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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektrode-Einheit und die Bipolarplatte eine erste und eine zweite Bipolarplattenhälfte aufweist, zumindest eine der Bipolarplattenhälften eine Kühlmittelverteilerstruktur aufweist und zwischen den Bipolarplattenhälften der zumindest durch die Kühlmittelverteilerstruktur geformte Kühlmittelraum gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle mit zumindest einer Bipolarplatte und zumindest einer Membran-Elektrode-Einheit, wobei die Bipolarplatte eine erste und eine zweite Bipolarplattenhälfte aufweist, zumindest eine der Bipolarplattenhälften eine Kühlmittelverteilerstruktur aufweist und zwischen den Bipolarplattenhälften ein zumindest durch die Kühlmittelverteilerstruktur geformter Kühlmittelraum gebildet ist, und wobei die zumindest eine Bipolarplatte flächig an der Membran-Elektrode-Einheit angeordnet ist zur Bildung eines Gasraums einer Anode oder einer Kathode der Brennstoffzelle zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit.
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STAND DER TECHNIK
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Brennstoffzellen können mehrere Bipolarplatten und Membran-Elektrode-Einheiten aufweisen. Bei der Herstellung von Bipolarplatten ist es ferner bekannt, dass diese Bipolarplatten jeweils zwei Bipolarplattenhälften aufweisen können. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass eine Bipolarplattenhälfte auf einer Seite der Platte eine Gasverteilungsstruktur, beispielsweise für Wasserstoff bei einer Anode der Brennstoffzelle bzw. für Luft bei einer Kathode der Brennstoffzelle, und die andere Seite der Platte eine Kühlmittelverteilungsstruktur für die Verteilung eines Kühlmittels aufweisen kann. Es ist bekannt, die beiden Bipolarplattenhälften dauerhaft durch eine Kleben, Schweißen, Löten oder ähnliche Verbindungsverfahren punktförmig, linienförmig und/oder teilflächig zu verbinden. Auch ist bekannt, am Außenbereich einer derartigen Bipolarplatte eine Dichtung anzuordnen. Beide Möglichkeiten haben ihre Ursache darin, einen Austritt von Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum, der zwischen den beiden Bipolarplattenhälften gebildet wird, zu verhindern.
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Darüber hinaus ist es bekannt, zwischen einer Bipolarplatten und einer Membran-Elektrode-Einheiten einer Brennstoffzelle ebenfalls Dichtungen anzuordnen. Derartige Dichtungen bzw. Dichtungsanordnungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2006 056 468 A1 oder der
DE 199 08 555 A1 bekannt. Diese Dichtungen werden dafür verwendet, dass die in der Brennstoffzelle verwendeten Gase, insbesondere Wasserstoff und Luft, aus der Brennstoffzelle ebenfalls nicht ungewollt austreten können.
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Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zusätzlich zur Abdichtung der Gasräume entweder eine separate Abdichtung des Kühlmittelraums oder eine kühlmitteldichte, dauerhafte Verbindung der Bipolarplattenhälften nötig sind. Beide Varianten sind kostenintensiv und bedingen einen erhöhten materiellen wie auch zeitlichen Aufwand bei der Fertigung und/oder Montage einer derartigen Brennstoffzelle.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums einer Bipolarplatte sowie bekannter Brennstoffzellen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums sowie eine Brennstoffzelle bereitzustellen, welche in einfacher und kostengünstiger Weise die Herstellung einer Brennstoffzelle bzw. eines abgedichteten Kühlmittelraums ermöglichen, wobei insbesondere der Zeit- und Materialaufwand bei der Fertigung verringert werden.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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In einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektrode-Einheit und die Bipolarplatte eine erste und eine zweite Bipolarplattenhälfte aufweist, zumindest eine der Bipolarplattenhälften eine Kühlmittelverteilerstruktur aufweist und zwischen den Bipolarplattenhälften der zumindest durch die Kühlmittelverteilerstruktur geformte Kühlmittelraum gebildet ist, gelöst. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Flächiges Anordnen der Bipolarplatte an der zumindest einen Membran-Elektrode-Einheit
- b) Bilden eines Gasraums einer Anode oder einer Kathode der Brennstoffzelle zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit,
- c) Anordnen einer Dichtung zur Abdichtung des Gasraums derart, dass von der Dichtung auch der Kühlmittelraum abgedichtet wird, wobei beide Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte durch die Dichtung kontaktiert werden.
