DE102010062396B4

DE102010062396B4 - Bipolarhalbschale einer Biplolarplatte von Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks

Info

Publication number: DE102010062396B4
Application number: DE102010062396A
Authority: DE
Inventors: Achim Edelmann; Dr. Fritz Werner; Alexander Köhler
Original assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Current assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2030-12-04
Also published as: DE102010062396A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bipolarhalbschale (1) einer Bipolarplatte von Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks, die jeweils aus einer Vielzahl im Stapel angeordneter Bipolarplatten bestehen, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten eine Elektrolytmembran vorgesehen ist, die beidseitig mit einer Gasdiffusionslage belegt ist, und wobei jede Bipolarplatte aus zwei Bipolarhalbschalen (1) gebildet wird, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind und zwischen denen Temperierkanäle vorgesehen sind, wobei die Bipolarhalbschale (1) im Grund (2) einer Vertiefung (3) im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- und/oder Abführöffnungen (4) für das Betriebsmedium, die jeweils über einen Kanal (5) mit den innenliegenden Kanälen (6) für das Betriebsmedium verbunden sind, vorstehende Einformungen (7) aufweist, auf denen sich ein Einleger abstützt, der in einen eingeformten Absatz (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) ragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarhalbschale einer Bipolarplatte von Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks, die jeweils aus einer Vielzahl im Stapel angeordneter Bipolarplatten bestehen, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten eine Elektrolytmembran angeordnet ist, die beidseitig mit einer Gasdiffusionslage belegt ist, und wobei jede Bipolarplatte aus zwei Bipolarhalbschalen gebildet wird, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind und zwischen denen Temperierkanäle vorhanden sind.
Bei insbesondere metallischen Bipolarhalbschalen wird das Betriebsmedium über Zuführ- und Abführkanäle den einzelnen Lagen zugeführt bzw. aus den einzelnen Lagen abgeführt. Um insbesondere die Zuführungen für das Betriebsmedium abzudichten, werden bereits z. T. Einleger o. dgl. eingesetzt.
In der DE 10 2005 058 350 A1 ist ein Formteil als Halbschale für eine Bipolarplatte beschrieben, die mindestens eine Öffnung aufweist. An einem Rand der Öffnung ist ein Einlegelement, das einstückig mit dem Formteil ausgebildet ist, um mindestens eine parallel oder im wesentlichen parallel zur Öffnungsebene der Öffnung liegende Achse bewegbar angeordnet. Da in der Regel die Halbschalen bzw. die Bipolarhalbschalen vor dem Umklappen des Einlegelements beschichtet werden, weist die Halbschale den Nachteil auf, dass die Beschichtung nach dem Umklappen beschädigt ist, was sich u. a. auch negativ auf die Haltbarkeit des mit den Halbschalen erstellten Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks auswirkt.
Die DE 10 2005 057 045 A1 betrifft eine aus zwei Teilplatten bestehende Bipolarplatte mit Dichtungsnuten und Stützstellen im Bereich des Fluidports.
Ein zusammenklappbares Distanzhalterelement für aus zwei Bauteilen bestehende Bipolarplatten von Brennstoffzellenstapeln ist in der DE 103 58 457 B4 beschrieben.
Aus der DE 10 2006 059 857 A1 ist eine Bipolarplatte für Brennstoffzellen entnehmbar, die ein insbesondere als Klappinlay ausgebildetes Abdeckelement aufweist.
Die DE 20 2008 014 927 U1 betrifft allgemein metallische Flachdichtungen, die insbesondere auch in Bipolarplatten von Brennstoffzellenstapeln Verwendung finden.
In der DE 10 2007 003 096 A1 ist ein mit einem Dichtelement verbundenes Einlegeelement beschrieben, das in eine Ausnehmung einer Bipolarplatte eines Brennstoffzellenstapels im Bereich der Zu- und Abfuhröffnungen für die Reaktanten eingelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarhalbschale der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der ein geregelter Zugang zu jeder einzelnen Lage und ein bestimmtes Niveau innerhalb jeder Lage erreicht wird und bei der dazu ein Einleger zum Einsatz kommt, bei dem keinerlei negative Auswirkungen auf den Brennstoffzellen- oder Eletrolyseurstack aufgrund von Beschädigungen der Beschichtung beispielsweise durch eine Umformung auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bipolarhalbschale mit den Kennzeichnungsmerkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Bipolarhalbschale weist im Grund einer Vertiefung im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- und/oder Abführöffnungen für ein Betriebsmedium, die jeweils über einen Kanal mit den innenliegenden Kanälen für das Betriebsmedium verbunden sind, vorstehende Einformungen auf, auf denen sich ein Einleger abstützt, der in einen eingeformten Absatz an der Öffnung der Vertiefung ragt. Durch den separaten Einleger entstehen keinerlei Beschädigungen an der Beschichtung wie zuvor beschrieben, so dass keine negativen Auswirkungen auf den Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstack entstehen.
