DE102008033209A1 - Fuel cell arrangement i.e. polymer-electrolyte-membrane fuel cell arrangement, for vehicle, has rods arranged relative to each other, such that electrode-arrangement arranged between bipolar plates is corrugated in mounted condition - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a fuel cell assembly according to the Features of the preamble of claim 1.
Eine Brennstoffzellenanordnung oder ein Brennstoffzellenstapel (auch kurz Stack genannt) besteht aus mehreren, elektrisch in Serie geschalteten, planparallel übereinander gestapelt angeordneten Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle weist als Elektroden in Form von Gasdiffusionselektroden eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Elektrolyt auf, beispielsweise in Form einer Polymer-Elektrolyt-Membran (kurz PEM bezeichnet), die zusammen eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz MEA bezeichnet) bilden.A Fuel cell assembly or a fuel cell stack (also short stack) consists of several, electrically connected in series, plane-parallel one above the other Stacked arranged fuel cells. Each fuel cell points as electrodes in the form of gas diffusion electrodes an anode, a Cathode and an intermediate electrolyte, for example in the form of a polymer electrolyte membrane (PEM short), the together a membrane-electrode arrangement (MEA short) form.
Zwischen den im Brennstoffzellenstapel benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen ist jeweils eine Bipolarplatte (auch Bipolar-Separatorplatteneinheit genannt) angeordnet. Die Bipolarplatte dient dabei der Beabstandung benachbarter Membran-Elektroden-Anordnungen, dem Verteilen von Reaktionsstoffen für die Brennstoffzelle wie Brennstoff und Oxidationsmittel über die angrenzenden Membran-Elektroden-Anordnungen und dem Abführen der Reaktionsstoffe in hierfür vorgesehenen, jeweils zu den Membran-Elektroden-Anordnungen hin offenen Kanälen, der Abfuhr der Reaktionswärme über ein in separaten Kühlmittelkanälen geführtes Kühlmittel sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode und der Kathode von benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen.Between the membrane electrode assemblies adjacent the fuel cell stack is in each case a bipolar plate (also bipolar separator plate unit called) arranged. The bipolar plate serves the spacing adjacent membrane-electrode assemblies, distributing reactants for the fuel cell like fuel and oxidant over the adjacent membrane-electrode assemblies and the discharge the reactants provided in this, respectively to the Membrane electrode assemblies towards open channels, the Dissipate the heat of reaction via a separate Coolant channels guided coolant and the production of an electrical connection between the Anode and the cathode of adjacent membrane-electrode assemblies.
Als Reaktionsstoffe werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe (kurz: Reaktionsgase) eingesetzt, z. B. Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltenes Gas (z. B. Reformatgas) als Brennstoff und Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltenes Gas (z. B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion beteiligten Stoffe verstanden, einschließlich der Reaktionsprodukte, wie z. B. Wasser oder abgereicherter Brennstoff.When Reactants are a fuel and an oxidant used. Most gaseous reactants (in short: reaction gases) are used, z. B. hydrogen or a hydrogen-containing gas (eg, reformate gas) as fuel and oxygen or an oxygen-containing gas (eg. As air) as an oxidizing agent. Under Reactants are all understood substances involved in the electrochemical reaction, including the reaction products, such as. B. water or depleted fuel.
Die jeweilige Bipolarplatte besteht dabei aus einem Formteil, vorzugsweise jedoch aus zwei oder mehr planparallel miteinander verbundenen Formteilen, insbesondere Platten – einer Anodenplatte zur Verbindung mit der Anode der einen Membran-Elektroden-Anordnung und einer Kathodenplatte zur Verbindung mit der Kathode der anderen Membran-Elektroden-Anordnung – oder einer Platte mit ober- und unterseitig eingebrachten Kanalstrukturen. An der der einen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der Anodenplatte sind dabei Anodenkanäle zur Verteilung eines Brennstoffs entlang der einen Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet, wobei an der der anderen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der Kathodenplatte Kathodenkanäle zur Verteilung des Oxidationsmittels über der anderen Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet sind. Die Kathodenkanäle und die Anodenkanäle haben keine Verbindung miteinander.The respective bipolar plate consists of a molded part, preferably However, from two or more plane-parallel interconnected moldings, in particular plates - an anode plate for connection with the anode of a membrane-electrode assembly and a cathode plate for connection to the cathode of the other membrane-electrode assembly - or a plate with introduced on top and bottom channel structures. At the surface facing the membrane-electrode assembly The anode plate are anode channels for distribution a fuel along the membrane electrode assembly arranged wherein facing the other of the membrane-electrode assembly Surface of the cathode plate cathode channels for Distribution of oxidant over the other membrane-electrode assembly are arranged. The cathode channels and the anode channels have no connection with each other.
