ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Son conocidas las placas bipolares compuestas por una parte central y unas partes periféricas situadas en disposición opuesta respecto a la parte central. En la parte central, por uno o por los dos lados se encuentran unos canales longitudinales paralelos para la distribución del flujo de reactivos gaseosos que están limitados por unos resaltes conductores de la corriente cuyos extremos conectan las partes periféricas. En las partes periféricas de las placas hay orificios de paso que, una vez montado el conjunto de placas contiguas, forman canales longitudinales para la mejora de la circulación y distribución de los flujos del electrolito (véase la patente RU 2187578). E1 problema de estas placas bipolares está en la no distribución uniforme del flujo, y en el limitado espacio para la distribución de los flujos de los reactivos gaseosos, determinado por la gran cantidad de canales longitudinales paralelos.

Es conocido el método para la obtención de placas bipolares, que incluye la mezcla de componentes de carbono grafito en polvo y un material termoplástico de cohesión resistente a la corrosión, el prensado en frío de la mezcla en polvo en un molde a 14500 kPa, el calentamiento a 150°C, la disminución de la presión a 2000 kPa, el aumento de la temperatura hasta los 205°C, y el aumento de la presión de nuevo hasta los 14500 kPa, con una fase final de disminución gradual de la presión y la temperatura (véase la descripción de la patente RU 2187578). De este modo se obtiene una placa resistente a la corrosión por la periferia, que forma una unidad con la parte central conductora de electricidad.

El problema del método conocido para la obtención de placas bipolares consiste en la necesidad de preparar y unir mezclas de componentes de distinta composición. Esto complica el método e inevitablemente lleva a la acumulación de tensiones térmicas durante el enfriamiento de las piezas. La utilización del método de prensado en caliente, es decir, en condiciones de comprensión completa, conlleva también unos gastos adicionales. El uso de un material termoplástico de cohesión durante el prensado en el molde (en condiciones de presión en una dirección) no permite formar de manera efectiva resaltes conductores de la corriente en la superficie de las placas, ya que el polímero termoplástico, al formarse resaltes de forma compleja, tiene la tendencia a rezumar y no comprimirse bajo presión.

Son conocidas las placas bipolares compuestas por una parte central y partes periféricas situadas alrededor de la parte central. A uno o dos lados de la parte central se sitúan, para la distribución de los flujos de reactivos gaseosos, unas acanaladuras laberínticas

longitudinales en forma de FI, que forman entre sí resaltes funcionales conductores de la corriente con sus extremidades situadas en el mismo plano, con un orificio central y dos en disposición diagonal para la circulación y distribución de los flujos del electrolito. En las partes periféricas de las placas se sitúan orificios de paso para su montaje en bloque. Las partes periférica y central están separadas por un elemento de cohesión situado en el perímetro de la parte central. Además, para la distribución organizada de los flujos de reactivos gaseosos, las acanaladuras longitudinales en forma de, y los resaltes funcionales conductores de la corriente, tienen un sentido laberíntico desde el orificio central hacia los periféricos o viceversa (tal y como aparece en un catálogo publicitario de la firma Schunk KOHLENSTOFF GMBH). Este diseño, en comparación con su análogo, permite alargar el recorrido del flujo de reactivos gaseosos y organizar una distribución relativamente uniforme de dicho flujo por la superficie de la celda del elemento de combustible, aunque presenta los siguientes inconvenientes : - Apantallamiento significativo de la superficie del colector poroso de la corriente por los resaltes funcionales conductores de la corriente, que condicionan la reducción de la efectividad del transporte de reactivos y la desviación de los productos de la reacción hacia estas zonas apantalladas y, como consecuencia, la reducción de la densidad de la corriente de la celda del elemento de combustible con la tensión dada; - Posibilidad de que se obstruyan los canales con gotas de agua condensada por las fluctuaciones del régimen de temperatura del elemento combustible y/o en el balance hídrico del sistema, lo que conduciría también a la

reducción de la efectividad del transporte de reactivos y la desviación de los productos de la reacción por estos canales, y como consecuencia a la reducción de la densidad de la corriente de la celda del elemento de combustible con la tensión dada.

La solución técnica más cercana se refiere a un método de obtención de placas bipolares, que incluye la preparación de una mezcla de resina termorígida de una composición determinada en un disolvente volátil, la mezcla del agregado de carbono con la solución preparada hasta alcanzar un estado homogéneo, el secado, prensado y endurecimiento térmico (solicitud de patente USA N° US2002/0037448.

