DE102004018620A1

DE102004018620A1 - Stromableiterplatte mit Erhebungen

Info

Publication number: DE102004018620A1
Application number: DE102004018620A
Authority: DE
Inventors: Peter Marx; Maik Moebius; Sören Stobbe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Stromableiterplatte (1) eines Brennstoffzellenstapels, die an einer Endplatte (3) des Brennstoffzellenstapels anliegt, wobei die Stromableiterplatte (1) zumindest auf ihrer der Endplatte (3) zugewandten Seite der Kontaktierung dienende Erhebungen (2) aufweist. Ferner wird ein Brennstoffzellenstapel aufgezeigt, aufweisend eine Stapelanordnung, mit zwei an gegenüberliegenden Enden der Stapelanordnung anliegenden Endplatten (3) und jeweils an eine Endplatte (3) angrenzenden Stromableiterplatten (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromableiterplatte eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Brennstoffzellenstapel und darin verwendete Stromableiterplatten sind bekannt. Zwischen üblicherweise zwei Endplatten eines Brennstoffzellenstapels ist ein innerer Bereich des Brennstoffzellenstapels angeordnet. Bei einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle weist dieser innere Bereich eine stapelförmige Anordnung von Bipolarplatten, Gasdiffusionslagen und Elektrode-Membran-Einheiten auf. Die Art der Anordnung und das Funktionsprinzip ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden. Die genannten Endplatten schließen den inneren Bereich derart ab, dass an ihnen die im inneren Bereich erzeugte Gesamtspannung abgegriffen werden kann. Um hier eine gute Leitfähigkeit zu erreichen, sind die Endplatten üblicherweise aus einem Grafit-Composit-Material gefertigt. Um das Abgreifen der zwischen den Endplatten anliegenden Spannung zu vereinfachen, kommen regelmäßig Stromableiterplatten zum Einsatz, die oft aus Kupfer gefertigt sind und die an den Endplatten anliegende Spannung mit möglichst geringen Verlusten zu einem definierten Spannungsabgriff führen sollen. Dafür müssen sowohl die vom inneren Bereich abgewandten Seiten der Endplatte als auch die Stromableiterplatten besonders plan ausgeführt werden, damit überall entlang der Fläche ein Übertritt von Elektronen von der Endplatte auf die Stromableiterplatte stattfinden kann und keine Bereiche mit schlechtem oder fehlendem Kontakt entstehen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Fertigung dieser Elemente relativ aufwendig ist, und dass trotz des Aufwandes in der Fertigung der Kontaktwiderstand zwischen der Endplatte und der Stromableiterplatte zumindest bereichsweise nicht optimal ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromableiterplatte und einen Brennstoffzellenstapel aufzuzeigen, die geringere Anforderungen an die Exaktheit der Fertigung haben und eine Verbesserung des Kontaktwiderstands bewirken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromableiterplatte zumindest auf ihrer der Endplatte zugewandten Seite der Kontaktierung dienende Erhebungen aufweist. Ausgehend von einer im Wesentlichen überall die gleiche Dicke aufweisenden Stromableiterplatte gemäß der im Stand der Technik, weist die erfindungsgemäße Stromableiterplatte Erhebungen auf, die sich über die genannte Einheitsdicke beziehungsweise eine durchschnittliche Dicke der Stromableiterplatte erheben. Die Erhebungen können dabei in vielfältiger Art und Weise hergestellt werden, sofern durch das Herstellungsverfahren niveauerhöhte und niveauerniedrigte Bereiche ausgebildet werden. Es sind beispielsweise also sowohl materialauftragende Verfahren als auch materialabtragende beziehungsweise pressende oder prägende Verfahren einsetzbar.