Die Kathoden- und Anodenkanäle werden dabei von durch Erhebungen (im Weiteren Stege genannt) voneinander getrennten Vertiefungen (im Weiteren Kanäle genannt) auf den jeweils den Membran-Elektroden-Anordnungen zugewandten Oberflächen der Anoden- und Kathodenplatte gebildet. Die Kathoden- und Anodenplatte sind vorzugsweise geformt, insbesondere hohl geprägt. Die Stege und Kanäle werden beispielsweise diskontinuierlich durch Hohlprägen (mit Form und Stempel), Hydroforming (mit Form und Flüssigkeit), Hochgeschwindigkeitsumformen (mit Form und Stempel), Formrecken, Tiefziehen, Fließpressen oder dergleichen, oder kontinuierlich durch Walzen oder Ziehen hergestellt.The Cathode and anode channels are thereby by surveys (called webs hereinafter) separate recesses (hereinafter called channels) on each of the membrane-electrode assemblies facing surfaces of the anode and cathode plate educated. The cathode and anode plates are preferably shaped especially hollow shaped. The walkways and channels For example, they are discontinuous by hollow embossing (with mold and stamp), hydroforming (with mold and liquid), High speed forming (with mold and punch), forming, deep drawing, Extrusion or the like, or continuously Rolling or drawing made.
Um bei einer Verwendung einer Brennstoffzellenanordnung für ein Fahrzeug im Betrieb eine hinreichende Wirtschaftlichkeit und geringe Kosten zu erzielen, sind einerseits die Leistung pro Quadratmeter Zellfläche und der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu steigern, indem beispielsweise Leistungsverluste infolge von Kontakt- und/oder Materialwiderständen reduziert sowie Stoff- und Ladungstransport verbessert werden. Andererseits werden zunehmend kostengünstige Materialien, wie z. B. rollbare Elektrodenlagen für die Gasdiffusionselektroden, verwendet.Around when using a fuel cell assembly for a vehicle in operation has sufficient economy and Low costs are on the one hand the performance per square meter Cell area and the efficiency of the fuel cell for example, by reducing power losses as a result of contact and / or reduced material resistances as well as fabric and Charge transport can be improved. On the other hand, there are increasing inexpensive materials, such. B. rollable electrode layers for the gas diffusion electrodes.