El problema de este método radica en que se lleva a cabo el endurecimiento térmico no simultáneo sino después del prensado de la pieza. Además, el secado de la mezcla a baja temperatura no garantiza la eliminación de una gran cantidad de componentes volátiles del material de cohesión, lo que impide el prensado de cantidades microscópicas del material de las placas bipolares, sobre todo en las zonas de los resaltes conductores de la corriente, que sirven para permitir el contacto eléctrico y la sujeción mecánica del colector de la corriente a la capa catalítica. Esto puede llevar a la formación de zonas defectuosas en la base de los resaltes, y a la rotura de éstos durante el funcionamiento, montaje y explotación de los elementos de la pila de combustible.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la invención propuesta consiste en la obtención de placas bipolares con resaltes conductores de

la corriente de forma y colocación libres con una altura de entre 0,3 a 2,0 mm por el método de prensado en molde de un material compuesto conductor de la electricidad sobre una base de agregados dispersos de carbono y resina termorrígida, así como en el aumento de la efectividad en el transporte de reactivos y desvío de los productos de la reacción.

El resultado térmico esperado consiste en una mejora de las propiedades de explotación de las placas bipolares y del elemento de combustible en su conjunto.

El objetivo planteado se consigue debido a que la placa bipolar está compuesta por partes periféricas y una parte central con resaltes conductores de forma prismática con base cuadrada o rectangular o con forma cilíndrica o cónica de base circular o elíptica cuyo diámetro o distancia entre puntos más distantes de la base está comprendida entre 0,5-3, 0 mm, extendiéndose una altura comprendida entre 0,3 y 2,0 mm con sección variable o constante con sus extremos superiores libres situados en el mismo plano que las partes periféricas, y cuya distancia entre centros de resaltes es de 1,0 a 4,0 mm. Además los resaltes pueden situarse de manera libre y ordenada en la placa, en forma de cuadros de ajedrez, rombos, círculos, espirales, o de laberinto.

Esto permite una distribución uniforme de los reactivos por la superficie de la celda del elemento de combustible, y una desviación efectiva de los productos de la reacción, y como consecuencia de eso, permite aumentar la densidad de la corriente en la celda del elemento de combustible con la tensión dada.

En el método para la obtención de placas bipolares

se incluye la preparación de una mezcla de resina termorrígida de una composición determinada en un disolvente volátil, añadiendo el agregado de polvos de carbono y mezclándolos hasta alcanzar un estado homogéneo, el secado, prensado y endurecimiento térmico.

El objetivo perseguido se consigue debido a que entre el secado y el prensado se somete la mezcla a un recocido a una temperatura entre 50 y 60°C inferior a la temperatura de endurecimiento térmico de la mezcla, y el prensado se realiza con una carga reiterada de hasta 15-20 mPa de presión, a la vez que se calienta hasta el punto de endurecimiento térmico de la mezcla. El recocido se lleva a cabo con un aumento gradual de la temperatura en el transcurso de entre 10 y 15 horas y el posterior mantenimiento de la temperatura alcanzada durante entre 1 y 2 horas, y el prensado se realiza con una temperatura del elemento activo de la prensa superior en 1,5-2 veces a la temperatura de recocido. La proporción"s : l" (fases sólida y líquida) durante la formación de la mezcla de carbono en polvo y el disolvente de la resina termorrígida (acetona) varía dentro de un intervalo de entre 1 : 3 y 1 : 5, y a la composición de la mezcla final se añade un 0,1-3, 0% (peso) de un agente formador de poros.

La necesidad de utilizar la resina termorrígida viene dada por el hecho, demostrado experimentalmente, de que al prensar las placas bipolares con contenido de carbono sobre un cohesionante termoplástico, no se produce la comprensión debida en la zona de los resaltes conductores de la corriente, lo que produce una débil adhesión de estos resaltes al cuerpo de la placa y su desprendimiento. La presencia de una resina termorrígida de cualquier composición en la mezcla para el prensado permite formar resaltes conductores de la corriente y placas bipolares sin defectos en su conjunto por el

mecanismo de aglutinación con fase líquida, que desaparece justo después de su aparición, a pesar del calentamiento continuado.

La secuencia de fenómenos que tienen lugar durante el transcurso de las principales operaciones para la fabricación de las placas bipolares es la siguiente : 1. Formación de una fina capa de polímero cohesionante termorrígido en la superficie de las partículas del agregado de carbono durante la preparación de la mezcla, su secado y posterior recocido.

2. Condensación de la mezcla.

3. Aparición de una fase líquida por la aparición de una capa de cohesionante en las partículas del agregado.

4. Continuación de la condensación de la pieza por la sedimentación característica de la aglutinación de la fase líquida.

