DE102006037008A1 - Separatorplatte eines Brennstoffzellenstapels, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte eines Brennstoffzellenstapels, bei der wenigstens auf einer Plattenflachseite (34, 54) Kanäle (30, 32, 50, 52) zur Führung eines ersten und eines zweiten Fluids vorgesehen sind, wobei jeweils ein Kanal (30, 50) für das erste Fluid durch eine Trennwand (26, 46) von einem Kanal (32, 52) für das zweite Fluid getrennt ist. Erfindungsgemäß ist die Trennwand (26, 46) zwischen den Kanälen (30, 32, 50, 52) für das erste und zweite Fluid im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte eines Brennstoffzellenstapels, einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Separatorplatten, insbesondere Bipolarplatten, sind bekanntermaßen dazu vorgesehen, Einzelzellen in Brennstoffzellenstapeln voneinander zu trennen oder als Endplatten abzuschließen. Sie dienen ferner dazu, den Stapel als solchen mechanisch zu stützen und die Reaktions- und Kühlfluide den Einzelzellen zuzuführen, zu zirkulieren und abzuführen. Dazu werden Kanalstrukturen einseitig oder beidseitig auf die Oberflächen sowie in das Innere der Separatorplatten eingebracht.
  • Die Auslegung der Kanalstruktur, auch Flow-Field genannt, ist für die Anwendung im automobilen Bereich an viele Randbedingungen gekoppelt. Neben Funktionalität und geringen Kosten muss auch eine hohe Leistungsdichte des Brennstoffzellenstapels realisiert werden. Dementsprechend soll die Separatorplatte möglichst dünn ausgeführt werden, wofür sich besonders metallische Werkstoffe eignen. Weitere Vorgaben zielen auf die Zuverlässigkeit und den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellensystems ab.
  • Eine hohe Zuverlässigkeit ist gegeben, wenn der Brennstoffzellenstapel stabil betrieben werden kann, wenn etwa die Zellspannungsverteilung sowohl im statischen bei konstanter als auch im dynamischen Betrieb bei wechselnder Belastung des Brennstoffzellenstapels homogen ist.
  • Üblicherweise kann ein Brennstoffzellenstapel dann stabil betrieben werden, wenn im Brennstoffzellenstapel über die Fläche des Flow-Fields ein hoher Druckgradient der üblicherweise gasförmigen Reaktionsfluide, etwa Luftsauerstoff und Wasserstoff, herrscht, der eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsfluide bewirkt. Dadurch können innerhalb einer Einzelzelle des Brennstoffzellenstapels Totzonen und Kurzschlussströmungen vermieden werden, die zu instabilen und schädlichen Betriebszuständen im Brennstoffzellenstapel führen können. Auch die gleichmäßige Versorgung der medientechnisch parallel geschalteten Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels wird auf diese Weise sichergestellt. Der sich einstellende Druckgradient hängt unter anderem von den Volumenströmen der Reaktionsfluide ab, die wiederum in grober Näherung proportional zur Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels bzw. des Brennstoffzellensystems sind.
  • Andererseits ist ein zu hoher Druckgradient unerwünscht, weil er aufgrund der hierzu zu leistenden Kompressionsarbeit der entsprechenden Komponenten im Brennstoffzellensystem zu parasitären Verlusten führt und dadurch den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellensystems beeinträchtigt. Üblicherweise wird daher das Flow-Field hinsichtlich des Druckabfalls auf einen bestimmten Auslegungspunkt so optimiert, dass Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad in einem möglichst ausgewogenen Verhältnis stehen.