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Insbesondere durch die Verwendung von kostengünstigen Materialien, wie flexibler, rollbarer Gasdiffusionselektroden-Lagen besteht das Problem, dass bedingt durch die weitgehend biegeweichen, flexiblen und/oder nachgiebigen Diffusionslagenmaterialen bei Montage der Brennstoffzellenanordnung ein von außen aufgebrachter Pressdruck auf die Stege (= Flussfeldstege, d. h. Stege im Bereich der Strömungsfelder) schlecht zur aktiven Schicht (dem Katalysator und der Membran) verteilt wird. Hierdurch entstehen insbesondere in Kanalbereichen erhöhte Kontaktwiderstände zwischen den Schichten und auch im Diffusionslagenmaterial selbst, welche je nach Konfiguration zu sehr deutlichen Leistungsverlusten führen können.Especially through the use of inexpensive materials, such as flexible, rollable gas diffusion electrode layers, the problem is that due to the largely flexible, flexible and / or compliant diffusion layer materials during assembly of the fuel cell assembly an externally applied pressure on the webs (= Flussfeldstege, d. H. Webs in the area of flow fields) poorly distributed to the active layer (the catalyst and the membrane). This results in increased in particular in channel areas Contact resistances between the layers and also in the diffusion layer material itself, which depending on the configuration to very significant power losses being able to lead.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenanordnung anzugeben, welche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten verbessert ist.Of the Invention is based on the object, a fuel cell assembly indicate which ones compared to those of the prior art known is improved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.The The object is achieved by the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Brennstoffzellenordnung umfasst mehrere Membran-Elektroden-Anordnungen, zwischen denen jeweils mindestens eine Bipolarplatte, die aus mindestens einer oder zwei planparallel zueinander angeordneten Platten gebildet ist, angeordnet ist, wobei zumindest auf einer oder beiden Außenseiten der jeweiligen Platte jeweils ein Strömungsfeld durch in die Platte eingebrachte Kanalstrukturen mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Kanälen und zwischen zwei Kanälen parallel zueinander verlaufenden Stegen gebildet ist. Erfindungsgemäß sind zumindest die Stege zweier zueinander gerichteter Außenseiten zweier benachbarter Bipolarplatten derart zueinander angeordnet und/oder mit zueinander korrespondierenden Abmessungen versehen, dass eine zwischen den beiden Bipolarplatten angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung im montierten Zustand gewellt ist.The Fuel cell assembly includes a plurality of membrane-electrode assemblies, between each of which at least one bipolar plate consisting of at least one or two plane-parallel plates formed is arranged, wherein at least on one or both outer sides of the respective plate in each case a flow field through in the Plate introduced channel structures with several parallel to each other running channels and between two channels formed parallel to each other webs. At least according to the invention the webs of two mutually directed outer sides of two adjacent bipolar plates arranged to each other and / or provided with mutually corresponding dimensions that a arranged between the two bipolar plates membrane electrode assembly is corrugated in the assembled state.
Mit anderen Worten: Die Stege zweier benachbarter Strömungsfelder, die jeweils außenseitig der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet sind, sind hinsichtlich ihrer Anordnung und/oder Abmessung derart variierend zueinander ausgebildet, dass ein bei der Montage wirkender Anpressdruck einer Membran-Elektroden-Anordnung an die angrenzenden Bipolarplatten entlang der Oberfläche der Membran-Elektroden-Anordnung weitgehend homogenisiert ist. Erreicht wird diese homogenere Verpressung der aktiven Schicht durch die gewellte Membran-Elektroden-Anordnung infolge einer wellenförmigen Verspannung der Gasdiffusionselektroden-Lage unter dem Pressdruck der verschiedenen Stege. Durch die Auslenkung aus der ebenen Normallage übt die Gasdiffusionselektroden-Lage dieser Auslenkung entgegen einen Druck aus, der auch bei breiteren Kanälen noch in der Kanalmitte eine höhere Kompression bewirkt.With In other words, the webs of two adjacent flow fields, each on the outside of the membrane-electrode assembly are formed, in terms of their arrangement and / or dimension formed so varied to one another that a during assembly acting contact pressure of a membrane-electrode assembly to the adjacent bipolar plates along the surface of the Membrane electrode assembly is largely homogenized. Reached This more homogeneous compression of the active layer by the corrugated membrane electrode assembly due to a wavy Tensioning of the gas diffusion electrode layer under the pressing pressure the various bridges. By the deflection of the plane normal position exercises the gas diffusion electrode position of this deflection against a Pressure off, even with wider channels still in the middle of the channel causes a higher compression.
Insbesondere sind die Stege derart ausgebildet, dass insbesondere einander gegenüberliegende Stege voneinander verschieden ausgebildet sind. Hierdurch kann ein deutlich höherer Anpressdruck und somit eine deutliche Erhöhung einer Materialverpressung des Gasdiffusionslagen-Materials im Kanalbereich auch bei breiteren Kanälen erzielt werden. Dies wiederum bewirkt sinkende Verluste, insbesondere eine Reduzierung von Druckverlusten im Strömungsfeld und eine deutlich höhere Leistungsdichte auch bei Roll-Gasdiffusionselektroden-Lagen.Especially the webs are formed such that in particular opposite webs are formed differently from each other. This can be a clear higher contact pressure and thus a significant increase a material compression of the gas diffusion layer material in the channel area can be achieved even with wider channels. this in turn causes sinking losses, in particular a reduction of pressure losses in the flow field and a much higher power density too at roll gas diffusion electrode layers.
