DE102010011206A1 - Fuel cell stack i.e. proton exchange membrane fuel cell stack, for producing power, has bipolar plates whose edges rest against outer structure, where supply of fuel and oxidant and removal of products takes place over edges of plates - Google Patents

Fuel cell stack i.e. proton exchange membrane fuel cell stack, for producing power, has bipolar plates whose edges rest against outer structure, where supply of fuel and oxidant and removal of products takes place over edges of plates Download PDF

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Abstract

The stack has an outer structure coherent in a stacking direction of bipolar plates (8) and separated from the bipolar plates. Edges (8a, 8b) of the bipolar plates rest against the structure. Supply of fuel i.e. hydrogen, and oxidant in flow paths of the bipolar plates and removal of reaction products from the flow paths take place over the edges of the bipolar plates via the structure. A medium gasket (5) and/or an insulating composite layer (4) surrounds a circumference of the bipolar plates. The structure comprises hollow profile elements (A, B) in the form of extruded profiles. An independent claim is also included for a method for manufacturing a fuel cell stack for producing power from reaction of fuel with oxidant to reaction product.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstapel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The present invention relates to a fuel cell or Elektrolyseurstapel and a method for its preparation.

Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, in der aus der Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel Strom gewonnen wird. Sie umfasst einen festen oder flüssigen Elektrolyten, welcher für Ionen durchlässig, für die Elektronen jedoch undurchlässig ist, sowie einen Katalysator, der Elektronen vom Brennstoff abtrennt. Die Ionen werden durch den Elektrolyten zur Kathode transportiert, während die Elektronen von der Anode über einen äußeren Leiter zur Kathode transportiert werden, wo die Ladung der Ionen wieder ausgeglichen wird. Häufig finden Wasserstoff (H) als Brennstoff und Sauerstoff (O) oder Luft als Oxidationsmittel Verwendung, wobei die Reaktion zu Wasser beziehungsweise Wasserdampf als Reaktionsprodukt führt. Die zugehörigen Reaktionen sind dann: H2 ⇒ 2H+ + 2e (anodische Reaktion) 2H+ + 2e + ½O2 ⇒ H2O (kathodische Reaktion) A fuel cell is a galvanic cell in which power is recovered from the reaction of a fuel with an oxidant. It comprises a solid or liquid electrolyte which is permeable to ions but impermeable to the electrons, and a catalyst which separates electrons from the fuel. The ions are transported by the electrolyte to the cathode, while the electrons are transported from the anode via an external conductor to the cathode, where the charge of the ions is balanced again. Often find hydrogen (H) as fuel and oxygen (O) or air as the oxidant use, the reaction leads to water or water vapor as a reaction product. The associated reactions are then: H 2 ⇒ 2H + + 2e - (anodic reaction) 2H + + 2e - + ½O 2 ⇒ H 2 O (cathodic reaction)

Neben Wasserstoff kommen aber auch andere Stoffe, bspw. Methan oder Alkohole kommen grundsätzlich als Brennstoffe in Frage. In einem Elektrolyseur wird dagegen die umgekehrte Reaktion zur Aufspaltung eines Reaktanden, beispielsweise Wasser, in seine Bestandteile, etwa Wasserstoff und Sauerstoff, durch Zufuhr von elektrischer Leistung herbeigeführt.In addition to hydrogen but other substances, for example. Methane or alcohols are basically considered as fuels in question. In an electrolyzer, however, the reverse reaction for the decomposition of a reactant, for example water, into its constituents, such as hydrogen and oxygen, by supplying electrical power is brought about.

Ein Beispiel für eine typische Wasserstoff-Brennstoffzelle ist die sog. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC). Darin wird der Elektrolyt durch eine für Protonen durchlässige und für Elektronen undurchlässige Polymermembran gebildet, die eine plattenförmige Anode von einer ebenfalls plattenförmigen Kathode trennt. Andere typische Elektrolyte in Brennstoffzellen sind gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen oder Keramiken.An example of a typical hydrogen fuel cell is the so-called Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). In it, the electrolyte is formed by a permeable to protons and for electron-impermeable polymer membrane which separates a plate-shaped anode of a plate-shaped cathode also. Other typical electrolytes in fuel cells are dissolved alkalis or acids, alkali carbonate melts or ceramics.

Die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser in einer solchen Anordnung führt je nach Konstruktion von Anode, Kathode und Elektrolyt zu einer Spannung von 0,6 bis 0,7 Volt. Da aber häufig höhere Spannungen benötigt werden, schaltet man eine Vielzahl solcher Zellen in Reihe. Eine solche Reihenschaltung wird in der Regel in Form eines Brennstoffzellenstapels realisiert, der eine Anzahl von Bipolarplatten mit dazwischen befindlichen Elektrolyten umfasst. Die Bipolarplatten weisen dabei eine Anodenseite und eine Kathodenseite auf. Die bei der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff frei werdende Wärme wird durch ein Kühlmedium aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt. Typische Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellenstapel sind bspw. in DE 10 2007 036 477 A1 oder in US 2009/0297920 A1 beschrieben, Brennstoffzellenstapel ohne Polymermembranen bspw. in US 2005/0109645 A1 oder in US 2009/0181272 A1 .The reaction of hydrogen and oxygen to water in such an arrangement results in a voltage of 0.6 to 0.7 volts, depending on the anode, cathode and electrolyte construction. However, since higher voltages are often required, a large number of such cells are connected in series. Such a series connection is usually realized in the form of a fuel cell stack comprising a number of bipolar plates with electrolytes therebetween. The bipolar plates have an anode side and a cathode side. The heat released in the reaction of the hydrogen with the oxygen heat is removed by a cooling medium from the fuel cell stack. Typical proton exchange membrane fuel cell stacks are, for example, in DE 10 2007 036 477 A1 or in US 2009/0297920 A1 described, fuel cell stack without polymer membranes, for example. In US 2005/0109645 A1 or in US 2009/0181272 A1 ,

Stand der Technik ist, dass alle Medien, also der Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlfluid, durch Kanäle zu- und abgeführt werden, die durch Aussparungen innerhalb der gestapelten Bipolarplatten gebildet sind. Jede dieser Aussparungen muss an den Kanten abgedichtet werden, wie dies bspw. in US 2009/0181272 A1 beschrieben ist. Die zahlreichen gas- und flüssigkeitsdichten Dichtelemente führen zu einer aufwändigen Fertigung und bilden eine häufige Quelle für technisches Versagen. Um die Dichtheit im Betrieb aufrecht zu erhalten, müssen die Bipolarplatten mittels Spannvorrichtung dauerhaft verspannt werden. Zusätzlich sind die zwischenliegenden elastischen Dichtelemente eine unerwünschte Quelle von Verspannungen und Verwindungen innerhalb des Brennstoffzellenstapels, die sich vor allem bei immer länger werdenden Bauformen von Brennstoffzellenstapeln auf die Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Standzeit des Brennstoffzellenstapels negativ auswirken.State of the art is that all media, so the fuel, the oxidizing agent and the cooling fluid, are supplied and discharged through channels formed by recesses within the stacked bipolar plates. Each of these recesses must be sealed at the edges, as for example in US 2009/0181272 A1 is described. The numerous gas- and liquid-tight sealing elements lead to a complex production and are a frequent source of technical failure. In order to maintain the tightness during operation, the bipolar plates must be permanently clamped by means of a clamping device. In addition, the intermediate elastic sealing elements are an undesirable source of tension and torsions within the fuel cell stack, which have a negative effect on the reliability, reliability and service life of the fuel cell stack, especially with ever-increasing types of fuel cell stacks.

Bei Flüssigkeitskühlung dürfen nur nichtleitende Spezialkühlmedien verwendet werden, um einen Kurzschluss der Brennstoffzellen zu vermeiden, was in der Praxis zu Oxidationsproblemen sowie zu hohen Anforderung bei Medienaufbereitung und Handhabung führt. Zusätzlich sind nachgeschaltete Wärmetauscher erforderlich, um die Wärme vom Spezialkühlmedium auf ein gebräuchliches Sekundär-Kreislaufmedium zu übertragen. Bei Temperaturen über 100°C muss bei Einsatz von Kühlwasser der Druck des Primär-Kühlsystems über die Siedegrenze erhöht werden, was zusätzliche Anforderungen an die Stabilität der zahlreichen Dichtungen stellt.For liquid cooling, only non-conductive special cooling media may be used to avoid a short circuit of the fuel cells, which leads in practice to oxidation problems as well as to high demands in media preparation and handling. In addition, downstream heat exchangers are required to transfer the heat from the special cooling medium to a common secondary circulation medium. At temperatures above 100 ° C, the pressure of the primary cooling system above the boiling limit must be increased when using cooling water, which places additional demands on the stability of the numerous seals.

Im Lichte des beschriebenen Standes der Technik ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brennstoffzellenstapel zur Verfügung zu stellen. Eine zweite Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Brennstoffzellenstapeln zur Verfügung zu stellen, mit dem sich vorteilhafte Brennstoffzellenstapel herstellen lassen.In light of the described prior art, it is a first object of the present invention to provide an advantageous fuel cell stack. A second object is to provide a method for producing fuel cell stacks, with which advantageous fuel cell stacks can be produced.

Die erste Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstapel nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels bzw. Elektrolyseurstapels nach Anspruch 20. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels bzw. Elektrolyseurstapels sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Folgenden wird nur noch der Brennstoffzellenstapel explizit genannt, wobei dieser Begriff wegen der hohen konstruktiven Ähnlichkeit zwischen Brennstoffzellen und Elektrolyseuren gleichzeitig auch synonym für Elektrolyseurstapel verstanden werden soll.The first object is achieved by a fuel cell or Elektrolyseurstapel according to claim 1, the second object by a method for producing a fuel cell stack or electrolyzer stack according to claim 20. The dependent claims contain advantageous embodiments of the fuel cell stack or electrolyzer stack according to the invention and the inventive method. The following will only be the fuel cell stack explicitly mentioned, this term should also be understood synonymous with electrolyzer stack because of the high structural similarity between fuel cells and electrolyzers.

Ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenstapel zur Stromerzeugung aus der Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel zu einem Reaktionsprodukt umfasst einen Stapel von Bipolarplatten, die jeweils eine Anodenfläche, eine Kathodenfläche und einen Rand aufweisen. In dem Stapel liegen sich jeweils eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche zweier benachbarter Bipolarplatten gegenüber. Außerdem befindet sich zwischen zwei im Stapel einander gegenüber liegenden Anoden- und Kathodenflächen ein Elektrolyt. Als Elektrolyt kommen hierbei alle Arten von Elektrolyten in Frage, insbesondere Polymermembranen, gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen oder Keramiken. Die Anodenflächen weisen Strömungspfade für den Brennstoff auf wohingegen die Kathodenflächen Strömungspfade für das Oxidationsmittel bzw. das Reaktionsprodukt aufweisen. Im erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel ist eine vom Stapel von Bipolarplatten getrennt ausgebildete und in Stapelrichtung der Bipolarplatten zusammenhängende Außenstruktur vorhanden, an der die Ränder der Bipolarplatten anliegen. Die Zufuhr des Brennstoffes und des Oxidationsmittels in die entsprechenden Strömungspfade sowie die Abfuhr des Reaktionsprodukts aus den entsprechenden Strömungspfaden der Bipolarplatten erfolgt über die Ränder der Bipolarplatten durch die Außenstruktur.An inventive fuel cell stack for generating electricity from the reaction of a fuel with an oxidizing agent to a reaction product comprises a stack of bipolar plates, each having an anode surface, a cathode surface and an edge. In each case one anode surface and one cathode surface of two adjacent bipolar plates lie opposite one another in the stack. In addition, there is an electrolyte between two stacked anode and cathode surfaces. Suitable electrolytes here are all types of electrolytes, in particular polymer membranes, dissolved alkalis or acids, alkali metal carbonate melts or ceramics. The anode surfaces have flow paths for the fuel, whereas the cathode surfaces have flow paths for the oxidant and the reaction product, respectively. In the fuel cell stack according to the invention, an external structure formed separately from the stack of bipolar plates and connected in the stacking direction of the bipolar plates is provided, against which the edges of the bipolar plates rest. The supply of the fuel and the oxidant in the corresponding flow paths and the removal of the reaction product from the corresponding flow paths of the bipolar plates via the edges of the bipolar plates through the outer structure.