  • Gerade bei automotiven Anwendungen werden zusätzliche Anforderungen an die Lastspreizung des Brennstoffzellensystems gestellt. So sollte das Übersetzungsverhältnis bei einem modernen Brennstoffzellensystem mindestens 1:100 betragen. Außerdem muss das Brennstoffzellensystem über den ganzen Lastbereich mit möglichst hoher Effizienz und Zuverlässigkeit arbeiten. Es ist offensichtlich, dass im dynamischen Betrieb der Auslegungspunkt nur selten eingehalten werden kann und man sich fast permanent außerhalb des Optimums an Effizienz und Zuverlässigkeit bewegt. Bei hoher Belastung bzw. hohem Volumenstrom und damit hohem Druckabfall wird eine gute Gleichverteilung der Reaktionsfluide erreicht, wobei sich jedoch der Wirkungsgrad verschlechtert. Bei niedriger Belastung sind die parasitären Verluste gering, der Brennstoffzellenstapel neigt jedoch zu instabilen Betriebszuständen, da die Reaktionsfluide sich ungleichmäßig verteilen und z.B. Produktwasser aus dem Brennstoffzellenstapel unzulänglich ausgetragen wird, so dass einzelne Kanäle blockiert werden können.
  • Zur Verbesserung der Verteilung der Reaktionsfluide wird daher in der DE 10236998 A1 vorgeschlagen, zur selbsttätigen Steuerung eines Fluidstroms mindestens ein den Strömungsquerschnitt veränderndes bimetallisches Element in einen oder mehrere Kanäle zu integrieren, das abhängig von einer Betriebstemperatur den Kanalquerschnitt verändert.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Separatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel, die eine verbesserte Lastspreizung eines Brennstoffzellensystems ermöglicht, sowie eines entsprechenden Brennstoffzellenstapels und eines Verfahrens zum Betreiben desselben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Separatorplatte eines Brennstoffzellenstapels weist jeweils eine Trennwand zwischen Kanälen für ein erstes und ein zweites Fluid auf, wobei die Trennwand im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet ist. Dadurch können die Kanäle reversibel verformt werden, indem beispielsweise ein Kanal aufgeweitet wird, während sein angrenzender Nachbarkanal komprimiert wird. Bei einer Kanalstruktur entsprechend einem Flow-Field ist eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Kanälen mit Trennwänden vorgesehen. Die Separatorplatte kann vorzugsweise als Bipolarplatte mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite ausgebildet sein, welche an eine Anodenseite oder eine Kathodenseite einer Brennstoffzellenmembran oder einer Membran-Elektroden-Einheit angrenzt. Die Separatorplatte kann auch als Endplatte ausgebildet sein, die nur an eine Anode oder eine Kathode angrenzt. Durch die flexible Trennwand können die Kanalquerschnitte durch die Wahl eines geeigneten Innendrucks in den Kanälen für eines der Fluide und/oder auch Kompressionsdrücken auf die Separatorplatte verändert werden. Ein Druckniveau beispielsweise eines Kühlfluids, insbesondere von Kühlwasser, kann vom Fluiddurchsatz durch die entsprechenden Kanäle entkoppelt werden.
  • Bevorzugt kann ein Querschnitt von Kanälen des ersten Fluids durch eine Expansion der das zweite Fluid führenden Kanäle einstellbar sein. Vorzugsweise ist das erste Fluid ein Reaktionsmedium und das zweite Fluid ein Kühlfluid, insbesondere Wasser. Günstigerweise kann dann beispielsweise über die Einstellung eines Kühlwasserdrucks der Kanalquerschnitt der Kanäle zur Führung von Oxidationsmittel und/oder Reduktionsmittel verändert werden.