Durch eine derartige Optimierung von Stegbreiten und/oder Steghöhen und/oder einer versetzten Steganordnung können eine Anpassung an lokale Bedingungen in den angrenzenden Kanälen und damit einhergehend eine Optimierung der Leistungsdichte einer Brennstoffzellenanordnung erzielt werden. Insbesondere bei einer Brennstoffzellenanordnung mit flexiblen Lagen von Gasdiffusionselektroden können somit unterschiedliche Anforderungen an den Fluid-, insbesondere Gastransport, wie auch unterschiedliche thermische und elektrische Leitfähigkeitsanforderungen durch entsprechende Variation der Stegbreiten und/oder der Steghöhen und/oder der versetzten Steganordnung erfüllt und erreicht werden.By Such optimization of web widths and / or web heights and / or an offset web arrangement may be an adaptation to local conditions in the adjacent channels and so on accompanied by an optimization of the power density of a fuel cell assembly be achieved. In particular, in a fuel cell assembly with flexible layers of gas diffusion electrodes thus different requirements for the fluid, in particular Gas transport, as well as different thermal and electrical Conductivity requirements by appropriate variation the web widths and / or the web heights and / or the offset Bar arrangement met and achieved.
In einer möglichen Ausführungsform sind die Stege der beiden parallel zueinander angeordneten Bipolarplatten seitlich versetzt zueinander angeordnet. Bei einer Verpressung der beiden Bipolarplatten mit der dazwischen angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung ergibt sich für diese die gewellte Form, indem die Membran-Elektroden-Anordnung durch den Druck der Stege der einen Bipolarplatte in die gegenüberliegenden Kanäle der anderen Bipolarplatte gebogen wird.In one possible embodiment, the webs of the two mutually parallel bipolar plates are arranged laterally offset from one another. When the two bipolar plates are pressed together with the membrane-electrode arrangement arranged therebetween, the corrugated shape results for them, as the membrane-electrode arrangement is replaced by the pressure of the webs of one bipolar plate into the opposite channels of the other bipolar plate is bent.
Hierzu sind die Stege zweckmäßigerweise derart seitlich versetzt zueinander angeordnet, dass die Stege der einen Bipolarplatte in die Kanäle der anderen Bipolarplatte zumindest teilweise hineinragen oder zumindest den Kanälen der anderen Bipolarplatte gegenüberliegen.For this the webs are expediently such side staggered to each other, that the webs of a bipolar plate in the channels of the other bipolar plate at least partially protrude or at least the channels of the other bipolar plate are opposite.
In einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform weisen die Stege der beiden parallel zueinander angeordneten Bipolarplatten unterschiedliche Höhen auf. Vorzugsweise weisen die Stege der jeweiligen oder einer jeden Bipolarplatte abwechselnd unterschiedliche Höhen auf. So weisen beispielsweise die Stege eines Kathodenströmungsfelds (auf einer Seite der Membran-Elektroden-Anordnung und gebildet durch die Stege der einen Bipolarplatte) immer abwechselnd einen bestimmten Höhenversatz und somit abwechselnd unterschiedliche Höhen auf. Die Stege des gegenüberliegenden Anodenströmungsfeldes (auf der anderen Seite der Membran-Elektroden-Anordnung und gebildet durch die Stege der anderen Bipolarplatte) sind derart ausgebildet, dass deren unterschiedliche Höhen und somit deren Höhenversatz mit den Höhen und dem Höhenversatz der Stege der anderen Bipolarplatte derart korrespondieren, dass niedrige Stege der einen Bipolarplatte hohen Stegen der anderen Bipolarplatte oder umgekehrt einander gegenüberliegen. Mit anderen Worten: Die beiden Bipolarplatten sind derart zueinander angeordnet, dass Stege mit unterschiedlichen Höhen einander gegenüberliegend angeordnet sind.In another alternative or additional embodiment have the webs of the two parallel arranged bipolar plates different heights. Preferably, the webs the respective or each bipolar plate alternately different Heights up. For example, the webs of a cathode flow field (on one side of the membrane-electrode assembly and formed by the webs of a bipolar plate) always alternately a certain Height offset and thus alternately different heights on. The webs of the opposite anode flow field (on the other side of the membrane electrode assembly and formed through the webs of the other bipolar plate) are designed such that their different heights and thus their height offset with the heights and the height offset of the webs of the other bipolar plate correspond in such a way that low bars one bipolar plate high webs of the other bipolar plate or conversely opposed to each other. In other words: The two bipolar plates are arranged relative to one another such that Bars with different heights opposite each other are arranged.