Da im erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel die Zufuhr des Brennstoffes und des Oxidationsmittels sowie die Abfuhr des Reaktionsproduktes nicht durch die Bipolarplatten in Stapelrichtung durchbrechende Zufuhr- bzw. Abfuhrkanäle erfolgt, sind zwischen den einzelnen Bipolarplatten keine Dichtungen in Stapelrichtung (Innendichtungen) erforderlich. Es ist lediglich noch eine Dichtanordnung und/oder eine Isolieranordnung am Umfang des Stapels von Bipolarplatten nötig, die zwischen dem Bipolarplattenstapel und der Außenstruktur angeordnet werden kann. Diese kann derart realisiert sein, dass sie den Umfang des Stapels von Bipolarplatten umgibt, und kann insbesondere auch Teil der Außenstruktur sein. Der Wegfall der Innendichtungen verbessert nicht nur die Betriebssicherheit des Stapels von Bipolarplatten, sondern vereinfacht auch die Herstellung der Platten, da diese nun einstückig gefertigt werden können, ohne das Dichtungen eingelegt werden müssten. Außerdem kann wegen des Wegfalls der Durchbrüche die spezifische Leistungsdichte pro Fläche erhöht werden und – abhängig vom eingesetzten Bipolarplattenmaterial – auch die Leistungsdichte pro Gewicht.Since in the fuel cell stack according to the invention the supply of the fuel and the oxidizing agent and the removal of the reaction product is not through the bipolar plates in the stack direction breaking supply and discharge channels, no seals in the stacking direction (inner seals) are required between the individual bipolar plates. It is only necessary a sealing arrangement and / or an insulating arrangement on the periphery of the stack of bipolar plates, which can be arranged between the Bipolarplattenstapel and the outer structure. This can be realized in such a way that it surrounds the circumference of the stack of bipolar plates, and in particular can also be part of the external structure. The omission of the inner seals not only improves the reliability of the stack of bipolar plates, but also simplifies the production of the plates, since they can now be made in one piece, without the seals would have to be inserted. In addition, due to the elimination of the breakthroughs, the specific power density per area can be increased and, depending on the bipolar plate material used, also the power density per weight.

Die Dichtanordnung und/oder die Isolieranordnung kann bspw. durch eine Vergussmasse gebildet sein. Diese kann bspw. nach dem Stapeln der Bipolarplatten auf die Umfangsfläche des Stapels aufgebracht werden, bevor der Stapel in die Außenstruktur eingesetzt wird. Wenn zwischen der Außenstruktur und dem Stapel von Bipolarplatten ein Spalt vorhanden ist, kann die Dichtanordnung und/oder die Isolieranordnung auch durch ein in den Spalt eingebrachtes, bspw. gegossenes oder gespritztes, Elastomer gebildet sein. Alternativ kann die Dichtanordnung und/oder die Isolieranordnung auch durch eine um den Umfang des Stapels herum gewickelte oder laminierte Folie, etwa eine Polymerfolie oder eine Folie aus Glaslotmaterial, gebildet sein. Eine weitere Alternative besteht darin, dass die Ränder der Bipolarplatten den Umfang des Stapels von Bipolarplatten bilden und die Ränder jeweils mit einer Dichtung und/oder Isolierung versehen sind, die gegen die Außenstruktur dichtend anliegt. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, individuelle Dichtungen an den Öffnungen des Stapels und/oder der Öffnungen der Außenstruktur anzubringen. Vorzugsweise ist die Dichtanordnung elektrisch isolierend ausgebildet, so dass bspw. elektrisch leitende Kühlfluide zum Kühlen des Bipolarplattenstapels Verwendung finden können.The sealing arrangement and / or the insulating arrangement can be formed, for example, by a potting compound. This can be applied, for example, after stacking the bipolar plates on the peripheral surface of the stack before the stack is inserted into the outer structure. If there is a gap between the outer structure and the stack of bipolar plates, the sealing arrangement and / or the insulating arrangement can also be formed by an elastomer, for example cast or injected, introduced into the gap. Alternatively, the sealing arrangement and / or the insulating arrangement may also be formed by a film wound or laminated around the circumference of the stack, such as a polymer film or a sheet of glass solder material. Another alternative is that the edges of the bipolar plates form the periphery of the stack of bipolar plates and the edges are each provided with a seal and / or insulation, which bears sealingly against the outer structure. Finally, it is also possible to attach individual seals to the openings of the stack and / or the openings of the outer structure. Preferably, the sealing arrangement is designed to be electrically insulating, so that, for example, electrically conductive cooling fluids can be used for cooling the bipolar plate stack.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Bipolarplattenstapel durch die Außenstruktur, die insbesondere auch verspannt sein kann, mechanisch stabilisiert wird, so dass eine Verwindung des Stapels durch mechanische oder thermische Einwirkung oder sonstigen die Form beeinflussenden Kräften verhindert oder zumindest verringert wird.A further advantage of the invention is that the bipolar plate stack is mechanically stabilized by the external structure, which may in particular also be braced, so that twisting of the stack by mechanical or thermal action or other forces influencing the shape is prevented or at least reduced.

Die Erfindung mittels außenliegender Medienverteilung ermöglicht daher bei extrem reduzierter Zahl Innendichtungen ein kompaktes kostengünstiges und mechanisch stabiles Design von Zellstapeln. Diese ist geeignet für Nieder-, Mittel- und Hochtemperatur-Brennstoffzellensysteme sowie für stapelförmig aufgebaute Elektrolyseure.The invention by means of external media distribution therefore enables a compact, inexpensive and mechanically stable design of cell stacks with an extremely reduced number of internal seals. This is suitable for low-, medium- and high-temperature fuel cell systems as well as for stacked electrolyzers.

In einer konkreten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels sind den Anodenflächen und den Kathodenflächen Brennstoffeintrittsöffnungen bzw. Oxidationsmitteleintrittsöffnungen zugeordnet, die sich in den Rändern der jeweiligen Bipolarplatten befinden. Außerdem sind wenigstens den Kathodenflächen Reaktionsproduktaustrittsöffnungen zugeordnet, die sich in den Rändern der jeweiligen Bipolarplatte befinden. Beispielsweise bei Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel entstehen lediglich durch die kathodische Reaktion an den Kathodenflächen Reaktionsprodukte. Bei anderen Brennstoffen kann dagegen auch die anodische Reaktion an den Anodenflächen ein abzuführendes Reaktionsprodukt (Off-Fluid) bilden. In diesem Fall sind auch den Anodenflächen Reaktionsproduktaustrittsöffnungen zugeordnet. Die Außenstruktur weist in dieser Ausgestaltung sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckende Strömungskanäle auf, wobei wenigstens ein Brennstoffströmungskanal, ein Oxidationsmittelströmungskanal und ein Reaktionsproduktströmungskanal vorhanden sind. Der Brennstoffströmungskanal weist Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff auf, der Oxidationsmittelströmungskanal Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel und der Reaktionsproduktströmungskanal Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt. Dabei fluchten die Austrittsöffnungen des Brennstoffströmungskanals mit den Brennstoffeintrittsöffnungen der Bipolarplatten, die Austrittsöffnungen des Oxidationsmittelströmungskanals mit den Oxidationsmitteleintrittsöffnungen der Bipolarplatten und die Eintrittsöffnungen des Reaktionsproduktströmungskanals mit den Reaktionsproduktaustrittsöffnungen der Bipolarplatten.In a specific embodiment of the fuel cell stack according to the invention, the anode surfaces and the cathode surfaces are assigned fuel inlet openings or oxidant inlet openings which are located in the edges of the respective bipolar plates. In addition, at least the cathode surfaces associated with reaction product outlet openings, which are located in the edges of the respective bipolar plate. For example, in the case of hydrogen as the fuel and oxygen as the oxidizing agent, reaction products are formed only by the cathodic reaction on the cathode surfaces. In contrast, in other fuels, the anodic reaction at the anode surfaces can form a reaction product (off-fluid) to be discharged. In this case, reaction product outlet openings are also assigned to the anode surfaces. The External structure has in this embodiment, in the stacking direction of the bipolar plates extending flow channels, wherein at least one fuel flow channel, an oxidant flow channel and a reaction product flow channel are present. The fuel flow passage has exit ports for the discharge of fuel, the oxidant flow passage exit ports for the exit of oxidant, and the reaction product flow passage entry ports for entry of reaction product. In this case, the outlet openings of the fuel flow channel are aligned with the fuel inlet openings of the bipolar plates, the outlet openings of the oxidant flow channel with the oxidant inlet openings of the bipolar plates and the inlet openings of the reaction product flow channel with the reaction product outlet openings of the bipolar plates.

Zudem kann die Außenstruktur wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckenden Kühlfluidkanal für ein gasförmiges oder flüssiges Kühlfluid aufweisen. Dadurch kann eine Kühlung am Umfang des Bipolarplattenstaples erfolgen, ohne dass die Bipolarplatten mit dem Kühlfluid unmittelbar in Kontakt kommen. Insbesondere kann sie wenigstens ein Paar sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckender Kühlfluidkanäle aufweist, bei dem die beiden Kühlfluidkanäle in entgegengesetzter Richtung von Kühlfluid durchströmt werden. Die Kühlung im Gegenstrom kann dazu genutzt werden, die Kühlwirkung des Kühlfluids zu vergleichmäßigen.In addition, the outer structure may have at least one cooling fluid channel for a gaseous or liquid cooling fluid extending in the stacking direction of the bipolar plates. As a result, cooling can take place on the circumference of the bipolar plate stack without the bipolar plates coming into direct contact with the cooling fluid. In particular, it may comprise at least one pair of cooling fluid passages extending in the stacking direction of the bipolar plates, in which cooling fluid flows through the two cooling fluid passages in the opposite direction. The cooling in countercurrent can be used to equalize the cooling effect of the cooling fluid.

Weiter erhöht werden kann die Effektivität der Kühlleistung, wenn der Stapel von Bipolarplatten von einem Kühlfluid (Gas oder Flüssigkeit) durchströmte Kühlfluidplatten umfasst, die jeweils auf eine Anzahl von Bipolarplatten folgen, wobei die Zu- und Abfuhr des Kühlfluids über die Außenstruktur erfolgt. Dabei können die Kühlfluidplatten insbesondere gegen die benachbarten Bipolarplatten abgeschlossenen sein und einen der Außenstruktur zugewandten Rand aufweisen, in dem Kühlfluideintrittsöffnungen und Kühlfluidaustrittsöffnungen vorhanden sind. Die Außenstruktur weist dann wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckenden Kühlfluidzufuhrkanal mit dem Stapel von Bipolarplatten zugewandten Kühlfluidaustrittsöffnungen und wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckenden Kühlfluidabfuhrkanal mit dem Stapel von Bipolarplatten zugewandten Kühlfluideintrittsöffnungen auf. Dabei fluchten die Kühlfluid-eintrittsöffnungen und Kühlfluidaustrittsöffnungen der Kühlfluidplatten mit den Kühlfluidaustrittsöffnungen des wenigstens einen Kühlfluidzufuhrkanals der Außenstruktur bzw. mit den Kühlfluideintrittsöffnungen des wenigstens einen Kühlfluidabfuhrkanals der Außenstruktur. Mittels der Kühlplatten kann eine interne Kühlung des Stapels im Querschnitt realisiert werden. Wenn die Kühlplatten gegen die angrenzenden Bipolarplatten abgeschlossen sind, kann die Kühlung zudem erfolgen, ohne dass die Bipolarplatten selbst mit dem Kühlfluid in Kontakt treten. Da das Kühlfluid dann nicht mit den stromdurchflossenen Bipolarplatten in Kontakt kommt, können auch leitfähige Kühlfluide zur Anwendung kommen, wie sie bspw. im Fahrzeugbau, in der Gebäudetechnik oder im Anlagenbau Verwendung finden. Insbesondere kann auch nicht deionisiertes Wasser als Kühlfluid Verwendung finden.The effectiveness of the cooling performance can be further increased if the stack of bipolar plates comprises cooling fluid plates through which a cooling fluid (gas or liquid) flows, each of which follows a number of bipolar plates, the supply and removal of the cooling fluid taking place via the external structure. In this case, the cooling fluid plates can in particular be closed off from the adjacent bipolar plates and have an edge facing the outer structure, in which cooling fluid inlet openings and cooling fluid outlet openings are present. The outer structure then has at least one cooling fluid supply channel extending in the stacking direction of the bipolar plates with cooling fluid outlet openings facing the stack of bipolar plates and at least one cooling fluid discharge channel extending in the stacking direction of the bipolar plates with cooling fluid inlet openings facing the stack of bipolar plates. In this case, the cooling fluid inlet openings and cooling fluid outlet openings of the cooling fluid plates are aligned with the cooling fluid outlet openings of the at least one cooling fluid supply channel of the outer structure or with the cooling fluid inlet openings of the at least one cooling fluid discharge channel of the outer structure. By means of the cooling plates, an internal cooling of the stack can be realized in cross section. In addition, when the cooling plates are closed against the adjacent bipolar plates, the cooling may occur without the bipolar plates themselves coming in contact with the cooling fluid. Since the cooling fluid then does not come into contact with the current-carrying bipolar plates, conductive cooling fluids can also be used, as used, for example, in vehicle construction, in building technology or in plant construction. In particular, non-deionized water can also be used as cooling fluid.