  • Vorteilhaft können die Kanäle in einem flexiblen Blech ausgebildet sein, wobei das Blech so ausgelegt ist, dass bei hoher Leistungsabgabe eine auf die Kanäle lastende Kompressionslast durch einen ersten Betriebsdruck des zweiten Fluids gerade ausgeglichen ist. Ein bevorzugtes Material ist beispielsweise ein korrosionsresistenter Federstahl mit Wandstärken zwischen 20 μm bis 100 μm, vorzugsweise um etwa 50 μm. Insbesondere bei einer Bipolarplatte lastet in einem Brennstoffzellenstapel das Gewicht der an die Separatorplatte angrenzenden anodenseitigen oder kathodenseitigen Gasdiffusionslagen. Üblicherweise ist die Brennstoffzellenmembran, vorzugsweise eine Polymerelektrolytmembran, zwischen einer anodenseitigen und einer kathodenseitigen Gasdiffusionslage angeordnet. Eine solche Membran-Elektroden-Einheit ist dann im Brennstoffzellenstapel jeweils zwischen Separatorplatten, insbesondere Bipolarplatten, angeordnet. Jedes Blech ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Dicke und Biegesteifigkeit so ausgelegt, dass es einerseits im Betrieb flexibel ist, andererseits mit unterstützender Wirkung des Innendrucks des zweiten Fluids, bevorzugt des Kühlwassers, gerade die Kompressionslast der anodenseitigen oder kathodenseitigen Gasdiffusionslage trägt. Bei einer Bipolarplatte ist dies auf beiden Seiten der Platte der Fall.
  • Das Blech kann zweckmäßigerweise so ausgelegt sein, dass eine Stegbreite des Kanals im Wesentlichen konstant bleibt. Dies bedeutet, dass sich die Stegbreite, vorzugsweise am Boden des Kanals, um weniger als 10 % ändert, wenn der Innendruck des zweiten Fluids und/oder eine Kompressionsbelastung des Brennstoffzellenstapels gezielt geändert werden.
  • Vorzugsweise ist bei geringer Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels der Querschnitt von Kanälen, die Reaktionsfluide führen, verkleinerbar. Hierzu kann ein Drosselventil vorgesehen sein, mit dem der Druck des zweiten Fluids verändert werden kann, d.h. z.B. bei geringer Leistungsabgabe vergrößert werden kann. Dadurch verformen sich die Kanäle, durch die das zweite Fluids fließt, derart, dass sich die Krümmungsradien der ursprünglichen Kanalgeometrie gleichmäßig aufweiten, sich der Querschnitt also eher rundet. Dadurch verringert sich sowohl die Kanaltiefe als auch die Kanalbreite der Kanäle des ersten Fluids. Der Strömungswiderstand dieser Kanäle erhöht sich. Die Stegbreite bleibt praktisch unverändert. Damit einher geht ein steigender Druckgradient, der zu einer besseren Gleichverteilung des ersten Fluids, also des Oxidationsmittels und/oder des Reduktionsmittels, führt.
  • Bevorzugt ist bei hoher Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels der Querschnitt von Kanälen, die Reaktionsfluide führen, maximal. Dann ist vorteilhaft der Kanalquerschnitt groß und der Druckabfall gering. Diese Geometrie ist vorteilhaft für hohen Druckabfall und hohe elektrische Strombelastungen des Brennstoffzellenstapels mit entsprechenden hohen Medienflüssen der Reaktionsfluide. Wärme aus dem aktiven Bereich der Brennstoffzelle kann zuverlässig abgeführt werden.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich zwei Bleche mit Kanälen gegenüberliegen und durch ein drittes Blech getrennt sind, das zwischen ihren Flachseiten angeordnet ist. Das dritte Blech ist vorzugsweise sehr dünn und reißfest ausgebildet. Bei einer Druckänderung beispielsweise des Kühlfluids ändert sich dessen Form nicht. Dazu kann das dritte Blech im Einbauzustand auf lateralen Zug belastet sein. Ohne dieses Blech sollte die Separatorplatte mit einem geeigneten Rahmen versehen sein, der die Außenkontur bei Druckänderungen fixiert. Das Blech ermöglicht auf einfache Weise, dass sich die Stegbreiten der Kanäle bei einer Verformung von Kanälen, welche das erste Fluid führen, im Wesentlichen nicht ändern.
  • Bevorzugt kann im Einbauzustand der Querschnitt der Kanäle durch einen Innendruck eines den beiden Blechen gemeinsamen Kühlfluids veränderbar sein.
  • Ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenstapel mit einer Separatorplatte, bei der wenigstens auf einer Plattenflachseite Kanäle zur Führung eines ersten und eines zweiten Fluids vorgesehen sind, weist eine Trennwand auf, mit der ein Kanal für das erste Fluid von einem Kanal für das zweite Fluid getrennt ist, wobei die Trennwand zwischen den Kanälen für das erste und das zweite Fluid im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet ist. Bei einer Kanalstruktur entsprechend einem Flow-Field ist eine Mehrzahl von nebeneinander alternierend angeordneten Kanälen mit Trennwänden vorgesehen. Bei einer als Bipolarplatte ausgebildeten Separatorplatte sind auf beiden Plattenflachseiten derartige Kanalstrukturen ausgebildet, die auf der einen Seite für Oxidationsmittel und Kühlfluid und auf der anderen Seite für Reduktionsmittel und Kühlfluid vorgesehen sind. Oxidationsmittel und Reduktionsmittel bilden die Reaktionsfluide für die elektrochemische Brennstoffzellenreaktion.
  • Abhängig von einer Leistungsabgabe kann eine auf die Separatorplatte lastende Kompressionslast einstellbar sein.
  • Vorteilhaft kann ein Drosselventil vorgesehen sein, das bei geringer Belastung einen Druck eines Kühlfluids gegenüber einem Druck bei hoher Belastung erhöht.
  • Weiterhin können Mittel zur Einstellung einer axialen Kompression des Brennstoffzellenstapels abhängig von der elektrischen Leistungsabgabe vorgesehen sein. Bei kleiner Leistungsabgabe kann so, insbesondere bei erhöhtem Innendruck des Kühlfluids, der Querschnitt der Kanäle der Reaktionsfluide verkleinert werden.
  • Zweckmäßigerweise kann die Kompression bei geringer Leistungsabgabe höher sein als bei hoher Leistungsabgabe. So kann die Wärme aus dem Brennstoffzellenstapel bei hoher Last zuverlässig abgeführt werden und ein Blockieren von Kanälen bei kleinen Leistungsanforderungen vermieden werden.
  • Besonders vorteilhaft kann die axiale Kompression abhängig von einem Innendruck des Kühlfluids und/oder einem Druck eines Reaktionsfluids einstellbar sein.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, sieht vor, dass ein Querschnitt von Kanälen einer Separatorplatte belastungsabhängig über einen Innendruck eines durch die Separatorplatte fließenden Fluids eingestellt wird.
  • Bevorzugt kann der Innendruck erhöht werden, wenn die Leistungsabgabe gering ist. Damit kann die Gleichverteilung der Fluide in diesem Betriebszustand verbessert werden.
  • Günstigerweise kann der Brennstoffzellenstapel komprimiert werden, wenn die Leistungsabgabe gering ist. Damit kann eine Verkleinerung der Kanalquerschnitte von Reaktionsfluid führenden Kanälen unterstützt werden.
  • Zweckmäßigerweise kann die Kompression abhängig von einem Innendruck eines Kühlfluids in der Separatorplatte und/oder einem Druck der Reaktionsfluide eingestellt werden.
  • Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch eine als bevorzugte, Bipolarplatte ausgebildete Separatorplatte bei hoher Leistungsabgabe eines Brennstoffzellenstapels,
  • 2 einen Schnitt durch die als Bipolarplatte ausgebildete Separatorplatte aus 1 bei geringer Leistungsabgabe, und
  • 3 schematisch einen bevorzugten Brennstoffzellenstapel mit einem regelbaren Drosselventil zur Veränderung eines Kühlwasserdrucks.
  • In den Figuren sind gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen beziffert.