5. Endurecimiento térmico del cohesionante y de la pieza en su conjunto.

El recocido anterior al prensado es necesario por la presencia en las mezclas aglomeradas de una gran cantidad de componentes volátiles que dificultan un prensado efectivo. Una temperatura más alta durante el recocido puede producir procesos no deseados de endurecimiento prematuro del cohesionante en cantidades microscópicas de la mezcla, y una temperatura más baja no resulta efectiva.

Un parámetro importante es la presión durante el

prensado. Para las mezclas de agregados dispersos de carbono y cohesionante termorrígido la presión de prensado depende del tipo concreto de agregado y no deberá superar el valor de extracción del cohesionante líquido de la mezcla : 20 mPa. Una baja presión de prensado (menos de 15 mPa) no proporciona una comprensión efectiva de la placa bipolar, sobre todo en la zona de los resaltes conductores de la corriente.

Al llevar a cabo el prensado a la vez que el calentamiento del molde con la mezcla de endurecimiento térmico, se realiza la 4a fase de la secuencia antes indicada de fenómenos que tienen lugar durante la formación de las placas.

Una peculiaridad importante de la placa bipolar está en la estructura de su superficie. Para la obtención de unas mejores propiedades del elemento de combustible es necesario que la superficie, entre cuyos resaltes circulan los gases activos, tenga una aspereza y microporosidad determinada. En ese caso, el agua formada como resultado de la reacción entre los gases, se acumula parcialmente en los poros subsuperficiales, y de esa forma aumenta la humedad de los gases, lo que influye positivamente en las características energéticas específicas del elemento de combustible.

La formación de la estructura debida de la capa subsuperficial según el método propuesto tiene lugar por la introducción de un agente formador de poros (carbonato de amonio, polietilenglicol, polietileno) en la composición de la mezcla inicial para el prensado, en un 0,1-3, 0% (peso) en relación con los componentes sólidos de la mezcla. El agente formador de poros incluido en la mezcla inicial no dificulta el endurecimiento del cohesionante, y al descomponerse durante el proceso

térmico y de prensado durante el endurecimiento, forma una estructura microporosa de la placa, y consecuentemente también de la capa subsuperficial (a una profundidad de 1-2 micras).

La disminución en el contenido de agente formador de poros en menos del 0, 1% prácticamente no influye en la microporosidad y aspereza de la capa subsuperficial, y el aumento en el contenido de dicho agente por encima del 3, 0% no es conveniente por la disminución de la resistencia mecánica y la posible aparición de permeabilidad en la placa.

DESCRIPCIÓN DE LAS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente : Figura 1. -Muestra una vista en planta de la placa bipolar.

Figura 2. -Muestra una vista en sección de la placa bipolar representada en la figura anterior según A- A.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN La placa bipolar objeto de esta invención consta de

una parte central (1) y una parte periférica (2). La parte central tiene unos resaltes (3), cuyos extremos libres superiores se encuentran en el mismo plano que la parte periférica (2), disponen de una altura a comprendida entre 0,3 y 2 mm y un diámetro o distancia b entre puntos más distantes de su base comprendida entre 0,5 y 3,0 mm. Los resaltes se sitúan espaciados con una distancia entre centros c comprendida entre 1,0 y 4,0 mm y permiten, con una gran superficie y volumen de paso de los flujos de reactivos gaseosos, distribuir las tensiones (presiones) en todas direcciones. Es posible una disposición de los resaltes en forma de tabla de ajedrez, rombos, círculos, espirales, o laberinto. Los resaltes pueden tener forma de cilindro, pirámide seccionada, prisma, y/o cono seccionado.

Las placas bipolares se fabrican como se describe a continuación : En primer lugar se combinan componentes dispersos de carbono para formar una mezcla homogénea, con una cantidad determinada de disolvente de resina termorrígida. Como componentes dispersos de carbono se puede emplear grafito, hollín, fibra picada, coque pulverizado, etc.

A continuación la mezcla preparada, agitada periódicamente, se coloca para su secado a temperatura ambiente, para que se produzca la eliminación de la cantidad principal de componentes volátiles. De esta manera puede obtenerse un material semiacabado de forma, por ejemplo, de gránulos para un posterior proceso de fabricación de placas bipolares.

Posteriormente, tras realizar un examen visual, se

recuece la mezcla seca a una temperatura entre 50 y 60°C inferior a la temperatura de endurecimiento térmico.

Después se prensa la mezcla recocida a una presión de 15-20 mPa en un molde, cuyos punzones tienen canales que darán forma a los resaltes conductores de la corriente durante el prensado y endurecimiento. A la vez que se realiza el prensado tiene lugar el calentamiento del molde con la mezcla, desde la temperatura de recocido hasta la temperatura de endurecimiento.