Im erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel erstrecken sich die Strömungspfade in den Anodenflächen und den Kathodenflächen vorzugsweise bis zum Rand der der Bipolarplatten, um deren Flächen möglichst optimal auszunutzen.In the fuel cell stack according to the invention, the flow paths in the anode surfaces and the cathode surfaces preferably extend to the edge of the bipolar plates in order to optimally utilize their surfaces.

Die Außenstruktur des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels kann wenigstens ein einkanaliges oder mehrkanaliges Hohlprofilelemt umfassen, wobei die Herstellung, mittels Strangpräzens erfolgen kann und zur Herstellung des Hohlprofils eine Vielzahl unterschiedlicher Matrialien geeignet sind, etwa Keramiken und Kunststoffe, aber auch Metalle wie etwa Aluminium (Al).The outer structure of the fuel cell stack according to the invention may comprise at least one single-channel or multi-channel Hohlprofilelemt, wherein the production can be carried out by means of extrusion and for the production of the hollow profile, a variety of different Matrialien are suitable, such as ceramics and plastics, but also metals such as aluminum (Al).

Vorteilhafterweise ist die Außenstruktur in Umfangsrichtung des Stapels von Bipolarplatten wenigstens zweigeteilt, und es sind Spannmittel vorhanden, welche die Teile der Außenstruktur gegeneinander verspannen und damit die Außenstruktur gegen den Stapel von Bipolarplatten presst. Dies ermöglicht es, bei Verwendung einer elastischen Dichtanordnung mittels Verspannung der Teile der Außenstruktur die Dichtwirkung herbeizuführen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Außenstruktur Endplatten aufweist, mittels derer der Stapels von Bipolarplatten in Stapelrichtung verspannt ist, da sich dadurch die Stabilität des Stapels erhöht. Wenigstens eine der Endgatten und/oder wenigstens ein Teil der wenigstens zweigeteilten Außenstruktur kann zudem eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des Anpressdrucks gegen den Stapel von Bipolarzellen umfassen.Advantageously, the outer structure is at least two divided in the circumferential direction of the stack of bipolar plates, and there are clamping means which clamp the parts of the outer structure against each other and thus presses the outer structure against the stack of bipolar plates. This makes it possible, when using an elastic sealing arrangement by means of bracing the parts of the outer structure to bring about the sealing effect. Moreover, it is advantageous if the outer structure has end plates, by means of which the stack of bipolar plates is tensioned in the stacking direction, since this increases the stability of the stack. At least one of the Endgatten and / or at least a portion of the at least two-part outer structure may also comprise an adjustment for adjusting the contact pressure against the stack of bipolar cells.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels zur Stromerzeugung aus der Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel zu einem Reaktionsprodukt zur Verfügung gestellt. Das Herstellen erfolgt durch Stapeln von Bipolarplatten, die jeweils eine Anodenfläche mit Strömungspfaden für den Brennstoff, eine Kathodenfläche mit Strömungspfaden für das Oxidationsmittel bzw. das Reaktionsprodukt sowie einen Rand aufweisen. Das Stapeln erfolgt derart dass jeweils eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche zweier benachbarter Bipolarplatten einander gegenüber liegend angeordnet werden, wobei zwischen den einander gegenüber liegenden Anoden- und Kathodenflächen ein Elektrolyt angeordnet wird. Um den Stapel von Bipolarplatten herum wird eine von den Bipolarplatten getrennt ausgebildete und in Stapelrichtung der Bipolarplatten zusammenhängende Außenstruktur derart angeordnet, dass die Ränder der Bipolarplatten an der Außenstruktur anliegen und die Zufuhr des Brennstoffes und des Oxidationsmittels in die entsprechenden Strömungspfade sowie die Abfuhr des Reaktionsprodukts aus den entsprechenden Strömungspfaden über die Ränder der Bipolarplatten durch die Außenstruktur erfolgen kann. Vorzugsweise wird außerdem eine Dichtanordnung und/oder eine Isolieranordnung zwischen dem Stapel von Bipolarplatten und der Außenstruktur angeordnet.According to the invention, a method for producing a fuel cell stack for generating electricity from the reaction of a fuel with an oxidizing agent to form a reaction product is also provided. They are manufactured by stacking bipolar plates, each having an anode surface with flow paths for the fuel, a cathode surface with flow paths for the oxidant or the reaction product and an edge. The stacking takes place in such a way that in each case one anode surface and one cathode surface of two adjacent bipolar plates are arranged opposite one another, wherein an electrolyte is arranged between the opposing anode and cathode surfaces. Around the stack of bipolar plates becomes a separated from the bipolar plates and arranged in the stacking direction of the bipolar plates outer structure arranged such that the edges of the bipolar plates abut the outer structure and the supply of the fuel and the oxidant in the corresponding flow paths and the removal of the reaction product from the corresponding flow paths over the edges of the bipolar plates can be done through the outer structure. Preferably, furthermore, a sealing arrangement and / or an insulating arrangement is arranged between the stack of bipolar plates and the outer structure.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel herstellen und somit die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile realisieren.With the method according to the invention, fuel cell stacks according to the invention can be produced and thus realize the advantages described with reference to the device according to the invention.

Insbesondere können Bipolarplatten mit Brennstoffeintrittsöffnungen, Oxidationsmitteleintrittsöffnungen und Reaktionsproduktaustrittsöffnungen, die derart am Umfang der Bipolarplatten angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des einströmenden Brennstoffs, des einströmenden Oxidationsmittels und des ausströmenden Reaktionsprodukts durch die jeweiligen Öffnungen in der Ebene der Strömungspfade der Anodenseite bzw. Kathodenseite verläuft, Verwendung finden. Um beim Anbringen der Dichtanordung und/oder Isolieranordnung ein Verschließen dieser Öffnungen für den Zu- bzw. Abfluss der verschiedenen Fluide zu den bzw. von den Bipolarplatten zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Bipolarplatten Vorsprünge aufweisen, welche die jeweiligen Öffnungen umgeben und in Richtung der Plattenebene vom Rand der Bipolarplatten abstehen und welche nach dem Anordnen der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung entfernt werden. Derartige Bipolarplatten können insbesondere in Verbindung mit einer Außenstruktur mit sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckende Strömungskanäle Verwendung finden, wobei wenigstens ein Brennstoffströmungskanal, ein Oxidationsmittelströmungskanal und ein Reaktionsproduktströmungskanal vorhanden sind, und der Brennstoffströmungskanal Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff aufweist, der Oxidationsmittelströmungskanal Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel aufweist und der Reaktionsproduktströmungskanal Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt aufweist.In particular, bipolar plates having fuel entry ports, oxidant entry ports, and reaction product exit ports disposed on the periphery of the bipolar plates such that the flow direction of the incoming fuel, inflow oxidant, and effluent reaction product pass through the respective openings in the plane of the anode side and cathode side flow paths, respectively, may be used Find. In order to avoid closing these openings for the inflow or outflow of the various fluids to and from the bipolar plates when attaching the sealing arrangement and / or insulating arrangement, it is advantageous if the bipolar plates have projections which surround the respective openings and in Direction of the plate plane protrude from the edge of the bipolar plates and which are removed after arranging the sealing arrangement and / or insulating arrangement. Such bipolar plates may be used in particular in connection with an outer structure with flow channels extending in the stacking direction of the bipolar plates, wherein at least one fuel flow channel, an oxidant flow channel and a Reaktionsproduktströmungskanal are present, and the fuel flow channel outlet openings for the discharge of fuel, the oxidant flow channel outlet openings for the exit of oxidant and the reaction product flow channel has inlet openings for the entry of reaction product.

Ein Verschließen der Öffnungen in den Bipolarplatten durch die Dichtung und/oder Isolierung kann in einer ersten Alternative des Anbringens der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung dadurch vermieden werden, dass die Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung derart um den Stapel von Bipolarplatten herum angebracht wird, dass die Vorsprünge aus der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung hinausragen, und nach dem Entfernen der Vorsprünge die Außenstruktur derart um den Stapel von Bipolarplatten herum angeordnet wird, dass die Austrittsöffnungen des Brennstoffströmungskanals mit den Brennstoffeintrittsöffnungen der Bipolarplatten fluchten, die Austrittsöffnungen des Oxidationsmittelströmungskanals mit den Oxidations-mitteleintrittsöffnungen der Bipolarplatten fluchten und die Eintrittsöffnungen des Reaktionsproduktströmungskanals mit den Reaktionsproduktaustrittsöffnungen der Bipolarplatten fluchten. Hierbei kann die Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung insbesondere in Form einer gasdichten Folie, bspw. aus Elastomer, Glaslot, etc., um den Stapel von Bipolarplatten herum gewickelt oder laminiert werden. Das Entfernen der Vorsprünge kann mechanisch erfolgen, bspw. durch fräsen, schleifen, stanzen, schneiden etc, oder chemisch, bspw. durch ätzen.Closing the openings in the bipolar plates by the seal and / or insulation can be avoided in a first alternative of attaching the sealing arrangement and / or insulating arrangement by mounting the sealing arrangement and / or insulating arrangement around the stack of bipolar plates in such a way that the Protrude projections from the sealing assembly and / or insulating assembly, and after removal of the projections, the outer structure is arranged around the stack of bipolar plates around such that the outlet openings of the fuel flow channel with the fuel inlet openings of the bipolar plates are aligned, the outlet openings of the oxidant flow channel with the oxidizing agent inlet openings of the Bipolar plates are aligned and the inlet openings of the reaction product flow channel with the reaction product outlet openings of the bipolar plates are aligned. In this case, the sealing arrangement and / or insulating arrangement can be wound or laminated around the stack of bipolar plates, in particular in the form of a gas-tight foil, for example of elastomer, glass solder, etc. The removal of the projections can be done mechanically, for example by milling, grinding, punching, cutting etc, or chemically, for example by etching.

In einer zweiten Alternative des Anbringens der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung wird die Außenstruktur derart um den Stapel von Bipolarplatten herum angeordnet, dass die Vorsprünge in die Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff, die Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel und Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt hineinragen. Anschließend wird die Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung in Form einer Vergussmasse zwischen den Stapel von Bipolarplatten und die Außenstruktur eingebracht.In a second alternative of attaching the sealing arrangement and / or insulating arrangement, the outer structure is arranged around the stack of bipolar plates such that the projections into the outlet openings for the discharge of fuel, the outlet openings for the discharge of oxidizing agent and inlet openings for the entry of reaction product protrude. Subsequently, the sealing arrangement and / or insulating arrangement is introduced in the form of a potting compound between the stack of bipolar plates and the outer structure.