  • 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine bevorzugte, als Bipolarplatte ausgebildete Separatorplatte 10 eines nicht näher dargestellten Brennstoffzellenstapels. Die Separatorplatte 10 ist zwischen einer anodenseitigen und einer kathodenseitigen Gasdiffusionslage 36, 56 angeordnet. Deren Funktion und Aufbau ist dem Fachmann allgemein bekannt und erfordert keine weiteren Erläuterungen.
  • Die Separatorplatte 10 weist eine erste und eine zweite Plattenflachseite 34, 54 auf, die jeweils durch zwei Bleche 20, 40 mit Kanälen 30, 32 bzw. 50, 52 gebildet sind. In der ersten Plattenflachseite 34 sind Kanäle 30, 32 im ersten Blech 20, in der zweiten Plattenflachseite 54 Kanäle 50, 52 im zweiten Blech 40 ausgebildet. Diese Kanäle 30, 32, 50, 52 dienen zur Führung eines ersten und eines zweiten Fluids, etwa Oxidationsmittel und Kühlfluid oder Reduktionsmittel und Kühlfluid. Als Oxidationsmittel kann beispielsweise Luftsauerstoff, als Reduktionsmittel beispielsweise Wasserstoffgas und als Kühlmittel beispielsweise Wasser eingesetzt werden. Die Kanäle 32, 52 für das zweite Fluid sind als Erhebungen 22, 42 in der jeweiligen Plattenflachseite 34, 54 ausgebildet. Die Kanäle 30, 50 für das jeweils erste Fluid auf der jeweiligen Plattenflachseite 34, 54 sind dort als trogähnliche Vertiefungen 24, 44 ausgebildet. Diese Kanäle 30, 50 sind durch die jeweiligen Gasdiffusionslagen 36, 56 abgeschlossen, welche jeweils an eine nicht dargestellte Brennstoffzellenmembran angrenzen, während die Kanäle 32, 52 des zweiten Fluids innerhalb der Separatorplatte 10 zwischen den beiden Blechen 20, 40 angeordnet sind.
  • Auf der einen Plattenflachseite 34 ist jeweils alternierend ein Kanal 30 für das erste Fluid durch eine Trennwand 26 von einem Kanal 32 für das zweite Fluid getrennt. Auf der anderen Plattenflachseite 54 ist jeweils alternierend ein Kanal 50 für das erste Fluid durch eine Trennwand 46 von einem Kanal 52 für das zweite Fluid getrennt. Die Kanäle 30, 32, 50, 52 sind in an sich bekannter Weise für ein Flow-Field zum Zuführen, Zirkulieren und Abführen der Fluide ausgebildet, bei dem eine Vielzahl von Kanälen für das jeweils erste und das zweite Fluid alternierend nebeneinander angeordnet sind. Die Kanäle 30, 32, 50, 52 sind in dem flexiblen Blech 20 bzw. 40 ausgebildet, das jeweils so ausgelegt ist, dass bei hoher Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels eine auf die Kanäle 30, 32, 50, 52 lastende Kompressionslast durch einen ersten Betriebsdruck des zweiten Fluids ausgeglichen ist. Das zweite Fluid ist insbesondere eine inkompressible Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser.
  • Die Kanäle 32, 52, welche das zweite Fluid führen, sind durch ein dünnes, vorzugsweise als Metallfolie ausgebildetes drittes Blech 60 getrennt, welches zwischen den beiden Blechen 20, 40 angeordnet ist.
  • Die Trennwände 26 zwischen den Kanälen 30, 32, bzw. die Trennwände 46 zwischen den Kanälen 50, 52 für das erste und zweite Fluid sind im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet, wobei ein Querschnitt von Kanälen 30, 50 des jeweiligen ersten Fluids durch eine Expansion der das zweite Fluid führenden Kanäle 32, 52 einstellbar ist. Dies ist in 2 dargestellt.