Darüber hinaus können die Stege und/oder die Kanäle einer jeden Bipolarplatte zumindest eine variierende Kanalbreite, eine variierende Stegbreite und/oder einen variierenden Kanalabstand aufweisen. Durch entsprechende Dimensionierung der Steg- und/oder Kanalbreiten und/oder Kanalabstände ist eine Verbesserung der Kompression möglich. So kann beispielsweise ein verbreiterter hervorstehender Steg im konvexen Teil der Wellenform der Membran-Elektroden-Anordnung eine hohe Kompression auch noch bis weit in den Kanal der Gegenseite bewirken.About that In addition, the webs and / or the channels of a each bipolar plate at least one varying channel width, a varying land width and / or a varying channel spacing exhibit. By appropriate dimensioning of the web and / or Channel widths and / or channel spacing is an improvement the compression possible. For example, a broadened protruding ridge in the convex part of the waveform of the membrane-electrode assembly a high compression even far into the channel of the opposite side cause.
Zur Erzielung der Wellenform der Membran-Elektroden-Anordnung im gepressten Zustand sind die beiden Bipolarplatten vorzugsweise derart zueinander angeordnet, dass Stege mit unterschiedlichen Stegbreiten einander gegenüberliegend angeordnet sind.to Achieving the waveform of the membrane-electrode assembly in the pressed State, the two bipolar plates are preferably such to each other arranged that webs with different web widths each other are arranged opposite one another.
Alternativ oder zusätzlich können die beiden Bipolarplatten derart zueinander angeordnet sein, dass Stege mit unterschiedlichen Stegbreiten und/oder mit unterschiedlichen Höhen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Darüber hinaus können die Stege zumindest teilweise oder vollständig versetzt zueinander angeordnet sein. Dabei sind die Stege vorzugsweise derart zueinander versetzt angeordnet, dass diese zumindest teilweise oder vollständig in Kanäle eingreifen oder diesen gegenüberliegend angeordnet sind.alternative or in addition, the two bipolar plates be arranged to each other such that webs with different Bridge widths and / or with different heights each other are arranged opposite one another. In addition, you can the webs at least partially or completely offset be arranged to each other. The webs are preferably such arranged offset to each other that these at least partially or completely engage in or opposite channels are arranged.
Ferner ist eine beliebige Kombination verschiedener Stegformen, z. B. verschiedene Steghöhen und/oder Stegbreiten, und/oder von verschiedenen Stegversätzen, z. B. Höhenversatz und/oder Seitenversatz, möglich. Beispielsweise ist sowohl ein Höhenversatz, d. h. unterschiedliche Steghöhen, zwischen den Stegen einer Platte als auch ein seitlich teilweiser oder vollständiger Versatz der Stege von korrespondierenden Platten gegeneinander möglich.Further is any combination of different web shapes, z. B. different Web heights and / or web widths, and / or of different Bridge offsets, z. B. height offset and / or lateral offset, possible. For example, both a height offset, d. H. different web heights, between the webs of a Plate as well as laterally partial or more complete Offset of the webs of corresponding plates against each other possible.