Der Einleger kann einen eingeformten Bund aufweisen, der zur Versteifung des Einlegers vorgesehen ist und sich in der Vertiefung im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- oder Abführöffnungen für das Betriebsmedium zentrieren kann.
Die Tiefe des eingeformten Absatzes an der Öffnung der Vertiefung entspricht vorzugsweise der Materialstärke des Einlegers, wodurch nach dem Einsetzen des Einlegers eine ebene Oberfläche entsteht, da der Einleger in dem eingeformten Absatz an der Öffnung der Vertiefung zu liegen kommt und die Außenflächen des Einlegers mit der Innenfläche der Bipolarhalbschale eine Ebene bildet.
Der Einleger weist eine konzentrisch zu den Zuführ- und/oder Abführöffnungen für das Betriebsmedium verlaufende Bohrung auf, die für eine Weiterleitung des Betriebsmediums zur benachbarten Bipolarhalbschale sorgt.
Die Bipolarhalbschale weist zwischen dem Einleger und dem eingeformten Absatz an der Öffnung der Vertiefung vorzugsweise eine Dichtung auf.
Der Einleger kann in den eingeformten Absatz an der Öffnung der Vertiefung entweder eingeklebt oder eingeschweißt sein.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Bipolarhalbschale näher erläutert, wobei die Kanäle für das Betriebsmedium und für das Temperiermedium lediglich vereinfacht dargestellt sind.
Es zeigen
1 eine Draufsicht auf eine Bipolarhalbschale vor dem Einsetzen des Einlegers,
2 perspektivisch die Bipolarhalbschale nach 1,
3 perspektivisch die Bipolarhalbschale mit eingesetztem Einleger,
4 eine Draufsicht der Bipolarhalbschale nach 3 und
5 einen Schnitt nach der Linie V-V in 4.
In den 1 bis 4 ist jeweils eine Bipolarhalbschale 1 einer nicht dargestellten Bipolarplatte eines Brennstoffzellen- oder Elekrolyseurstacks dargestellt, der aus einer Vielzahl im Stapel angeordneter Einzelzellen besteht. Jede Einzelzelle weist dabei eine als Anode ausgebildete erste Elektrode, eine als Kathode ausgebildete zweite Elektrode sowie eine zwischen Anode und Kathode angeordnete Elektrolytmembran auf, wobei die Elektroden-Elektrolytmembran-Anordnung beidseitig mit einer Gasdiffusionslage belegt ist.
In dem jeweiligen Brennstoffzellen- oder Elektolyseurstack werden die der Anode und die der Kathode zugewandte Bipolarhalbschale 1 zu einer Bipolarplatte zusammengefasst. Dabei ist zwischen zwei Einzelzellen eine anodische Bipolarhalbschale 1 und eine kathodische Bipolarhalbschale 1 aus Metall angeordnet, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind und zwischen denen Temperierkanäle vorgesehen sind.
Die dargestellte Bipolarhalbschale 1 weist im Grund 2 einer Vertiefung 3 im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- und/oder Abführöffnungen 4 für das Betriebsmedium, die jeweils über einen Kanal 5 mit den innenliegenden Kanälen 6 für das Betriebsmedium verbunden sind, vorstehende Einformungen 7 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 3 in der Bipolarhalbschale 1 kreisrund ausgebildet. Diese kann jedoch auch eine rechteckige oder sonstige geometrische Form aufweisen. Ferner sind bei dem Ausführungsbeispiel der Bipolarhalbschale 1 drei vorstehende Einformungen 7 vorgesehen, die in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Es können durchaus auch mehr oder weniger Einformungen 7 vorgesehen sein, wobei die Anordnung zueinander beliebig sein kann.
Auf den Einformungen 7 stützt sich ein Einleger 8 nach dem Einsetzen desselben (siehe 3 bis 5) ab, der in einen eingeformten Absatz 9 an der Öffnung 10 der Vertiefung 3 ragt.
Zudem kann der Einleger 8 einen eingeformten Bund 11 aufweisen, der zur Versteifung des Einlegers 8 vorgesehen ist und sich ggf. in der Vertiefung 3 im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- und/oder Abführöffnungen 4 für das Betriebsmedium zentrieren kann.
Damit die Außenfläche 12 des Einlegers 8 mit der Innenfläche 13 der Bipolarhalbschale 1 eine Ebene bildet, entspricht die Tiefe des eingeformten Absatzes 9 an der Öffnung 10 der Vertiefung 3 der Materialstärke des Einlegers 8. Dadurch entsteht nach den Einsetzen des Einlegers 8 eine ebene Oberfläche, wobei der Einleger 8 in dem eingeformten Absatz 9 an der Öffnung 10 der Vertiefung 3 zu liegen kommt.
In dem Einleger 8 ist eine konzentrisch zu den Zuführ- und/oder Abführöffnungen 4 für das Betriebsmedium verlaufende Bohrung 14 vorgesehen, die für eine Weiterleitung des Betriebsmedium zur benachbarten Bipolarhalbschale 1 sorgt.
Zwischen dem Einleger 8 und dem eingeformten Absatz 9 an der Öffnung 10 der Vertiefung 3 ist vorzugsweise eine Dichtung (nicht dargestellt) vorgesehen.
Der Einleger 8 kann in den eingeformten Absatz 9 an der Öffnung 10 der Vertiefung 3 entweder eingeklebt oder eingeschweißt sein.