In einer dritten Alternative des Anbringens der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung wird die Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung auf die dem Stapel von Bipolarplatten zuzuwendenden Flächen der Außenstruktur derart aufgebracht ist, dass die Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff, die Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel und Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt überdeckt sind. Dies kann bspw. durch Laminieren von Folie, das Auftragen von Elastomermaterial, etc. erfolgen. Danach wird die Außenstruktur derart um den Stapel von Bipolarplatten herum angeordnet, dass die Vorsprünge durch die Dichtung und/oder Isolierung hindurch in die Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff, die Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel und Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt hineinragen.In a third alternative of attaching the sealing arrangement and / or insulating arrangement, the sealing arrangement and / or insulating arrangement is applied to the surfaces facing the stack of bipolar plates of the outer structure such that the outlet openings for the escape of fuel, the outlet openings for the discharge of oxidant and Inlets are covered for the entry of reaction product. This can be done, for example, by laminating film, applying elastomeric material, etc. Thereafter, the outer structure is placed around the stack of bipolar plates such that the protrusions extend through the seal and / or insulation into the exit ports for exit of fuel, exit ports for exit of oxidant and entry ports for entry of reaction product.

Sowohl in der ersten Alternative als auch in der zweiten Alternative können die Vorsprünge nach dem Anordnen der Außenstruktur um den Stapel von Bipolarplatten herum durch den Oxidationsmittelströmungskanal, den Brennstoffströmungskanal und den Reaktionsproduktströmungskanal hindurch entfernt werden. Dies ist dann notwendig, wenn die Vorsprünge, welche die Öffnungen in den Bipolarplatten umgeben, diese Öffnungen auch Verschließen. Durch das Verschließen wird sichergestellt, dass das zur Dichtung und/oder Isolierung Verwendete Material nicht in die Strömungspfade der Bipolarplatten eintritt. Allerdings können auch Kanäle durch die Vorsprünge hindurchführen, so dass ein Entfernen der Vorsprünge nicht unbedingt nötig ist, insbesondere in der Alternative, in der die Dichtung und/oder Isolierung in Form einer Vergussmasse zwischen den Stapel von Bipolarplatten und die Außenstruktur eingebracht wird.In both the first alternative and the second alternative, after placing the exterior structure around the stack of bipolar plates, the protrusions may be removed through the oxidant flow channel, the fuel flow channel, and the reaction product flow channel. This is necessary if the projections surrounding the openings in the bipolar plates also close these openings. Closing ensures that the for sealing and / or insulation Material used does not enter the flow paths of the bipolar plates. However, channels may also pass through the protrusions, so that removal of the protrusions is not absolutely necessary, especially in the alternative in which the gasket and / or insulation in the form of a potting compound between the stack of bipolar plates and the outer structure is introduced.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten. 1 shows a first embodiment of a fuel cell stack according to the invention in a cross section perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates.

2 Zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer schematischen Seitenansicht. 2 Shows the first embodiment in a schematic side view.

3 zeigt eine Endplatte des Brennstoffzellenstapels aus 1 in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten. 3 shows an end plate of the fuel cell stack 1 in a cross section perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten. 4 shows a second embodiment of a fuel cell stack according to the invention in a cross section perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte vor dem Stapeln. 5 shows a schematic representation of a bipolar plate before stacking.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt des Bipolarplattenstapels senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten unmittelbar nach dem Aufbringen einer Dichtanordnung und/oder einer Isolieranordnung. 6 shows a schematic cross section of the bipolar plate stack perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates immediately after the application of a sealing arrangement and / or an insulating arrangement.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt des Bipolarplattenstapels senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten unmittelbar vor dem Einbau in eine Außenstruktur. 7 shows a schematic cross section of the bipolar plate stack perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates immediately prior to installation in an external structure.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Während 1 einen Querschnitt des Brennstoffzellenstapels senkrecht zur Stapelrichtung der Bipolarplatten darstellt, zeigt 2 eine Seitenansicht des Brennstoffzellenstapels. Der Brennstoffzellenstapel ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Protoneaustauschmembran-Brennstoffzellenstapel ausgebildet, in dem Wasserstoff (H) als Brennstoff und Sauerstoff (O) oder Luft als Oxidationsmittel Verwendung findet. Die dargestellte Konstruktion kann aber auch mit anderen Arten von Brennstoffzellenstapeln realisiert werden.A first embodiment of a fuel cell stack according to the invention will be described below with reference to FIGS 1 to 3 described. While 1 shows a cross section of the fuel cell stack perpendicular to the stacking direction of the bipolar plates, shows 2 a side view of the fuel cell stack. The fuel cell stack is formed in the present embodiment as a proton exchange membrane fuel cell stack in which hydrogen (H) is used as fuel and oxygen (O) or air as the oxidant. The construction shown can also be realized with other types of fuel cell stacks.

Die Konstruktion des Brennstoffzellenstapels besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Außenstruktur, die Hohlprofilelemente A, B in form von Strangpressprofilen umfasst, die aus Metall, Kunststoff oder Keramik hergestellt sein können. Die Außenstruktur umgibt einen Stapel von Bipolarplatten 8, von denen jede eine Seite aufweist, die als Anode ausgebildet ist, und eine, die als Kathode ausgebildet ist. In dem Stapel sind die Anodenseiten der Bipolarplatten jeweils den Kathodenseiten benachbarter Bipolarplatten zugewandt. Zwischen benachbarten Anodenseiten und Kathodenseiten befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Elektrolyt jeweils eine Protonenaustauschmembran, also eine für Protonen durchlässige und für Elektronen undurchlässige Polymermembran (in den Figuren nicht dargestellt). Die andren gängigen Arten von Elektrolyten kommen aber auch als Elektrolyt in Frage, bspw. gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen oder Keramiken. Über den Umfang der Hohlprofilelemente A, B verlaufende Spannelemente 7 verspannen die Hohlprofilelemente A, B gegeneinander und stabilisieren den Zellstapel.The construction of the fuel cell stack consists in the present embodiment of an outer structure comprising hollow profile elements A, B in the form of extruded profiles, which may be made of metal, plastic or ceramic. The outer structure surrounds a stack of bipolar plates 8th each of which has a side formed as an anode and one formed as a cathode. In the stack, the anode sides of the bipolar plates each face the cathode sides of adjacent bipolar plates. Between adjacent anode sides and cathode sides, in the present exemplary embodiment, the electrolyte in each case is a proton exchange membrane, ie a polymer membrane which is permeable to protons and impermeable to electrons (not shown in the figures). The other common types of electrolytes are also suitable as electrolyte, for example, dissolved alkalis or acids, Alkalicarbonatschmelzen or ceramics. Over the circumference of the hollow profile elements A, B extending clamping elements 7 clamp the hollow profile elements A, B against each other and stabilize the cell stack.

Die Bipolarplatten 8 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine achteckige Form auf, wobei sich jeweils ein kurzer Randabschnitt 8a und ein langer Randabschnitt 8b in Umfangsrichtung der Bipolarplatten 8 abwechseln. Die Zufuhr und Abfuhr der Reaktionsgase (im vorliegenden Beispiel Wasserstoff als Brennstoff und Luft als Oxidationsmittel) erfolgt über die kurzen Randabschnitte 8a. Eine Kühlung der Bipolarplatten 8 erfolgt über die langen Randabschnitte 8b. Sind die Kanten der Bipolarplatten 8 und gleichzeitig die Hohlprofilwandungen elektrisch leitend, wird eine isolierende Verbundschicht 4 als Isolieranordnung an den Grenzflächen aufgebracht. Die Verbundschicht 4 kann zusätzlich gut wärmeleitend sein und gleicht temperaturbedingte Formänderungen der Bipolarplatten elastisch aus. Geeignete Verbundschichten lassen sich herstellen, indem der Brennstoffzellenstapel mit einer Folie umwickelt oder laminiert wird. Die Folie kann hierbei bspw. eine Elastomerfolie oder eine Glaslotfolie sein.The bipolar plates 8th each have an octagonal shape in the present embodiment, each having a short edge portion 8a and a long edge section 8b in the circumferential direction of the bipolar plates 8th alternate. The supply and removal of the reaction gases (in the present example, hydrogen as fuel and air as oxidant) takes place via the short edge sections 8a , A cooling of the bipolar plates 8th takes place over the long edge sections 8b , Are the edges of the bipolar plates 8th and at the same time the hollow profile walls electrically conductive, is an insulating composite layer 4 applied as an insulating arrangement at the interfaces. The composite layer 4 can also be good heat conducting and compensates for temperature-induced changes in shape of the bipolar plates elastically. Suitable composite layers can be made by wrapping or laminating the fuel cell stack with a film. The film may in this case be, for example, an elastomeric film or a glass soldering film.

Die Hohlprofilelemente A, B der Außenstruktur enthalten Medienkanäle 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b zur Zu- und Abfuhr fluidischer Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu den gestapelten Bipolarplatten 8. Die Anordnung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel so gewählt, dass ein Medienkanal zur Brennstoffmedienzufuhr 2a zu den Anodenseiten der Bipolarplatten 8, ein Medienkanal zur Offgas-Abfuhr 2b von den Anodenseiten der Bipolarplatten 8, ein Medienkanal zur Oxidationsmittelzufuhr 3a zu den Kathdenseiten der Bipolarplatten 8 sowie ein Medienkanal zur Reaktionsgasabfuhr 3b von den Kathdenseiten der Bipolarplatten 8 in den Ecken der Außenstruktur A, B vorhanden sind. 1 zeigt hierbei lediglich eine mögliche Variante der Schaltung der Medienkanäle 2a, 2b, 3a, 3b, die auch abgewandelt werden kann. Möglich ist bspw. auch die Offgas-Abfuhr über 3a und die Oxidationsmittelzufuhr über 2b, in Abhängigkeit vom Design der durch die schrägen Linien angedeuteten Strömungsfelder an den Anodenseiten und Kathodenseiten der Bipolarplatten 8.The hollow profile elements A, B of the outer structure contain media channels 1a . 1b . 2a . 2 B . 3a . 3b for the supply and removal of fluidic media, ie liquids and / or gases to the stacked bipolar plates 8th , The arrangement is chosen in the present embodiment, that a media channel for fuel media supply 2a to the anode sides of the bipolar plates 8th , a media channel for off-gas removal 2 B from the anode sides of the bipolar plates 8th , a media channel for the supply of oxidant 3a to the catheter sides of the bipolar plates 8th and a media channel for reaction gas removal 3b of the Cathode sides of the bipolar plates 8th in the corners of the outer structure A, B are present. 1 shows here only one possible variant of the circuit of the media channels 2a . 2 B . 3a . 3b which can also be modified. It is possible, for example, the off-gas discharge over 3a and the oxidant supply via 2 B in dependence on the design of the flow fields indicated by the oblique lines on the anode sides and cathode sides of the bipolar plates 8th ,

Der Medienkanal zur Offgas-Abfuhr 2b dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu, nicht zur Reaktion gekommenen Brennstoff und Begleitstoffe, abzuführen. Im Ausnahmefall, bei 100% reinen Brennstoffen, können die Kanäle 2a und 2b zur gleichmäßigeren Beschickung parallel mit Brennstoff versorgt werden.The media channel for offgas removal 2 B serves in the present embodiment to dissipate unreacted fuel and impurities. In exceptional cases, with 100% pure fuels, the channels can 2a and 2 B be supplied with fuel in parallel for a more even feed.

Die bei der Reaktion der Brennstoff-Ionen mit dem Oxidationsmittel, im vorliegenden Ausführungsbeispiel also bei der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff der Luft, frei werdende Wärme wird durch ein Kühlmedium aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt. Hierzu sind zwischen den in den Ecken angeordneten Medienkanälen auch Medienkanäle zur Kühlmedienzufuhr 1a und Medienkanäle zur Kühlmedienabfuhr 1b in den Hohlprofilelementen A, B vorhanden. Das Kühlmittel wird dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich durch die Medienkanäle zur Kühlmedienzufuhr 1a und Kühlmedienabfuhr 1b an der Außenseite der gestapelten Bipolarplatten 8 vorbei geleitet, ohne dass Kühlmedium durch den Querschnitt des Stapels geleitet wird. Die Medienkanäle zur Kühlmedienzufuhr 1a und Kühlmedienabfuhr 1b sind möglichst breit ausgebildet, um eine möglicht große Fläche am Umfang der gestapelten Bipolarplatten 8 kühlen zu können.The heat released in the reaction of the fuel ions with the oxidizing agent, ie in the present embodiment in the reaction of the hydrogen with the oxygen of the air, is removed from the fuel cell stack by a cooling medium. For this purpose, between the media channels arranged in the corners and media channels for cooling media supply 1a and media channels for cooling media removal 1b in the hollow profile elements A, B available. The coolant is in the present embodiment, only through the media channels for cooling media supply 1a and cooling media removal 1b on the outside of the stacked bipolar plates 8th passed through, without cooling medium is passed through the cross section of the stack. The media channels for cooling media supply 1a and cooling media removal 1b are as wide as possible to a large area as possible on the periphery of the stacked bipolar plates 8th to be able to cool.