Vorzugsweise sind die beiden Bipolarplatten derart zueinander angeordnet, dass eine Gesamthöhe einer Anordnung aus zwei Bipolarplatten und der dazwischen liegenden Membran-Elektroden-Anordnung konstant ist. Dies erlaubt eine höhere Packungsdichte.Preferably the two bipolar plates are arranged to each other such that an overall height of an array of two bipolar plates and the intervening membrane-electrode assembly constant is. This allows a higher packing density.
Darüber hinaus ist die Geometrie der Stege an Strömungsverhältnisse und/oder -parameter des Strömungsfeldes angepasst. In einer möglichen Ausführungsform weisen die Stege der beiden Bipolarplatten abgerundete Stegkanten auf. Derartige abgerundete Stegkanten bewirken eine Vermeidung oder zumindest eine Reduzierung von Belastungsspitzen der Membran-Elektroden-Anordnung.About that In addition, the geometry of the webs of flow conditions and / or parameters of the flow field adapted. In a possible embodiment, the webs of the on both bipolar plates rounded ridge edges. Such rounded ones Web edges cause avoidance or at least a reduction of load peaks of the membrane-electrode assembly.
Alternativ oder zusätzlich können die Stege der beiden Bipolarplatten eine unebene Stegoberfläche, insbesondere eine schräge oder ovale Stegoberfläche, aufweisen. Auch dies führt zu einer Verbesserung des Verpressungseffektes und zur Reduzierung von Belastungsspitzen.alternative or additionally, the webs of the two bipolar plates an uneven web surface, in particular an oblique or oval web surface. This too leads to improve the compression effect and to reduce it of load peaks.
Für einen möglichst kostengünstigen Aufbau der Brennstoffzellenanordnung ist die Membran-Elektroden-Anordnung aus zwei Gasdiffusionselektroden und einer dazwischen liegenden Polymer-Elektrolyt-Membran gebildet, wobei die Gasdiffusionselektroden bevorzugt aus einer flexiblen, insbesondere rollbaren Lage gebildet sind.For a cost-effective design of the fuel cell assembly is the membrane-electrode assembly of two gas diffusion electrodes and an intermediate polymer electrolyte membrane, the gas diffusion electrodes preferably being made of a flexible, especially rollable layer are formed.
Zur Kühlung der Brennstoffzellenanordnung können darüber hinaus zwei unmittelbar aneinander angrenzende Bipolarplatten derart zueinander angeordnet sein, dass Negativstrukturen der Kanäle und der Stege Kühlkanäle und/oder Zudosierungskanäle für das jeweilige Strömungsfeld bilden.to Cooling of the fuel cell assembly can about it In addition, two directly adjacent bipolar plates such be arranged to each other, that negative structures of the channels and the webs cooling channels and / or Zudosierungskanäle for form the respective flow field.
Bevorzugt kann es sich bei der Brennstoffzellenanordnung um eine so genannte PEM-Brennstoffzellenanordnung aus einer Anzahl von gestapelten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen handeln, zwischen denen jeweils eine Bipolarplatte angeordnet ist.Preferably, the fuel cell assembly may be a so-called PEM fuel cell assembly of a number of stacked polymer electrolyte membrane fuel cells, between each of which a bipolar plate is arranged.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Dabei
zeigt die
Bei
der Brennstoffzellenanordnung
Die
jeweilige Bipolarplatte
In
mindestens eine Außenseite der Platte oder einer der Platten
oder beider Platten der jeweiligen Bipolarplatte
Im
Betrieb der Brennstoffzellenanordnung
In
Im
Stand der Technik sind die Stege S1, S2 einander gegenüberliegender
Bipolarplatten
Nachfolgend
werden verschiedene alternative Ausführungsformen der Erfindung
anhand der
Um
Transportverluste, Kontakt- und/oder Materialwiderstände
sowie Fluid- oder Gas-, Wärmetransport- und/oder Ladungstransportverluste
zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, sind die Stege S1, S2
zweier zueinander gerichteter Außenseiten zweier benachbarter
Bipolarplatten
Dabei
weisen die Stege S1 und S2 der beiden gegenüberliegenden
Bipolarplatten
Darüber
hinaus ist die jeweilige Bipolarplatte
Bei
Verpressung der Bipolarplatten
Um
auch eine hinreichende Materialverpressung bei breiteren Kanälen
K1 bzw. K2 zu erzielen, können, wie in
Dabei
können die Stege S1 und S2 derart zueinander versetzt sein,
dass deren Stegoberfläche in die Kanäle K2 bzw.
