassen.
Wie oben angemerkt ist, liegt der spezifische Aufbau der Umwandlungsanordnung 10 und der einzelnen Umwandlungszellen 20 jenseits des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Es sei jedoch angemerkt, dass typische Umwandlungsanordnungen jeweilige Membranelektrodenanordnungen umfassen, die derart ausgebildet sind, um mit wasserstoffhaltigem Gas und Luft als den jeweiligen Reaktandenversorgungen zu arbeiten. Wiederum nur veranschaulichend und nicht beschränkend können die elektrochemischen Umwandlungszellen 20 jeweilige Elektrolytmembrane, Gasdiffusionsschichten, katalytische Komponenten, kohlenstoffhaltige Komponenten, elektrisch leitende Komponenten und deren Kombinationen umfassen. Schließlich ist es, obwohl die Bipolarplatten 30, die in den 1 und 2 gezeigt sind, ein Strömungsfeld umfassen, das zwischen den entgegengesetzten, elektrisch leitenden Seiten der Bipolarplatte 30 definiert ist, denkbar, dass geeignete Bipolarplattenkonfigurationen kein Strömungsfeld aufweisen müssen.
Bezug nehmend auf 4 kann eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug 100 und eine elektrochemische Umwandlungsanordnung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen. Die elektrochemische Umwandlungsanordnung 110 kann so ausgebildet sein, dass sie zumindest teilweise das Fahrzeug 100 mit Antriebsleistung versieht. Das Fahrzeug 100 kann auch ein Brennstoffverarbeitungssystem oder eine Brennstoffquelle 120 aufweisen, die derart ausgebildet ist, um die elektrochemische Umwandlungsanordnung 110 mit Brennstoff zu versorgen.
Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf spezifische Reaktandenzusammensetzungen beschränkt ist, sei für diejenigen, die die vorliegende Erfindung ausführen und mit der Brennstoffzellentechnologie allgemein vertraut sind, angemerkt, dass die erste Reaktandenversorgung R₁ typischerweise Sauerstoff und Stickstoff umfasst, während die zweite Reaktandenversorgung R₂ Wasserstoff umfasst.
Es sei angemerkt, dass Begriffe wie „bevorzugt“, „üblicherweise“ und „typischerweise“ hier nicht dazu verwendet sind, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für den Aufbau oder die Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sind diese Begriffe lediglich dazu bestimmt, alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die bei einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, jedoch nicht müssen.
Für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff „Vorrichtung“ hier dazu verwendet ist, eine Kombination von Komponenten und einzelnen Komponenten zu repräsentieren, ungeachtet dessen, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind. Beispielsweise kann eine „Vorrichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektrochemische Umwandlungsanordnung oder Brennstoffzelle, ein Fahrzeug, das eine elektrochemische Umwandlungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, etc. umfassen.
Für die Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff „im Wesentlichen“ hier dazu verwendet ist, den inhärenten Grad an Unsicherheit zu repräsentieren, der einem quantitativen Vergleich, einem Wert, einer Messung oder einer anderen Darstellung zueigen ist. Der Begriff „im Wesentlichen“ ist hier auch dazu verwendet, den Grad zu repräsentieren, um den eine quantitative Darstellung von einer festgelegten Referenz abweichen kann, ohne in einer Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstandes zu resultieren.
Mit der detaillierten Beschreibung der Erfindung und durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen derselben wird offensichtlich, dass Modifikationen und Abwandlungen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung, der in den angefügten Ansprüchen definiert ist, möglich sind. Genauer ist es, obwohl einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder besonders vorteilhaft bezeichnet sind, denkbar, dass die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der Erfindung begrenzt ist.