  • Deutlich erkennbar ist die Verformung der Kanäle 30, 32 und 50, 52, während deren Stegbreiten 62, 64 der im Wesentlichen konstant bleiben. Durch die Erhöhung des Innendrucks des zweiten Fluids in den Kanälen 32, 52 wölben sich die Erhebungen 22, 42 und breiten sich seitlich in die Kanäle 30 bzw. 50 aus. Das dritte Blech 60 bleibt unverformt. Dazu ist das dritte Blech 50 im Einbauzustand zweckmäßigerweise auf lateralen Zug belastet.
  • Die Kanäle 30 und 50 in beiden Plattenflachseiten 34, 54 bzw. die Kanäle 32, 52 im Inneren der Separatorplatte 10 sind sich gegenüberliegend angeordnet.
  • Bei geringer Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels ist der Querschnitt von Reaktionsfluide führenden Kanälen 30, 50 verkleinert, so dass deren Strömungswiderstand und der Druckabfall erhöht ist, was die Gleichverteilung der Fluide verbessert. Dagegen ist bei hoher Leistungsabgabe der Querschnitt von Reaktionsfluiden führenden Kanälen 30, 50 maximal mit entsprechend kleinem Druckabfall.
  • Dadurch, dass das Druckniveau des zweiten Fluids, vorzugsweise Kühlwasser, von seinem Durchsatz entkoppelt werden kann, können Reibungsverluste im Kreislauf des zweiten Fluids gering gehalten werden, und die gewünschte Korrelation von hoher elektrischer Strombelastung des Brennstoffzellenstapels mit hohem Kühlwasserdurchsatz bei großem Kanalquerschnitt und geringem Kühlwasserdruck (1) kann beibehalten werden.
  • 3 zeigt grob schematisch einen bevorzugten Brennstoffzellenstapel 80, der mit wenigstens einer der beschriebenen Separatorplatten 10 ausgestattet ist. Dem Brennstoffzellenstapel 80 wird ein Oxidationsmittel O2, ein Reduktionsmittel H2 als erste Fluide sowie ein Kühlfluid H2O als zweites Fluid zugeführt. Details des zugeordneten Brennstoffzellensystems sind nicht dargestellt, dem Fachmann jedoch geläufig.
  • Um den Innendruck des zweiten Fluids, insbesondere Kühlwasser, gezielt verändern zu können, ist ein regelbares Drosselventil 70 vorgesehen, das den Innendruck des zweiten Fluids von einem Durchsatz im Brennstoffzellenstapel 80 entkoppelt und abhängig von einer Leistungsabgabe die Kanäle 30, 32, 50, 52 verformt.
  • Zusätzlich kann eine auf die Separatorplatten 10 des Brennstoffzellenstapels 80 lastende Kompressionslast eingestellt werden. Dazu sind nicht dargestellte Mittel zur Einstellung einer axialen Kompression vorgesehen. Dabei ist die Kompression bei geringer Leistungsabgabe höher als bei hoher Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels 80.
  • Die Kompression kann abhängig von einem Innendruck des Kühlfluids und einem Druck eines Reaktionsfluids eingestellt werden. Die einstellbare, an die Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels 80 angepasste Kompression sorgt für eine stets gleichmäßige optimale Kompression des Brennstoffzellenstapels 80 und damit der Gasdiffusionslagen 36, 56 (1, 2). Somit entfällt das Risiko einer Ermüdung der Gasdiffusionslagen 36, 56 aufgrund von Wechselbelastungen. Ferner können damit die elektrischen Kontaktwiderstände zwischen den Separatorplatten 10 und den Gasdiffusionslagen 36, 56, die vom Anpressdruck abhängen, konstant auf niedrigem Niveau gehalten werden.

Claims (19)

  1. Separatorplatte eines Brennstoffzellenstapels, bei der wenigstens auf einer Plattenflachseite (34, 54) Kanäle (30, 32, 50, 52) zur Führung eines ersten und eines zweiten Fluids vorgesehen sind, wobei ein Kanal (30, 50) für das erste Fluid jeweils durch eine Trennwand (26, 46) von einem Kanal (32, 52) für das zweite Fluid getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (26, 46) zwischen den Kanälen (30, 32, 50, 52) für das erste und das zweite Fluid im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet ist.