Die über den Medienkanal zur Brennstoffmedienzufuhr 2a und den Medienkanal zur Oxidationsmittelzufuhr 3a zugeführten Reaktionsgase treten über Austrittsöffnungen 12a, 13a aus dem jeweiligen Medienkanal 2a, 3a aus und über mit diesen Austrittöffnungen fluchtende Eintrittsöffnungen in den Rändern der Bipolarplatten 8 in deren Anoden bzw. Kathoden-Strömungsfelder (Flowfields) für Brennstoff und Oxidationsmittel ein. Das Offgas sowie das bei der Reaktion entstehende Reaktionsgas treten über Austrittöffnungen in den Rändern der Bipolarplatten 8 in mit diesen fluchtende Eintrittsöffnungen 12b, 13b des Medienkanals zur Offgas-Abfuhr 2b bzw. des Medienkanals zur Reaktionsgasabfuhr 3b ein.The via the media channel for fuel media supply 2a and the media channel for oxidant delivery 3a supplied reaction gases pass through outlet openings 12a . 13a from the respective media channel 2a . 3a out and about with these outlet openings aligned inlet openings in the edges of the bipolar plates 8th in their anodes and cathode flow fields (flowfields) for fuel and oxidant. The offgas and the reaction gas formed in the reaction occur via outlet openings in the edges of the bipolar plates 8th in aligned with these inlet openings 12b . 13b of the media channel for offgas removal 2 B or the media channel for reaction gas removal 3b one.

Zwischen den jeweiligen Öffnungen der Medienkanäle 2a, 2b, 3a, 3b und der Bipolarplatten 8 befindet sich eine Dichtanordnung in Form von Mediendichtungen 5, um eine Vermischung der Medien zu vermeiden. Diese Mediendichtungen 5 bestehen aus – bei den gegebenen Betriebstemperaturen – elastischem Material und werden zwischen den Medienkanälen der Hohlprofilelemente A und B und den Bipolarplatten 8 verpresst. Der erforderliche Anpressdruck kann durch radiales Verspannen der Hohlprofilelemente A und B, beispielsweise durch Spannelemente 6 und 7, erzielt werden. Die Mediendichtungen 5 können alternativ – bei mit Spannbändern 9 vorgespanntem Stapel – auch als Vergussmasse eingebracht werden, gegebenenfalls im gleichen Arbeitsschritt mit der Verbundschicht 4. Ebenso ist es möglich, dass die isolierende Verbundschicht 4 gleichzeitig die Dichtfunktion ausführt, so dass separate Mediendichtungen 5 entfallen können. Im Falle einer Vergussmasse als Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung kann diese zudem dazu dienen, die Hohlprofilelemente A und B nach ihrem Aushärten mechanisch und/oder chemisch mit den gestapelten Bipolarplatten 8 zu verbinden. Das Verwenden einer elastischen Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung ist vorteilhaft, da dadurch Ausgleichsbewegungen zwischen den Hohlprofilelementen A und B und dem Bipolarplattenstapel in Stapelrichtung ermöglicht werden.Between the respective openings of the media channels 2a . 2 B . 3a . 3b and the bipolar plates 8th there is a sealing arrangement in the form of media seals 5 to avoid mixing of the media. These media seals 5 consist of - at the given operating temperatures - elastic material and are between the media channels of the hollow profile elements A and B and the bipolar plates 8th pressed. The required contact pressure can be achieved by radial clamping of the hollow profile elements A and B, for example by clamping elements 6 and 7 , be achieved. The media seals 5 can alternatively - with with straps 9 prestressed stack - also be introduced as potting compound, optionally in the same step with the composite layer 4 , It is also possible that the insulating composite layer 4 simultaneously performs the sealing function, so that separate media seals 5 can be omitted. In the case of a potting compound as a sealing arrangement and / or insulating arrangement, this can also serve the hollow profile elements A and B after their curing mechanically and / or chemically with the stacked bipolar plates 8th connect to. The use of an elastic sealing arrangement and / or insulating arrangement is advantageous because this compensating movements between the hollow profile elements A and B and the Bipolarplattenstapel be made possible in the stacking direction.

Die Bipolarplatten 8 selbst enthalten in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel nur noch die Anoden/Kathoden-Strömungsfelder (Flowfields) für Brennstoff und Oxidationsmittel und können daher deutlich kostengünstiger als Bipolarplatten nach Stand der Technik hergestellt werden. Zudem ist die Leistungsdichte der Bipolarplatten 8 höher als im Stand der Technik, da die Fläche für die bisher in die Bipolarplatten integrierten Medienkanäle nun für die Strömungsfelder zur Verfügung steht.The bipolar plates 8th Even in the fuel cell stack according to the invention, only the anode / cathode flow fields (flowfields) for fuel and oxidant are contained in the fuel cell stack and can therefore be produced significantly less expensively than state-of-the-art bipolar plates. In addition, the power density of the bipolar plates 8th higher than in the prior art, since the area for the previously integrated in the bipolar plates media channels is now available for the flow fields.

Der Außenstruktur wird an den Enden des Bipolaroplattenstapels von einer vordere Endplatte 13 und einer hinteren Endplatte 14 abgeschlossen (siehe 2). Die vordere Endplatte 13 ist dabei speziell an das Strangpressprofil der Hohlprofilelemente A, B adaptiert und weist Anschlüsse 15, 16 für alle Gase und Medien auf. Sie besitzt Dichtungen in der Querschnittsform des Strangpressprofils der Hohlprofilelemente A, B. Seitlich längs verlaufende Spannelemente 19 bringen den erforderlichen Anpressdruck für die Dichtheit der vorderen Endplatte 13 gegenüber den Medienkanälen 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b auf. Die Innenseite der vorderen Endplatte 13 verfügt dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine Apparatur, die geeignet ist, den Anpressdruck auf Zellen und Bipolarplatten 8 des Zellstapels auf das erforderliche Maß zu bringen. Weiterhin verfügt die vordere Endplatte 13 über Durchführungen 17 für die Stromableiter.The outer structure becomes at the ends of the Bipolaroplattenstapels of a front end plate 13 and a rear end plate 14 completed (see 2 ). The front end plate 13 is specially adapted to the extruded profile of the hollow profile elements A, B and has connections 15 . 16 for all gases and media. It has seals in the cross-sectional shape of the extruded profile of the hollow profile elements A, B. Laterally extending clamping elements 19 bring the required contact pressure for the tightness of the front end plate 13 opposite the media channels 1a . 1b . 2a . 2 B . 3a . 3b on. The inside of the front end plate 13 has in the present embodiment of an apparatus which is suitable, the contact pressure on cells and bipolar plates 8th of the cell stack to the required extent. Furthermore, the front end plate has 13 about executions 17 for the current collector.

Ebenso wie die vordere Endplatte 13 ist die hintere Endplatte 14 speziell an das Strangpressprofil der Hohlprofilelemente A, B adaptiert. Sie weist integrierte Medienumleitungen 10a, 10b für das Kühlmedium in Form von Überströmkanälen (von den Medienkanälen 1a auf die Medienkanäle 1b) auf. Einen Querschnitt durch die hintere Endplatte 14 mit den Medienumleitungen 10a, 10b zeigt 3. Die hintere Endplatte 14 besitzt Dichtungen in der Querschnittsform des Strangpressprofils der Hohlprofilelemente A, B. Seitlich längs am Zellstapel verlaufende Spannelemente 19 bringen den erforderlichen Anpressdruck für die Dichtheit der Endplatte 14 gegenüber den Medienkanälen im Strangpressprofil der Hohlprofilelemente A, B auf.As well as the front end plate 13 is the rear end plate 14 specially adapted to the extruded profile of the hollow profile elements A, B. It has integrated media redirects 10a . 10b for the cooling medium in the form of overflow channels (from the media channels 1a on the media channels 1b ) on. A cross section through the rear end plate 14 with the media diversions 10a . 10b shows 3 , The rear end plate 14 has seals in the cross-sectional shape of the extruded profile of the hollow profile elements A, B. Laterally along the cell stack extending clamping elements 19 bring the required contact pressure for the tightness of the end plate 14 towards the media channels in the extruded profile of the hollow profile elements A, B on.

Die Endplatten 13, 14 sind bei diesem Design gegenüber den Endplatten im Stand der Technik erheblich vereinfacht. Die hintere Endplatte 14 enthält nur 2 parallel verlaufende oder alternativ eine einfache Mischkammer. Das Material der vorderen oder/und der hinteren Endplatte kann Metall, Kunststoff oder Keramik sein und entspricht vorteilhafterweise dem Material des Strangpressprofils der Hohlprofilelemente A, B.The end plates 13 . 14 are considerably simplified in this design compared to the end plates in the prior art. The rear end plate 14 contains only 2 parallel or alternatively a simple mixing chamber. The material of the front and / or the rear end plate can be metal, plastic or ceramic and advantageously corresponds to the material of the extruded profile of the hollow profile elements A, B.

Sollte die Temperaturleitfähigkeit der Bipolarplatten 8 nicht ausreichen, um sämtliche Wärme über die Randabschnitte 8a, 8b an die Hohlprofilelemente A, B und die darin zirkulierenden Kühlmedien abzuführen, können Wärmeleitplatten mit gleichem Formfaktor wie die Bipolarplatten 8 zwischen diese geschichtet werden, um zusätzlich eine longitudinale Wärmeableitung aus dem Inneren des Bipolarplattenstapels zu realisieren.Should the temperature conductivity of the bipolar plates 8th not enough to heat all over the edge sections 8a . 8b can dissipate to the hollow profile elements A, B and the cooling media circulating therein, heat conducting plates with the same form factor as the bipolar plates 8th between these are layered to additionally realize a longitudinal heat dissipation from the inside of the bipolar plate stack.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel wird nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben, die einen Brennstoffzellenstapel in einem Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung zeigt.A second embodiment of a fuel cell stack according to the invention will be described below with reference to 4 describes a fuel cell stack in a cross section perpendicular to the stacking direction.

Das zweite Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass der Bipolarplattenstapel außer den Bipolarplatten 108 auch Kühlplatten 112 umfasst. Jeweils nach einer Anzahl von Bipolarplatten 108 ist eine solche Kühlplatte 112 in den Stapel eingebracht, um ein Durchströmen des Stapelquerschnitts mit Kühlmedium zu ermöglichen. Falls ein elektrische leitendes Kühlmedium verwendet wird, ist diese Platte gegen die benachbarten Bipolarplatten 108 elektrisch isoliert.The second embodiment of the fuel cell stack according to the invention differs from the first embodiment essentially in that the bipolar plate stack except the bipolar plates 108 also cold plates 112 includes. Each after a number of bipolar plates 108 is such a cooling plate 112 introduced into the stack to allow flow through the stack cross-section with cooling medium. If an electrically conductive cooling medium is used, this plate is against the adjacent bipolar plates 108 electrically isolated.

In der Figur sind drei Platten des Stapels geschnitten dargestellt. Es sind eine untere Bipolarplatte 108a, eine obere Bipolarplatte 108b sowie eine dazwischen angeordnete Kühlplatte 112 jeweils teilweise zu erkennen.In the figure, three plates of the stack are shown cut. It is a lower bipolar plate 108a , an upper bipolar plate 108b and a cooling plate arranged therebetween 112 each partially visible.

Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Außenstruktur A, B nicht den kompletten Umfang des Bipolarplattenstapels umschließt. Stattdessen ist die Außenstruktur in Form zweier getrennt ausgebildeter und nicht miteinander verbundener Hohlprofilelemente A, B ausgebildet. Die Hohlprofilelemente können wie im ersten Ausführungsbeispiel in Form von Strangpressprofilen realisiert sein, für die das mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ausgeführte analog gilt. Die Hohlprofilelemente A, B sind mittels Spannelementen 106, 107 gegen die Seitenflächen des Bipolarzellenstapels 108 gepresst. Während das eine Hohlprofilelement A den Medienkanal 101a für die Zufuhr von Kühlmedium, den Medienkanal 102a für den Brennstoff und den Medienkanal 103a für das Oxidationsmittel enthält, enthält das zweite Hohlprofilelement B einen Medienkanal 101b zur Abfuhr des Kühlmediums, einen Medienkanal 102b für das Offgas und einen Medienkanal 103b für das Reaktionsgas. Die Medienkanäle sind jeweils mit der Umfangsfläche des Bipolarzellenstapels zugewandten Öffnungen versehen, die mit Mediendichtungen 105 ausgestattet sind. Hierbei ist anzumerken, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine Anodenfläche jeweils die Öffnungen 102a und 102b offen sind und für eine Kathodenfläche die Öffnungen 103a und 103b. Entsprechend zeigt 4 eine Anodenfläche der oberen Bipolarplatte 108a und eine Kathodenfläche der unten liegenden Bipolarplatte 108b.Another difference from the first embodiment is that the outer structure A, B does not surround the entire circumference of the bipolar plate stack. Instead, the outer structure in the form of two separately formed and non-interconnected hollow profile elements A, B is formed. The hollow profile elements can be realized in the form of extruded profiles, as in the first embodiment, for which applies the analogous with respect to the first embodiment executed. The hollow profile elements A, B are by means of clamping elements 106 . 107 against the side surfaces of the bipolar cell stack 108 pressed. While the one hollow profile element A the media channel 101 for the supply of cooling medium, the media channel 102 for the fuel and the media channel 103a contains for the oxidizing agent, the second hollow profile element B contains a media channel 101b to remove the cooling medium, a media channel 102b for the offgas and a media channel 103b for the reaction gas. The media channels are each provided with the peripheral surface of the Bipolarzellenstapels facing openings, with media seals 105 are equipped. It should be noted that in the present embodiment, for each anode surface, the openings 102 and 102b are open and for a cathode surface, the openings 103a and 103b , According to shows 4 an anode surface of the upper bipolar plate 108a and a cathode surface of the underlying bipolar plate 108b ,

Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der Bipolarplattenstapel an seinen Umfangsflächen mit einer Verbundschicht 104 versehen, die elektrisch isolierend ausgebildet ist. Statt der individuellen Mediendichtungen 105 kann diese auch in Form einer den Umfang des Bipolarplattenstapels umgebenden Dichtmasse ausgebildet sein. Die Verbundschicht 104 und/oder die Dichtmasse können hierbei beispielsweise als Folie oder als Verguss realisiert sein, wie dies bereits mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Vorzugsweise sind sie elastisch, um eine Ausdehnung des Bipolarplattenstapels im Betrieb nicht zu behindern.As in the first embodiment, the bipolar plate stack is at its peripheral surfaces with a composite layer 104 provided, which is designed to be electrically insulating. Instead of individual media seals 105 This may also be formed in the form of a surrounding the circumference of the bipolar plate stack sealing compound. The composite layer 104 and / or the sealing compound can be realized in this case, for example, as a film or as a potting, as has already been described with reference to the first embodiment. Preferably, they are elastic so as not to interfere with expansion of the bipolar plate stack during operation.

Gegenüber den ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich durch das zweite Ausführungsbeispiel auch eine vereinfachte Ausgestaltung der Verspannung des Bipolarplattenstapels in Stapelrichtung. Da an zwei gegenüber liegenden Umfangsflächen des Bipolarplattenstapels keine Hohlprofilelemente vorhanden sind, kann beispielsweise ein Spannriemen um den Stapel herum gelegt werden, der zwischen dem Stapel und der vorderen sowie der hinteren Endplatte hindurchgeführt werden kann. Dies ist zwar auch im ersten Ausführungsbeispiel grundsätzlich möglich, würde aber die Ausgestaltung der Endplatten verkomplizieren. Auch kann im zweiten Ausführungsbeispiel auf die Überströmkanäle in wenigstens einer der Endplatten verzichtet werden, da das Kühlmedium aus dem Zufuhrkanal 101a durch die Kühlplatten 112 in den Abfuhrkanal 101b gelangen kann. Eine der Endplatten kann daher ganz einfach als Deckel ausgebildet sein, der weder Zuführungen, noch Abführungen oder Überströmkanäle für Medien aufzuweisen braucht. Die Öffnungen für das Kühlmedium können im Unterschied zu den in 4 dargestellten Öffnungen schlitzförmig sein und insbesondere die gesamte Breite des Zufuhrkanals bzw. des Abfuhrkanals für das Kühlmedium einnehmen, wodurch die Kühlleistung erhöht werden kann.Compared to the first embodiment results from the second embodiment, a simplified embodiment of the tension of the bipolar plate stack in the stacking direction. Since there are no hollow profile elements on two opposite circumferential surfaces of the bipolar plate stack, for example, a tensioning belt can be placed around the stack, which can be passed between the stack and the front and the rear end plate. Although this is basically possible in the first embodiment, but would complicate the design of the end plates. Also, in the second embodiment, the overflow channels in at least one of the end plates can be dispensed with, since the cooling medium from the supply channel 101 through the cooling plates 112 in the discharge channel 101b can get. One of the end plates can therefore be easily formed as a lid that neither feeders, discharges or transfer channels for media needs to show. The openings for the cooling medium, unlike those in 4 be illustrated slits and in particular take the entire width of the feed channel and the discharge channel for the cooling medium, whereby the cooling capacity can be increased.

Nachfolgend wir mit Bezug auf die 5 bis 7 das Aufbringen der Verbundschicht 4 erläutert. Auf dieselbe Art und Weise kann auch eine dichtende Schicht auf den Umfang des Bipolarplattenstapels aufgebracht werden. Die Bipolarplatten 8 und – sofern vorhanden – die Kühlplatten 112 weisen vor dem Zusammenbau des Stapels und vor dem Umhüllen mit der Verbundschicht 4 Vorsprünge oder Nasen auf, die die Öffnungen im Rand des Bipolarplattenstapels umgeben, vom Umfang des Stapels radial abstehen und vorzugsweise spitz zulaufen. Eine derartige Platte vor dem Stapeln ist im 5 schematisch dargestellt. Nach dem Stapeln der Platten 8 wird dann die Verbundschicht 4 um den Umfang des Plattenstapels herum angebracht. Dies kann beispielsweise durch Umwickeln des Stapels mit einer Folie oder durch Laminieren des Stapels mit einer Folie erfolgen. Die spitz zulaufenden Vorsprünge durchstoßen dabei die Folie, so dass an den entsprechenden Stellen Öffnungen in der Folie entstehen. Dieser Zustand ist in 6 dargestellt.Below we refer to the 5 to 7 the application of the composite layer 4 explained. In the same way, a sealing layer can also be applied to the periphery of the bipolar plate stack. The bipolar plates 8th and - if available - the cooling plates 112 prior to assembly of the stack and before wrapping with the composite layer 4 Projections or lugs, which surround the openings in the edge of the Bipolarplattenstapels, project radially from the periphery of the stack and preferably tapered. Such a plate before stacking is in 5 shown schematically. After stacking the plates 8th then becomes the composite layer 4 attached around the circumference of the plate stack. This can be done, for example, by wrapping the stack with a film or by laminating the stack with a film. The tapered projections pierce the film, so that arise at the appropriate locations openings in the film. This condition is in 6 shown.

Nach dem Aufbringen der Verbundschicht 4 werden die Vorsprünge 18 durch spanabhebende Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen, entfernt und so die Eintrittsöffnungen beziehungsweise Austrittsöffnungen für die Medien in die Bipolarplatten 8 und aus den Bipolarplatten 8 hergestellt. Der Zustand nach der spanabhebenden Bearbeitung ist in 7 dargestellt. Falls die Folie lediglich isolierende Eigenschaften aufweist, können später Mediendichtungen zwischen die Hohlprofilelemente A, B und die entsprechenden Öffnungen angeordnet werden, wie dies in den 1 bis 3 dargestellt ist. Diese Mediendichtungen 5, 105 können entweder auf die Außenseite des Stapels aufgebracht werden, bevor die Hohlprofilelemente A, B angeordnet werden. Andererseits können sie aber auch an die dem Stapel zuzuwendenden Seiten der Hohlprofilelemente A, B angebracht werden, bevor die Hohlprofilelemente A, B am Stapel angeordnet werden.After application of the composite layer 4 become the projections 18 by machining, for example by milling or grinding, and so removes the inlet openings or outlet openings for the media in the bipolar plates 8th and from the bipolar plates 8th produced. The state after the machining is in 7 shown. If the film has only insulating properties, later media seals between the hollow profile elements A, B and the corresponding openings can be arranged, as shown in the 1 to 3 is shown. These media seals 5 . 105 can either be applied to the outside of the stack before the hollow profile elements A, B are arranged. On the other hand, however, they can also be attached to the sides of the hollow profile elements A, B facing the stack before the hollow profile elements A, B are arranged on the stack.

Außer als Folie kann die Verbundschicht 4 und/oder die dichtende Schicht auch als plastisches Elastomer, bspw. als flüssiges Elastomer, auf die Umfangsfläche des Stapels aufgebracht werden. Nach dem das Elastomer ausgehärtet bzw. verfestigt ist, werden die Vorsprünge entfernt.Except as a film, the composite layer 4 and / or the sealing layer are also applied as a plastic elastomer, for example as a liquid elastomer, on the peripheral surface of the stack. After the elastomer has hardened, the protrusions are removed.

In einer alternativen Ausgestaltung des Fertigungsverfahrens für den Brennstoffzellenstapel werden erst die Hohlprofilelemente A, B um den noch mit den Vorsprüngen 18 versehenen Bipolarplattenstapel herum angeordnet, wobei die Vorsprünge 18 in die Medienöffnungen der Medienkanäle in den Hohlprofilelementen A, B hinein geführt werden. Die Vorsprünge 18 können hierbei auch gleichzeitig als Führungselemente dienen, die die fluchtende Justierung der Öffnungen im Hohlprofil und im Bipolarplattenstapel erleichtert. Das spanabhebende Entfernen der Vorsprünge erfolgt dann durch die Medienkanäle der Hohlprofilelemente A, B hindurch.In an alternative embodiment of the manufacturing process for the fuel cell stack only the hollow profile elements A, B to the still with the projections 18 arranged bipolar plate stack arranged around, wherein the projections 18 into the media openings of the media channels in the hollow profile elements A, B are guided into it. The projections 18 can also serve as guide elements, which facilitates the alignment of the openings in the hollow profile and in the Bipolarplattenstapel simultaneously. The removal of the projections by machining then takes place through the media channels of the hollow profile elements A, B.

Wenn die Hohlprofilelemente A, B so ausgebildet sind, dass sie nach der Montage den gesamten Umfang des Bipolarplattenstapels umschließen, besteht auch die Möglichkeit, die Folie oder das Elastomer auf die dem Stapel zuzuwendenden Flächen der Hohlprofilelemente A, B derart aufzubringen, dass die Medienöffnungen in den Hohlprofilen überdeckt werden. Bei der Montage der Hohlprofilelemente A, B wird die Folie beziehungsweise das verfestigte Elastomer dann mittels der Vorsprünge durchstochen, wodurch die Öffnung hergestellt wird. Anschließend werden die Vorsprünge 18 durch die Medienkanäle hindurch entfernt.If the hollow profile elements A, B are formed so that they enclose the entire circumference of the Bipolarplattenstapels after assembly, it is also possible to apply the film or the elastomer facing the stack surfaces of the hollow profile elements A, B such that the media openings in the hollow profiles are covered. When mounting the hollow profile elements A, B, the film or the solidified elastomer is then pierced by means of the projections, whereby the opening is produced. Subsequently, the projections 18 through the media channels.