Üblicherweise wird die geschilderte Anordnung von Stromableiterplatten, Endplatten und innerem Bereich von einem Spannsystem umgeben. Da die Betriebsstoffe zum Betrieb der Brennstoffzelle unter Druck in die Brennstoffzelle eingeleitet werden, wird so verhindert, dass die Elemente des Brennstoffzellenstapels auseinander gedrückt werden und der Brennstoffzellenstapel undicht wird. Wird eine erfindungsgemäße Stromableiterplatte nun in einem Brennstoffzellenstapel eingesetzt und das Spannsystem betätigt, so kommt die Stromableiterplatte zunächst in den Bereichen der genannten Erhebungen in Kontakt mit der Endplatte. Da sich der vom Spannsystem aufgebrachte Druck nun nicht mehr auf die gesamte Fläche der Endplatte verteilt, sondern nun deutlich erhöht im Bereich der Erhebungen anliegt, entsteht nicht nur ein sehr guter Kontakt im Bereich der Erhebungen, vielmehr werden sich die Erhebungen in die Endplatte eindrücken und den Kontakt weiter verbessern. Die geometrischen Auslegungen der Erhebungen können dabei so gewählt werden, dass beim Eindrücken der Stromableiterplatte in die Endplatte auch die außerhalb der Erhebungen liegenden Bereiche in Kontakt mit der Endplatte kommen. Damit ergibt sich ein verringerter Kontaktwiderstand. Ferner können nun auch die Anforderungen an die Ebenheit der Endplatte und der Stromableiterplatte reduziert werden, da auch bei einem gewissen Grad an Unebenheit stets gewährleistet ist, dass die Stromableiterplatte in jedem Bereich zumindest mit ihren Erhebungen in sehr gutem elektrischen Kontakt mit der Endplatte steht. Dies eröffnet die Möglichkeit für eine Reduzierung der Herstellungskosten.

Vorteilhafterweise bilden die Erhebungen eine Struktur beziehungsweise ein strukturiertes Muster. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass es trotz der punktuell erheblichen Unterschiede im Anpressdruck bei einer flächenhaften Betrachtung zu einer weitestgehend gleichmäßigen Verteilung des Anpressdrucks kommt. Diese positive Wirkung ist besonders groß, wenn es sich um eine gleichförmige Struktur handelt, die aus einem (oder mehreren) in Wiederholungen angeordneten Grundelement besteht. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die Struktur über die gesamte Fläche der Stromableiterplatte erstreckt, da dann der Gesamtkontaktwiderstand zwischen Stromableiterplatte und Endplatte optimiert werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Struktur zumindest bereichsweise eine Rändelung, insbesondere eine aufgeprägte Rändelung, auf. Eine derartig ausgebildete Stromableiterplatte weist ein besonders gutes Kosten-/Nutzenverhältnis auf mit Hinblick auf den Herstellungseinsatz zum Rändeln einerseits und die Verbesserung der Stromableiterplatte sowie die Reduzierung der Anforderungen bezüglich der Ebenheit andererseits.

Mit Vorteil weist die Struktur zumindest bereichsweise eine raue Gussoberfläche auf. Dies ermöglicht eine besonders günstige Herstellung der Stromableiterplatte.

Es ist vorteilhaft, wenn die Struktur zumindest bereichsweise linienförmige Erhebungen aufweist. Derartige linienförmige Erhebungen lassen sich auf einfache Weise beispielsweise durch Pressen oder Prägen fertigen.

Vorteilhafterweise sind die Erhebungen zumindest in ihrem mit der Endplatte in Kontakt tretenden, oberen Bereich spitz und/oder scharfkantig. Einerseits lässt sich dadurch das Eindringen der Stromableiterplatte in die Endplatte verbessern. Andererseits können so die Erhebungen die elektrisch schlechter leitende, polymerhaltige Spitzhaut einer aus Grafit-Composit-Material gefertigten. Endplatte durchdringen und so einen direkten Kontakt zu Grafit-Partikeln erzielen, wodurch der Kontakt verbessert wird.

Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel aufweisend eine Stapelanordnung, mit zwei an gegenüberliegenden Enden der Stapelanordnung anliegenden Endplatten wobei an jede Endplatte eine Stromableiterplatte mit einem oder mehreren der vorhergehend beschriebenen Merkmale angrenzt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Stromableiterplatte mit linienförmigen Erhebungen,
2 eine Stromableiterplatte mit einer rauen Gussoberfläche,
3 eine Stromableiterplatte mit einer rändelähnlich ausgeführten Oberfläche,
4 eine Stromableiterplatte mit wabenförmigen Erhebungen, und
5 das Zusammenspiel zwischen Stromableiterplatte und Endplatte.
1 zeigt einen Ausschnitt der Oberfläche einer Stromableiterplatte 1, die linienförmige Erhebungen 2 aufweist. Die Erhebungen 2 sind hier parallel zueinander geführt und laufen in ihrem oberen, mit der – in 5 gezeigten – Endplatte 3 in Kontakt tretenden Bereich 4 spitz zu und bilden eine scharfe Kante.
Die 2 zeigt einen Bereich einer Stromableiterplatte 1, die eine raue Gussoberfläche aufweist. Die aufgrund der Rauheit resultierenden Erhebungen 2 sind mittels der Punkte symbolisch angedeutet.
Aus der 3 ist eine Stromableiterplatte 1 zu erkennen, die rändelähnliche Erhebungen 2 aufweist. Während in der 3 eine erhabene Rändelung gezeigt ist, können die aufgezeigten Vorteile ebenso mit einer eingeprägten Rändelung erzielt werden. Ebenso kann eine Seite der Stromableiterplatte 1 derart bearbeitet werden, dass sich die Erhebungen auf der anderen Seite der Stromableiterplatte 1 ausbilden. Der Fachmann wird ein geeignetes Verhältnis zwischen niveauerhöhten und niveauerniedrigten Bereichen wählen, um die gewünschte Wirkung von Kontaktverbesserung und Eindringen in die Endplatte 3 zu erzielen.
4 zeigt eine wabenförmige Anordnung der Erhebungen 2 auf der Stromableiterplatte 1, um eine – bei flächenmäßiger Betrachtung – möglichst gleichförmige Druckverteilung zu erzielen.
5 zeigt – stark vergrößert – wie die Stromableiterplatte 1 mit ihren Erhebungen 2 in das Material der Endplatte 3 eindringt und so den Kontakt zwischen Stromableiterplatte 1 und Endplatte 3 verbessert.
Es sei explizit darauf hingewiesen, dass es sich bei den Figuren nicht um maßstabsgetreue Zeichnungen sondern um symbolhafte Beispiele handelt, um dem Fachmann mögliche Ausführungsformen der Stromableiterplatte 1 mit ihren Erhebungen 2 aufzuzeigen. Darüber hinaus sind viele andere Ausführungsformen denkbar, die eine Ausbildung von Erhebungen 2 ermöglichen.

1: Stromableiterplatte
2: Erhebungen
3: Endplatte
4: oberer Bereich

Claims

Stromableiterplatte (1) eines Brennstoffzellenstapels, die an einer Endplatte (3) des Brennstoffzellenstapels anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromableiterplatte (1) zumindest auf ihrer der Endplatte (3) zugewandten Seite der Kontaktierung dienende Erhebungen (2) aufweist.
Stromableiterplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (2) eine Struktur beziehungsweise ein strukturiertes Muster bilden.
Stromableiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zumindest bereichsweise eine Rändelung, insbesondere eine aufgeprägte Rändelung, aufweist.
Stromableiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zumindest bereichsweise eine raue Gussoberfläche aufweist.
Stromableiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur zumindest bereichsweise linienförmige Erhebungen (2) aufweist.
Stromableiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (2) zumindest in ihrem mit der Endplatte (3) in Kontakt tretenden, oberen Bereich (4) spitz und/oder scharfkantig sind.
Brennstoffzellenstapel aufweisend eine Stapelanordnung, mit zwei an gegenüberliegenden Enden der Stapelanordnung anliegenden Endplatten (3), gekennzeichnet durch jeweils an eine Endplatte (3) angrenzende Stromableiterplatten (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.