Claims

Bipolarhalbschale (1) einer Bipolarplatte von Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks, die jeweils aus einer Vielzahl im Stapel angeordneter Bipolarplatten bestehen, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten eine Elektrolytmembran angeordnet ist, die beidseitig mit einer Gasdiffusionslage belegt ist, und wobei jede Bipolarplatte aus zwei Bipolarhalbschalen (1) gebildet wird, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind und zwischen denen Temperierkanäle vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarhalbschale (1) im Grund (2) einer Vertiefung (3) im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- und/oder Abführöffnungen (4) für ein Betriebsmedium, die jeweils über einen Kanal (5) mit den innenliegenden Kanälen (6) für das Betriebsmedium verbunden sind, vorstehende Einformungen (7) aufweist, auf denen sich ein Einleger (8) abstützt, der in einen eingeformten Absatz (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) ragt.
Bipolarhalbschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (8) einen eingeformten Bund (11) aufweist, der in die Vertiefung (3) im Bereich der in Stapelrichtung verlaufenden Zuführ- oder Abführöffnungen (4) für das Betriebsmedium ragt.
Bipolarhalbschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des eingeformten Absatzes (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) der Materialstärke des Einlegers (8) entspricht.
Bipolarhalbschale nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (8) eine konzentrisch zu den Zuführ- und/oder Abführöffnungen (4) für das Betriebsmedium verlaufende Bohrung (14) aufweist.
Bipolarhalbschale nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwischen dem Einleger (8) und dem eingeformten Absatz (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) eine Dichtung aufweist.
Bipolarhalbschale nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (8) in den eingeformten Absatz (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) eingeklebt ist.
Bipolarhalbschale nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (8) in den eingeformten Absatz (9) an der Öffnung (10) der Vertiefung (3) eingeschweißt ist.