Wenn ein ein- oder mehrteiliges Hohlprofil verwendet wird, das den gesamten Umfang des Stapels umschließt, besteht eine weitere Fertigungsalternative darin, zuerst die Hohlprofilelemente A, B um den Plattenstapel herum anzuordnen und anschließend eine Vergussmasse in den Zwischenraum zwischen dem Stapel und den Hohlprofilelementen einzubringen. Nach dem Verfestigen der Vergussmasse werden die Vorsprünge dann durch die Medienkanäle hindurch entfernt. Die Vergussmasse kann dann auch zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Stapel und der Außenstruktur genutzt werden. Außerdem kann ein Spannband zum Verspannen des Stapels mit vergossen werden, was die Stabilität weiter erhöht.If a one- or multi-part hollow profile is used, which encloses the entire circumference of the stack, there is a further manufacturing alternative, first to arrange the hollow profile elements A, B around the plate stack around and then to introduce a potting compound in the space between the stack and the hollow profile elements. After solidification of the potting compound, the protrusions are then removed through the media channels. The potting compound can then be used to make a connection between the stack and the outer structure. In addition, a strap for clamping the stack can be shed, which further increases the stability.

Je nach Fertigungsverfahren kann ein Teil des Hohlprofils auch als Montageaufnahme während des Stapelns der Bipolarplatten dienen.Depending on the manufacturing process, a part of the hollow profile can also serve as a mounting receptacle during the stacking of the bipolar plates.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Wie dabei dargelegt worden ist, sind im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Abweichungen von den jeweiligen konkreten Ausführungsbeispielen möglich.The present invention has been described by means of exemplary embodiments. As has been stated, a large number of deviations from the respective concrete exemplary embodiments are possible within the scope of the invention.

Die vorgestellte Erfindung führt zu einer Vielzahl von Vorteilen: Zum Ersten reduziert dies die Zahl der Dichtungen auf den Bipolarplatten erheblich.The presented invention leads to a number of advantages: Firstly, this considerably reduces the number of seals on the bipolar plates.

Zweitens erlaubt sie den Einsatz üblicher leitfähiger Kühlmedien (wie bspw. Wasser), zusätzlich auch bei höheren Drücken und Temperaturen über der Siedetemperatur des Kühlmediums.Second, it allows the use of conventional conductive cooling media (such as water), in addition, even at higher pressures and temperatures above the boiling point of the cooling medium.

Drittens verbessert sie die Betriebssicherheit und Standfestigkeit von Zellstapeln durch Erhöhung der Zuverlässigkeit der Dichtstrukturen. Third, it improves the operational safety and stability of cell stacks by increasing the reliability of the sealing structures.

Viertens bietet die Erfindung höhere Leistungsdichten, da die auf den Bipolarplatten angeordneten Membran-Elektrodeneinheiten (MEA) die gesamte Fläche nutzen können.Fourth, the invention provides higher power densities because the membrane electrode assemblies (MEA) located on the bipolar plates can utilize the entire area.

Fünftens spart die Erfindung separate axiale Spannelemente ein, da diese Funktion von den Hohlprofilelementen übernommen wird.Fifth, the invention saves separate axial clamping elements, since this function is taken over by the hollow profile elements.

Sechstens erlaubt die Erfindung durch Einbau von Kühlplatten die Anpassung an unterschiedliche Betriebstemperaturbereiche.Sixth, the invention allows for the adaptation to different operating temperature ranges by installing cooling plates.

Siebtens erleichtert die Erfindung die Stapelung von Bipolarplatten-MEA-Bauelementen im Rahmen der Montage von Zellstapeln.Seventh, the invention facilitates the stacking of bipolar plate MEA devices as part of the assembly of cell stacks.

Achtens vereinfacht die Erfindung die Integration des Zellstapels in vorhandene Kühlkreisläufe.Eighth, the invention simplifies the integration of the cell stack into existing cooling circuits.

Neuntens erlaubt die Erfindung die Verwendung einer vereinfachten Endplatte ohne Anschlüsse nach außen und damit den Einbau mit einseitiger Zugänglichkeit.Ninth, the invention allows the use of a simplified end plate without connections to the outside and thus the installation with one-sided accessibility.

Zehntens verhindert die Erfindung das Verwinden des Zellstapels.Tenth, the invention prevents twisting of the cell stack.

In der Summe bietet die Erfindung erhebliches Kostensenkungspotenzial.In sum, the invention offers significant cost reduction potential.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (23)