Después de mantener la temperatura de endurecimiento de 0,5-1 horas se extrae el molde de la prensa y se enfría al aire.

Finalmente se desprensa por medio de un instrumento especial.

La relevancia de esta invención se ilustra por medio de los siguientes ejemplos : EJEMPLO 1. Para la fabricación de una placa bipolar (con resaltes conductores de la corriente de forma cilíndrica de 0,5 mm de diámetro, una altura de 0,5 mm, y una distancia entre sus centros de 1,0 mm) de 100 x 100 mm, un grosor de 7mm, y un peso de 115 g se preparó una mezcla de la siguiente composición, con una proporción sólido-líquido = 1,3376 : 1 - grafito marca KS-10-98 g.

- Hollín marca PM-100-1 g.

- Baqulita laca marca LBS-1-34 g.

- Acetona-380 ml.

En un vaso de medida se mezclaron las cantidades

indicadas de baquelita laca y acetona hasta obtener una solución de color homogéneo. La suspensión de grafito y hollín se combinó previamente en seco hasta obtener una mezcla homogénea. Después se vertió la mezcla en polvo y la solución de baquelita laca en un recipiente para ser mezclados de forma mecánica durante 5-10 minutos hasta alcanzar la homogeneidad. Luego se colocó la mezcla bajo la acción de una vitrina de extracción a temperatura ambiente durante 12-15 horas hasta alcanzar un aspecto seco, removiendo la mezcla periódicamente y deshaciendo los aglomerados de mayor tamaño (más de 2-3 mm) por medio de una rejilla metálica con celdillas de 2 mm.

La suspensión de la mezcla seca se introdujo en el molde, que se puso en el horno, calentándola durante 13, 5-14 horas hasta alcanzar una temperatura de 90°C, que se mantuvo luego durante 2 horas.

A continuación se extrajo del horno y se colocó en una presa hidráulica calentada a 170°C. Se prensó a impulsos (velocidad de carga) de 1-2 segundos hasta una fuerza de 22 Tm después de aproximadamente 5 seg. Se aumentó de nuevo la fuerza hasta 22-25 Tm manteniéndose el molde en la prensa durante 1 hora, y después se sacó para que se enfriase a temperatura ambiente.

Una vez enfriado se desprensó el molde en una presa manual de tornillo con la ayuda de 4 empujadores de acero.

El control visual de la placa bipolar mostró la ausencia en la superficie de la placa bipolar (incluidas las zonas de los resaltes conductores de la corriente) de arañazos, defectos y fisuras, y de desprendimientos del material de la placa bipolar en el límite entre las zonas

de los resaltes conductores de la corriente y la base de la placa.

Una vez efectuada la prueba de dureza (se colocó la placa entre dos piezas de acero y se sometió a una fuerza de 5 Tm (5 mPa de presión), equivalente al esfuerzo en funcionamiento del elemento de combustible, durante 1 hora) no se detectaron cambios o defectos.

E1 valor de resistividad de volumen fue de 0,025 D-cm.

EJEMPLO 2. La placa bipolar se fabricó con una composición y un método análogo al del ejemplo 1, con la diferencia de que los resaltes tienen forma de cono truncado de 3,0 mm de diámetro en la base, 2,5 mm en el extremo superior, una altura de 2,0 mm, y una distancia entre sus centros de 4,00 mm.

Antes y después de realizar la prueba de dureza no se detectaron defectos en la superficie, ni en los resaltes.

El valor de resistividad de volumen fue de 0, 030 - cm.

EJEMPLO 3. La placa bipolar se fabricó con una configuración y un método análogo al del ejemplo 1, con la diferencia de que se emplearon 31 g de cohesionante epoxifenólico N° 560 producido por FGUP GNC"VIAM''en calidad de cohesionante de endurecimiento térmico.

Antes y después de realizar la prueba de dureza no se detectaron defectos en la superficie y en los

resaltes.

El valor de resistividad de volumen fue de 0, 017 Q - cm.

EJEMPLO 4. La placa bipolar se fabricó con una configuración y un método análogo al del ejemplo 1, con la diferencia de que se añadieron a la mezcla inicial para prensado 3,5 g (3, 0% del peso) de agente formador de poros (polietileno de alta presión).

Antes y después de realizar la prueba de dureza no se detectaron defectos en la superficie y en los resaltes.

El valor de resistividad de volumen fue de 0, 028 - cm.

La porosidad de la capa subsuperficial (profundidad hasta 100 micras), medida por la absorción de agua, fue del 2, 8%.