Claims

Vorrichtung mit einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung, wobei die elektrochemische Umwandlungsanordnung eine Vielzahl elektrochemischer Umwandlungszellen und eine Vielzahl elektrisch leitender Bipolarplatten umfasst, wobei: die elektrochemischen Umwandlungszellen derart ausgebildet sind, um mit einer ersten und zweiten Reaktandenversorgung in Verbindung zu stehen; benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten getrennt sind; die Bipolarplatten eine Legierung umfassen, die Fe und Cr umfasst; ein Oberflächenabschnitt der Bipolarplatten eine einphasige nitrierte Struktur umfasst, die expandierten Austenit umfasst; und die einphasige nitrierte Struktur der Bipolarplatten in Kontakt mit Abschnitten der elektrochemischen Umwandlungszellen steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die einphasige nitrierte Struktur eine nitrierte Schicht entlang des Oberflächenabschnitts der Bipolarplatte definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die einphasige nitrierte Struktur jeweilige nitrierte Schichten entlang entgegengesetzter Seiten der Bipolarplatten definiert, so dass jeweilige nitrierte Schichten, die an entgegengesetzten Seiten einer gewählten Bipolarplatte definiert sind, mit einer eines Paares elektrochemischer Umwandlungszellen, die durch die gewählte Bipolarplatte getrennt sind, in Kontakt stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die einphasige nitrierte Struktur eine Dicke zwischen etwa 0,5 µm und etwa 6,0 µm definiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Legierung ferner umfasst: Ni, Mo, Mn, Si, C, N und Kombinationen daraus.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Legierung Fe, Cr, Ni, Mn, Si und C umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Legierung einen austenitischen rostfreien Stahl umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Reaktandenversorgung eine Quelle für wasserstoffhaltiges Gas umfasst und die zweite Reaktandenversorgung eine Quelle für Luft umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bipolarplatten ein Strömungsfeld umfassen, das zwischen entgegengesetzten, elektrisch leitenden Seiten der Bipolarplatte definiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrochemischen Umwandlungszellen jeweils Membranelektrodenanordnungen umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrochemischen Umwandlungszellen jeweils Elektrolytmembrane, Gasdiffusionsschichten, katalytische Komponenten, kohlenstoffhaltige Komponenten, elektrisch leitende Komponenten und Kombinationen daraus umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung ferner ein Brennstoffverarbeitungssystem oder eine Brennstoffquelle umfasst, um ein wasserstoffhaltiges Gas an die elektrochemische Umwandlungsanordnung zu liefern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: die Vorrichtung ferner ein Fahrzeug umfasst; und die elektrochemische Umwandlungsanordnung derart ausgebildet ist, um zumindest teilweise das Fahrzeug mit Antriebsleistung zu versehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die elektrochemischen Umwandlungszellen jeweils Membranelektrodenanordnungen umfassen; die erste Reaktandenversorgung eine Quelle für wasserstoffhaltiges Gas umfasst; die zweite Reaktandenversorgung eine Quelle für Luft umfasst; die Bipolarplatten eine Legierung umfassen, die zusätzlich zu Fe und Cr Ni, Mn, Si und C umfasst; die Bipolarplatten ein Strömungsfeld umfassen, das zwischen entgegengesetzten, elektrisch leitenden Seiten der Bipolarplatte definiert ist; die einphasige nitrierte Struktur jeweils nitrierte Schichten entlang entgegengesetzter Seiten der Bipolarplatten definiert, so dass jeweilige nitrierte Schichten, die an entgegengesetzten Seiten einer gewählten Bipolarplatte definiert sind, mit einer eines Paares elektrochemischer Umwandlungszellen, die durch die gewählte Bipolarplatte getrennt sind, in Kontakt stehen.
Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Umwandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Vielzahl von Bipolarplatten vorgesehen wird, die aus einer Legierung ausgebildet sind, die Fe und Cr umfasst; ein Plasmanitrierprozess verwendet wird, um eine einphasige nitrierte Struktur, die expandierten Austenit umfasst, entlang eines Oberflächenabschnitts von jeweiligen der Bipolarplatten zu erzeugen; und benachbarte elektrochemische Umwandlungszellen so positioniert werden, dass sie durch jeweilige der Vielzahl von Bipolarplatten getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Temperatur der Bipolarplatten über etwa 350°C und unter etwa 400°C während des Plasmanitrierprozesses gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Temperatur der Bipolarplatten bei etwa 375°C während des Plasmanitrierprozesses gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Temperatur der Bipolarplatten durch Verwendung eines Thermoelements überwacht wird, das an der Platte angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Temperatur der Bipolarplatten durch Überwachen der Temperatur einer Testplatte überwacht wird, die derart ausgebildet ist, dass die thermodynamischen Eigenschaften von jeweiligen der Bipolarplatten nachgeahmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Plasma-nitrierprozess durch einen Druck zwischen etwa (0,5 Torr) 66,7 Pascal und etwa (5,0 Torr) 666,6 Pascal gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Plasmanitrierprozess durch eine Vorspannung zwischen etwa 350 V und etwa 650 V gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Plasmanitrierprozess durch die Verwendung eines Prozessgases gekennzeichnet ist, das N₂ und H₂ umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei das Prozessgas etwa 20 Gew.-% N₂ und etwa 80 Gew.-% H₂ umfasst.