Brennstoffzellenstapel zur Stromerzeugung aus der Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel zu einem Reaktionsprodukt, mit einem Stapel von Bipolarplatten (8, 108), die jeweils eine Anodenfläche, eine Kathodenfläche und einen Rand (8a, 8b) aufweisen, wobei – sich in dem Stapel jeweils eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche zweier benachbarter Bipolarplatten (8, 108) gegenüber liegen, – sich zwischen zwei im Stapel einander gegenüber liegenden Anoden- und Kathodenflächen ein Elektrolyt befindet, – die Anodenflächen Strömungspfade für den Brennstoff aufweisen und – die Kathodenflächen Strömungspfade für das Oxidationsmittel bzw. das Reaktionsprodukt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – eine vom Stapel von Bipolarplatten (8, 108) getrennt ausgebildete und in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8, 108) zusammenhängende Außenstruktur (A, B) vorhanden ist, – die Ränder (8a, 8b) der Bipolarplatten (8, 108) an der Außenstruktur (A, B) anliegen und – die Zufuhr des Brennstoffes und des Oxidationsmittels in die entsprechenden Strömungspfade sowie die Abfuhr des Reaktionsprodukts aus den entsprechenden Strömungspfaden der Bipolarplatten (8, 108) über die Ränder (8a, 8b) der Bipolarplatten (8, 108) durch die Außenstruktur (A, B) erfolgt.Fuel cell stack for generating electricity from the reaction of a fuel with an oxidizing agent to a reaction product, with a stack of bipolar plates ( 8th . 108 ), each having an anode surface, a cathode surface and a rim ( 8a . 8b ), wherein - in the stack in each case an anode surface and a cathode surface of two adjacent bipolar plates ( 8th . 108 ), - is located between two stacked opposing anode and cathode surfaces, an electrolyte, - have the anode surfaces flow paths for the fuel and - the cathode surfaces flow paths for the oxidizing agent or the reaction product, characterized in that - one of Stack of bipolar plates ( 8th . 108 ) formed separately and in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th . 108 ) contiguous outer structure (A, B) is present, - the edges ( 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th . 108 ) on the outer structure (A, B) and - the supply of the fuel and the oxidizing agent in the corresponding flow paths and the removal of the reaction product from the corresponding flow paths of the bipolar plates ( 8th . 108 ) over the edges ( 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th . 108 ) takes place through the outer structure (A, B). Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtanordnung (5) und/oder eine Isolieranordnung (4) den Umfang des Stapels von Bipolarplatten umgibt.Fuel cell stack according to claim 1, characterized in that a sealing arrangement ( 5 ) and / or an insulating arrangement ( 4 ) surrounds the periphery of the stack of bipolar plates. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtanordnung (5) und/oder die Isolieranordnung (4) durch eine Vergussmasse gebildet ist.Fuel cell stack according to claim 2, characterized in that the sealing arrangement ( 5 ) and / or the insulating arrangement ( 4 ) is formed by a potting compound. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtanordnung (5) und/oder die Isolieranordnung (4) durch eine um den Umfang des Stapels herum gewickelte oder laminierte Folie gebildet ist.Fuel cell stack according to claim 2, characterized in that the sealing arrangement ( 5 ) and / or the insulating arrangement ( 4 ) is formed by a film wound or laminated around the circumference of the stack. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder 8a, 8b) der Bipolarplatten (8) den Umfang des Stapels von Bipolarplatten bilden und die Ränder jeweils mit einer Dichtanordnung (5) und/oder einer Isolieranordnung (4) versehen sind, die gegen die Außenstruktur (A, B) dichtend anliegt.Fuel cell stack according to claim 2, characterized in that the edges 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th ) form the periphery of the stack of bipolar plates and the edges each with a sealing arrangement ( 5 ) and / or an insulating arrangement ( 4 ) are provided, which bears against the outer structure (A, B) sealingly. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtanordnung (5) und die Isolieranordnung (4) identisch sind.Fuel cell stack according to one of claims 2 to 6, characterized in that the sealing arrangement ( 5 ) and the insulating arrangement ( 4 ) are identical. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – den Anodenflächen und den Kathodenflächen Brennstoffeintrittsöffnungen bzw. Oxidationsmitteleintrittsöffnungen zugeordnet sind, die sich in den Rändern (8a) der jeweiligen Bipolarplatten (8) befinden, und – wenigstens den Kathodenflächen Reaktionsproduktaustrittsöffnungen zugeordnet sind, die sich in den Rändern (8a) der jeweiligen Bipolarplatten (8) befinden, – die Außenstruktur (A, B) in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8) erstreckende Strömungskanäle (2a, 2b, 3a, 3b) aufweist, wobei wenigstens ein Brennstoffströmungskanal (2a), ein Oxidationsmittelströmungskanal (3a) und ein Reaktionsproduktströmungskanal (3b) vorhanden sind, – der Brennstoffströmungskanal (2a) Austrittsöffnungen (12a) für den Austritt von Brennstoff aufweist, der Oxidationsmittelströmungskanal (3a) Austrittsöffnungen (13a) für den Austritt von Oxidationsmittel aufweist und der Reaktionsproduktströmungskanal (3b) Eintrittsöffnungen (13b) für den Eintritt von Reaktionsprodukt aufweist, und – die Austrittsöffnungen (12a) des Brennstoffströmungskanals (2a) mit den Brennstoffeintrittsöffnungen der Bipolarplatten (8) fluchten, die Austrittsöffnungen (13a) des Oxidationsmittelströmungskanals (3a) mit den Oxidationsmitteleintrittsöffnungen der Bipolarplatten (8) fluchten und die Eintrittsöffnungen (13b) des Reaktionsproduktströmungskanals (3b) mit den Reaktionsproduktaustrittsöffnungen der Bipolarplatten (8) fluchten.Fuel cell stack according to one of claims 1 to 6, characterized in that - the anode surfaces and the cathode surfaces are assigned to fuel inlet openings or oxidant inlet openings, which in the edges ( 8a ) of the respective bipolar plates ( 8th ), and - at least the cathode surfaces are associated with reaction product outlet openings, which are located in the edges ( 8a ) of the respective bipolar plates ( 8th ), - the outer structure (A, B) in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th ) extending flow channels ( 2a . 2 B . 3a . 3b ), wherein at least one fuel flow channel ( 2a ), an oxidant flow channel ( 3a ) and a reaction product flow channel ( 3b ), - the fuel flow channel ( 2a ) Outlet openings ( 12a ) for the discharge of fuel, the oxidant flow channel ( 3a ) Outlet openings ( 13a ) for the exit of oxidant and the reaction product flow channel ( 3b ) Inlet openings ( 13b ) for the entry of reaction product, and - the outlet openings ( 12a ) of the fuel flow channel ( 2a ) with the fuel inlet openings of the bipolar plates ( 8th ), the outlet openings ( 13a ) of the oxidant flow channel ( 3a ) with the oxidant inlet openings of the bipolar plates ( 8th ) are aligned and the inlets ( 13b ) of the reaction product flow channel ( 3b ) with the reaction product outlet openings of the bipolar plates ( 8th ) are aligned. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (A, B) wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8) erstreckenden Kühlfluidkanal (1a, 1b) aufweist.Fuel cell stack according to claim 7, characterized in that the outer structure (A, B) at least one in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th ) extending cooling fluid channel ( 1a . 1b ) having. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (A, B) wenigstens ein Paar sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8) erstreckender Kühlfluidkanäle (1a, 1b) aufweist, bei dem die beiden Kühlfluidkanäle (1a, 1b) in entgegengesetzter Richtung von Kühlfluid durchströmt werden.Fuel cell stack according to claim 8, characterized in that the outer structure (A, B) at least one pair in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th ) extending cooling fluid channels ( 1a . 1b ), in which the two cooling fluid channels ( 1a . 1b ) are flowed through in the opposite direction of cooling fluid. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel von Bipolarplatten (108) von einem Kühlfluid durchströmten Kühlfluidplatten (112) umfasst, die jeweils auf eine Anzahl von Bipolarplatten (108) folgen, wobei die Zu- und Abfuhr des Kühlfluids über die Außenstruktur (A, B) erfolgt.Fuel cell stack according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stack of bipolar plates ( 108 ) cooling fluid plates through which a cooling fluid flows ( 112 ), each applied to a number of bipolar plates ( 108 ), wherein the supply and removal of the cooling fluid via the outer structure (A, B) takes place. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluidplatten (112) gegen die benachbarten Bipolarplatten (108) abgeschlossenen sind, – die Kühlfluidplatten (112) einen der Außenstruktur (A, B) zugewandten Rand aufweisen, in dem Kühlfluideintrittsöffnungen und Kühlfluidaustrittsöffnungen vorhanden sind, – die Außenstruktur (A, B) wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten erstreckenden Kühlfluidzufuhrkanal (101a) mit dem Stapel von Bipolarplatten zugewandten Kühlfluidaustrittsöffnungen (111a) und wenigstens einen sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten (108) erstreckenden Kühlfluidabfuhrkanal (101b) mit dem Stapel von Bipolarplatten (108) zugewandten Kühlfluideintrittsöffnungen (111b) aufweist, und – die Kühlfluideintrittsöffnungen und Kühlfluidaustrittsöffnungen der Kühlfluidplatten (122) mit den Kühlfluidaustrittsöffnungen (111a) des wenigstens einen Kühlfluidzufuhrkanals (101a) der Außenstruktur bzw. mit den Kühlfluideintrittsöffnungen (111b) des wenigstens einen Kühlfluidabfuhrkanals (101b) der Außenstruktur (A, B) fluchten.Fuel cell stack according to claim 10, characterized in that the cooling fluid plates ( 112 ) against the adjacent bipolar plates ( 108 ) are completed, The cooling fluid plates ( 112 ) have an edge facing the outer structure (A, B), in which cooling fluid inlet openings and cooling fluid outlet openings are present, - the outer structure (A, B) has at least one cooling fluid supply channel extending in the stacking direction of the bipolar plates ( 101 ) with the stack of bipolar plates facing cooling fluid outlet openings ( 111 ) and at least one in the stacking direction of the bipolar plates ( 108 ) extending cooling fluid discharge channel ( 101b ) with the stack of bipolar plates ( 108 ) facing cooling fluid inlet openings ( 111b ), and - the cooling fluid inlet openings and cooling fluid outlet openings of the cooling fluid plates ( 122 ) with the cooling fluid outlet openings ( 111 ) of the at least one cooling fluid supply channel ( 101 ) of the outer structure or with the cooling fluid inlet openings ( 111b ) of the at least one cooling fluid discharge channel ( 101b ) of the outer structure (A, B) are aligned. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – sich die Strömungspfade in den Anodenflächen und den Kathodenflächen bis zum Rand (8a, 8b) der der Bipolarplatten (8) erstrecken,Fuel cell stack according to one of claims 1 to 11, characterized in that - the flow paths in the anode surfaces and the cathode surfaces to the edge ( 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th ), Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (A, B) wenigstens ein Hohlprofilelement umfasst.Fuel cell stack according to one of claims 1 to 12, characterized in that the outer structure (A, B) comprises at least one hollow profile element. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (A, B) in Umfangsrichtung des Stapels von Bipolarplatten (8, 108) wenigstens zweigeteilt ist und Spannmittel (7, 107) vorhanden sind, welche die Teile der Außenstruktur (A, B) gegeneinander verspannen.Fuel cell stack according to one of claims 1 to 13, characterized in that the outer structure (A, B) in the circumferential direction of the stack of bipolar plates ( 8th . 108 ) is divided into at least two and clamping means ( 7 . 107 ) are present, which brace the parts of the outer structure (A, B) against each other. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstruktur (A, B) Endplatten (13, 14) aufweist, mittels derer der Stapel von Bipolarplatten (8) in Stapelrichtung verspannt ist.Fuel cell stack according to one of claims 1 to 14, characterized in that the outer structure (A, B) end plates ( 13 . 14 ), by means of which the stack of bipolar plates ( 8th ) is clamped in the stacking direction. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, das wenigstens eine der Endgatten (13, 14) und/oder wenigstens ein Teil der wenigstens zweigeteilten Außenstruktur (A, B) eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des Anpressdrucks gegen den Stapel von Bipolarzellen (8) umfasst.Fuel cell stack according to claim 15, characterized in that the at least one of the end gates ( 13 . 14 ) and / or at least a part of the at least two-part outer structure (A, B) has an adjusting device for adjusting the contact pressure against the stack of bipolar cells (US Pat. 8th ). Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels zur Stromerzeugung aus der Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel zu einem Reaktionsprodukt, durch Stapeln von Bipolarplatten (8, 108), die jeweils eine Anodenfläche mit Strömungspfaden für den Brennstoff, eine Kathodenfläche mit Strömungspfaden für das Oxidationsmittel bzw. das Reaktionsprodukt sowie einen Rand (8a, 8b) aufweisen, derart dass jeweils eine Anodenfläche und eine Kathodenfläche zweier benachbarter Bipolarplatten (8, 108) einander gegenüber liegend angeordnet werden, wobei zwischen die einander gegenüber liegenden Anoden- und Kathodenflächen ein Elektrolyt angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine von den Bipolarplatten (8, 108) getrennt ausgebildete und in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8, 108) zusammenhängende Außenstruktur (A, B) derart um den Stapel von Bipolarplatten (8, 108) herum angeordnet wird, dass die Ränder (8a, 8b) der Bipolarplatten (8, 108) an der Außenstruktur (A, B) anliegen und die Zufuhr des Brennstoffes und des Oxidationsmittels in die entsprechenden Strömungspfade sowie die Abfuhr des Reaktionsprodukts aus den entsprechenden Strömungspfaden über die Ränder (8a, 8b) der Bipolarplatten (8, 108) durch die Außenstruktur (A, B) erfolgen kann.Method for producing a fuel cell stack for generating electricity from the reaction of a fuel with an oxidizing agent to form a reaction product, by stacking bipolar plates ( 8th . 108 ), each having an anode surface with flow paths for the fuel, a cathode surface with flow paths for the oxidant or the reaction product and a rim ( 8a . 8b ) such that in each case one anode surface and one cathode surface of two adjacent bipolar plates ( 8th . 108 ) are arranged opposite one another, wherein an electrolyte is arranged between the opposing anode and cathode surfaces, characterized in that - one of the bipolar plates ( 8th . 108 ) formed separately and in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th . 108 ) contiguous outer structure (A, B) in such a way around the stack of bipolar plates ( 8th . 108 ) is arranged around, that the edges ( 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th . 108 ) on the outer structure (A, B) and the supply of the fuel and the oxidizing agent in the corresponding flow paths and the removal of the reaction product from the corresponding flow paths over the edges ( 8a . 8b ) of the bipolar plates ( 8th . 108 ) can be done through the outer structure (A, B). Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtanordnung (5) und/oder eine Isolieranordnung (4) zwischen dem Stapel von Bipolarplatten (8, 108) und der Außenstruktur (A, B) angebracht wird.Method according to claim 17, characterized in that a sealing arrangement ( 5 ) and / or an insulating arrangement ( 4 ) between the stack of bipolar plates ( 8th . 108 ) and the outer structure (A, B) is attached. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Bipolarplatten (8, 108) Verwendung finden, die Brennstoffeintrittsöffnungen, Oxidationsmitteleintrittsöffnungen und Reaktionsproduktaustrittsöffnungen aufweisen, die derart am Umfang der Bipolarplatten (8, 108) angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des einströmenden Brennstoffs, des einströmenden Oxidationsmittels und des ausströmenden Reaktionsprodukts durch die jeweiligen Öffnungen in der Ebene der Strömungspfade der Anodenseite bzw. Kathodenseite verläuft, wobei die Brennstoffeintrittsöffnungen, Oxidationsmitteleintrittsöffnungen und Reaktionsproduktaustrittsöffnungen der einzelnen Bipolarplatten (8) die jeweilige Öffnung des Brennstoffzellenstapels umgebende und in Richtung der Plattenebene von Rand der Bipolarplatten (8) abstehende Vorsprünge (18) aufweisen, die nach dem Anbringen der Dichtanordnung (5) und/oder Isolieranordnung (4) entfernt werden.Method according to claim 18, characterized in that bipolar plates ( 8th . 108 ) Are used, which have fuel inlet openings, oxidant inlet openings and reaction product outlet openings, which in such a way on the periphery of the bipolar plates ( 8th . 108 in that the flow direction of the inflowing fuel, of the inflowing oxidizing agent and of the outflowing reaction product passes through the respective openings in the plane of the flow paths of the anode side or cathode side, the fuel inlet openings, oxidant inlet openings and reaction product outlet openings of the individual bipolar plates ( 8th ) surrounding the respective opening of the fuel cell stack and in the direction of the plate plane of edge of the bipolar plates ( 8th ) protruding projections ( 18 ), which after the attachment of the sealing arrangement ( 5 ) and / or insulating arrangement ( 4 ) are removed. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenstruktur (A, B) mit sich in Stapelrichtung der Bipolarplatten (8) erstreckenden Strömungskanälen Verwendung findet, wobei wenigstens ein Brennstoffströmungskanal, ein Oxidationsmittelströmungskanal und ein Reaktionsproduktströmungskanal vorhanden sind, und der Brennstoffströmungskanal Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff aufweist, der Oxidationsmittelströmungskanal Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel aufweist und der Reaktionsproduktströmungskanal Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt aufweist.A method according to claim 19, characterized in that an outer structure (A, B) with in the stacking direction of the bipolar plates ( 8th ), wherein at least one of a fuel flow passage, an oxidant flow passage and a reaction product flow passage is provided, and the fuel flow passage includes exit ports for discharge of fuel, the oxidant flow passage has exit ports for exit of oxidant, and the reaction product flow passage has entry ports for entry of reaction product. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass – die Dichtanordnung (5) und/oder Isolieranordnung derart um den Stapel von Bipolarplatten (8) herum angebracht wird, dass die Vorsprünge aus der Dichtanordnung und/oder Isolieranordnung hinausragen und – nach dem Entfernen der Vorsprünge (18) die Außenstruktur (A, B) derart um den Stapel von Bipolarplatten (8) herum angeordnet wird, dass die Austrittsöffnungen des Brennstoffströmungskanals mit den Brennstoffeintrittsöffnungen der Bipolarplatten (8) fluchten, die Austrittsöffnungen des Oxidationsmittelströmungskanals mit den Oxidationsmitteleintrittsöffnungen der Bipolarplatten fluchten und die Eintrittsöffnungen des Reaktionsproduktströmungskanals mit den Reaktionsproduktaustrittsöffnungen der Bipolarplatten (8) fluchten. Method according to claim 20, characterized in that - the sealing arrangement ( 5 ) and / or insulating arrangement around the stack of bipolar plates ( 8th ) is mounted around, that the projections of the sealing arrangement and / or insulating arrangement protrude and - after removing the projections ( 18 ) the outer structure (A, B) around the stack of bipolar plates ( 8th ) is arranged around, that the outlet openings of the fuel flow channel with the fuel inlet openings of the bipolar plates ( 8th ) are aligned, the outlet openings of the oxidant flow channel with the oxidant inlet openings of the bipolar plates are aligned and the inlet openings of the reaction product flow channel with the reaction product outlet openings of the bipolar plates ( 8th ) are aligned. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung und/oder Isolierung in Form einer gasdichten Folie um den Stapel von Bipolarplatten (8) herum gewickelt oder laminiert wird.A method according to claim 21, characterized in that the seal and / or insulation in the form of a gas-tight film around the stack of bipolar plates ( 8th ) is wrapped or laminated around. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass – die Außenstruktur (A, B) derart um den Stapel von Bipolarplatten (8) herum angeordnet wird, dass die Vorsprünge (18) in die Austrittsöffnungen für den Austritt von Brennstoff, die Austrittsöffnungen für den Austritt von Oxidationsmittel und Eintrittsöffnungen für den Eintritt von Reaktionsprodukt hineinragen und, – die Dichtanordnung (5) und/oder Isolieranordnung (4) in Form einer Vergussmasse zwischen den Stapel von Bipolarplatten (8) und die Außenstruktur (A, B) eingebracht wird.A method according to claim 20, characterized in that - the outer structure (A, B) in such a way around the stack of bipolar plates ( 8th ) is arranged around, that the projections ( 18 ) into the outlet openings for the exit of fuel, the outlet openings for the exit of oxidizing agent and inlet openings for the entry of reaction product protrude and, - the sealing arrangement ( 5 ) and / or insulating arrangement ( 4 ) in the form of a potting compound between the stacks of bipolar plates ( 8th ) and the outer structure (A, B) is introduced.
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