K1 der anderen Bipolarplatte
Alternativ
oder zusätzlich können die Stege S1, S2 unterschiedliche
Stegbreiten bS1 bzw. bS2 aufweisen.
Auch können die Kanäle K1, K2 unterschiedliche
Kanalbreiten bK1 bzw. bK2 aufweisen.
Dabei können die Stege S1 oder S2 der jeweiligen Bipolarplatte
Ferner ist eine beliebige Kombination von verschiedenen Stegen S1, S2 mit unterschiedlichen Steghöhen H1, H1.1, H1.2 bzw. H2, H2.1, H2.2 und/oder unterschiedlichen Stegbreiten bS1, bS1.1, bS1.2 bzw. bS2, bS2.1, bS2.2 und/oder verschiedenen Kanälen K1, K2 mit unterschiedlichen Kanalbreiten bK1 bzw. bK2 möglich.Furthermore, any combination of different webs S1, S2 with different web heights H1, H1.1, H1.2 or H2, H2.1, H2.2 and / or different web widths b S1 , b S1.1 , b S1. 2 or b S2 , b S2.1 , b S2.2 and / or different channels K1, K2 with different channel widths b K1 or b K2 possible.
Auch
können die Kanalabstände a1, a2 unterschiedlich
sein. Unter dem jeweiligen Kanalabstand a1, a2 wird dabei insbesondere
der Abstand zwischen einer Kanalwand eines Kanals und der gleichen
Kanalwand eines parallel zu diesem Kanal angeordneten benachbarten
Kanals einer Bipolarplatte verstanden. Somit entspricht der Kanalabstand
a1 in etwa der Summe aus Kanalbreite bK1 eines
Kanals K1 und der Stegbreite bS1 eines angrenzenden
Steges S1 der Bipolarplatte
Bei
den möglichen Kombinationen von Variationen der Kanal-
und/oder Stegkonturen und/oder -abmessungen wird dabei stets sichergestellt,
dass die Gesamthöhe und somit die Dicke zweier Bipolarplatten
Die
Kühlkanäle KK sind beispielsweise innenseitig
durch Negativstrukturen der äußeren Kanalstrukturen
aus den Kanälen K1, K2 bzw. den Stegen S1, S2 der beiden
Bipolarplatten
- 11
- BrennstoffzellenanordnungA fuel cell assembly
- 22
- Membran-Elektroden-AnordnungMembrane electrode assembly
- 2.1, 2.22.1 2.2
- GasdiffusionselektrodeGas diffusion electrode
- 2.32.3
- Polymer-Elektrolyt-MembranPolymer electrolyte membrane
- 3.1, 3.23.1 3.2
- Bipolarplattenbipolar plates
- a1, a2a1, a2
- Kanalabstandchannel spacing
- bK1, bK2 b K1 , b K2
- Kanalbreitechannel width
- bS1, bS1.1, bS1.2 b S1 , b S1.1 , b S1.2
- Stegbreite der Stege der einen Bipolarplatteweb width the webs of a bipolar plate
- bS2, bS2.1, bS2.2 b S2 , b S2.1 , b S2.2
- Stegbreite der Stege der anderen Bipolarplatte Stegbreiteweb width the webs of the other bipolar plate bridge width
- F1, F2F1, F2
- Strömungsfeldflow field
- H1, H1.1, H1.2H1, H1.1, H1.2
- Steghöhen der Stege der einen Bipolarplatteweb heights the webs of a bipolar plate
- H2, H2.1, H2.2H2, H2.1, H2.2
- Steghöhen der Stege der anderen Bipolarplatteweb heights the webs of the other bipolar plate
- K1, K2K1, K2
- Kanälechannels
- S1, S2S1, S2
- StegeStege
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