  2. Separatorplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt von Kanälen (30, 50) des ersten Fluids durch eine Expansion der das zweiten Fluid führenden Kanäle (32, 52) einstellbar ist.
  3. Separatorplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (30, 32, 50, 52) in einem flexibles Blech (20, 40) ausgebildet ist, wobei das Blech (20, 40) so ausgelegt ist, dass bei hoher Leistungsabgabe im Betrieb des Brennstoffzellenstapels (80) eine auf die Kanäle (30, 32, 50, 52) lastende Kompressionslast durch einen ersten Betriebsdruck des zweiten Fluids ausgeglichen ist.
  4. Separatorplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stegbreite (62, 64) der Kanäle (30, 32, 50, 52) im Wesentlichen konstant bleibt.
  5. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringer Leistungsabgabe der Querschnitt von Reaktionsfluiden führenden Kanälen (30, 50) verkleinerbar ist.
  6. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei hoher Leistungsabgabe der Querschnitt von Reaktionsfluiden führenden Kanälen (30, 50) maximal ist.
  7. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Bleche (20, 40) mit Kanälen (30, 32, 50, 52) gegenüberliegen und durch ein dazwischen angeordnetes drittes Blech (60) getrennt sind.
  8. Separatorplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Blech (60) im Einbauzustand auf lateralen Zug belastet ist.
  9. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Einbauzustand die Querschnitte der Kanäle (30, 32, 50, 52) durch einen Innendruck eines den beiden Bleche (20, 40) gemeinsamen Kühlfluids veränderbar sind.
  10. Brennstoffzellenstapel mit einer Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens auf einer Plattenflachseite (34, 54) Kanäle (30, 32, 50, 52) zur Führung eines ersten und eines zweiten Fluids vorgesehen sind, wobei jeweils ein Kanal (32, 52) für das erste Fluid durch eine Trennwand (26, 46) von einem Kanal (30, 50) für das zweite Fluid getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (26, 46) zwischen den Kanälen (30, 32, 50, 52) für das erste und das zweite Fluid im Rahmen von im Betrieb aufgebrachten Betriebsdrücken flexibel ausgebildet ist.
  11. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer elektrischen Leistungsabgabe im Betrieb eine auf die Separatorplatte (10) lastende Kompressionslast einstellbar ist.
  12. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselventil (70) vorgesehen ist, das bei geringer Leistungsabgabe einen Innendruck eines Kühlfluids in einem Kanal (32, 52) gegenüber einem Innendruck bei hoher Leistungsabgabe erhöht.
  13. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung einer axialen Kompression des Brennstoffzellenstapels (80) abhängig von der Leistungsabgabe.
  14. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression bei geringer Leistungsabgabe höher ist als bei hoher Leistungsabgabe.
  15. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression abhängig von einem Innendruck des Kühlfluids und einem Druck eines Reaktionsfluids einstellbar ist.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt von Kanälen (30, 32, 50, 52) einer Separatorplatte (10) belastungsabhängig über einen Innendruck eines durch die Separatorplatte (10) fließenden Fluids eingestellt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck erhöht wird, wenn die elektrische Leistungsabgabe gering ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (80) komprimiert wird, wenn die elektrische Leistungsabgabe gering ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression abhängig von einem Innendruck eines Kühlfluids in der Separatorplatte (10) und/oder einem Druck von Reaktionsfluiden eingestellt wird.
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DE102008056421A1 (de) 2008-11-07 2010-05-12 Daimler Ag Separatorplatte für eine Brennstoffzelle mit einer Elektrolytmembran
CN113903961A (zh) * 2021-11-22 2022-01-07 中汽创智科技有限公司 一种双极板组件及燃料电池

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