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Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Kühlmittelraum von einem Kühlfluid zum Kühlen der Brennstoffzelle durchströmt. Durch die Kühlmittelverteilerstruktur, die zumindest eine der Bipolarplattenhälften, bevorzugt beide Bipolarplattenhälften, aufweist beziehungsweise aufweisen, wird eine optimale Verteilung des Kühlfluids innerhalb des Kühlmittelraums sichergestellt wodurch eine sichere und effiziente Kühlung der Brennstoffzelle erreicht werden kann. Die Kühlmittelverteilerstruktur kann dabei auch ein insbesondere poröses Material aufweisen und/oder daraus gebildet sein, dass zwischen den Bipolarplattenhälften angeordnet ist. Ferner kann die Kühlmittelverteilerstruktur dazu ausgebildet sein, als Abstandshalter den Abstand der beiden Bipolarplatten zueinander festzulegen. Flächig im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Ausdehnung der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit in zwei Raumdimensionen deutlich größer ist als in der dritten Dimension, wobei flächiges Anordnen das Anordnen der beiden Bauteile derart aneinander bedeutet, dass eine möglichst große Berührfläche zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit erreicht wird. Zusätzlich zur Kühlmittelverteilerstruktur kann eine Bipolarplatte auch eine Gasverteilerstruktur aufweisen, durch die ein Gasstrom im Gasraum, insbesondere ein Strom an Wasserstoff oder Luft, optimal verteilt und geleitet werden kann. Insbesondere kann eine Bipolarplatte auch derart ausgebildet sein, dass die zumindest eine Kühlmittelverteilerstruktur auf der anderen Seite der Bipolarplattenhälfte zumindest einen Teil der Gasverteilerstruktur bildet.
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Ausschlaggebend für einen sicheren Betrieb einer Brennstoffzelle ist, dass sowohl der Kühlmittelraum als auch der Gasraum abgedichtet sind. Die beiden Räume müssen dabei jeweils separat für sich aber auch untereinander abgedichtet sein. Der Kühlmittelraum in einer Bipolarplatte befindet sich zwischen den beiden Bipolarplattenhälften. Erfindungsgemäß wird eine Dichtung zur Abdichtung des Gasraums derart angeordnet, dass zum einen der Gasraum abgedichtet wird. Zum anderen werden zusätzlich beide Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte durch die Dichtung kontaktiert. Die Dichtung kontaktiert somit sowohl die Membran-Elektrode-Einheit als auch beide Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte. Durch das Kontaktieren beider Bipolarplattenhälften wird dadurch auch der Kühlmittelraum, der zwischen den Bipolarplattenhälften gebildet ist, abgedichtet. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig, d. h. durch dieselbe Dichtung, sowohl den Gasraum als auch den Kühlmittelraum jeweils separat und auch gegeneinander abzudichten. Durch das Vorsehen nur einer einzigen Dichtung stellt dies eine besonders einfache Abdichtung sowohl des Gasraums als auch des Kühlmittelraums dar. Dadurch können bei der Fertigung sowohl Kosten als auch Material und Zeit eingespart werden. Auch entfällt die zwingende Anforderung an eine Bipolarplatte, dass die beiden Bipolarplattenhälften bereits vor dem Zusammenbau der Brennstoffzelle dauerhaft und dicht miteinander verbunden sein müssen. Auch dadurch kann bei der Fertigung einer Brennstoffzelle Fertigungszeit eingespart werden.
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Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums vorgesehen sein, dass die Dichtung an der Membran-Elektrode-Einheit angeordnet wird. Das Anordnen der Dichtung an der Membran-Elektrode-Einheit kann dabei sowohl im vor dem Zusammenbau der Brennstoffzelle als auch nach dem flächigen Anordnen der Bipolarplatte an der Membran-Elektrode-Einheit erfolgen. Insbesondere kann die Bipolarplatte beim Zusammenbau in die an der Membran-Elektrode-Einheit angeordnete Dichtung eingedrückt werden. Ein besonders guter Halt der Dichtung an der Membran-Elektrode-Einheit durch das direkte Anordnen der Dichtung an der Membran-Elektrode-Einheit kann ebenfalls sichergestellt werden.
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Alternativ kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums vorgesehen sein, dass die Dichtung an der Bipolarplatte angeordnet wird. Dadurch ist insbesondere auch eine Verbindung der beiden Bipolarplattenhälften möglich. Dies kann ebenfalls bereits im Vorfeld des Zusammenbaus der Brennstoffzelle erfolgen. Die Bipolarplatte wird dadurch durch die Dichtung als eine Einheit aus den beiden Bipolarplattenhälften verbunden. Eine besonders gute Abdichtung des Kühlmittelraums kann auf diese Weise erreicht werden.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdichten eines Kühlmittelraums vorgesehen sein, dass die Dichtung angespritzt und angeklebt wird. Ein Anspritzen der Dichtung, sowohl an die Membran-Elektrode-Einheit als auch an die beiden Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte oder auch an beide Bauteile, stellt ein besonders formvariables Anordnungsverfahren der Dichtung dar. Die Dichtung kann auf diese Weise auch in besonders kleine Zwischenräume zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit eindringen und auch dort eine Abdichtung des Kühlmittelraums und/oder des Gasraums sicherstellen. Ein Ankleben der Dichtung, das sowohl ein Ankleben an der Membran-Elektrode-Einheit als auch ein Ankleben an den beiden Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte oder auch ein Ankleben an beiden Bauteilen darstellen kann, ermöglicht insbesondere die Herstellung einer Brennstoffzelle, bei denen die einzelnen Bauteile der Brennstoffzelle untereinander einen besonders festen Halt aufweisen.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Brennstoffzelle mit zumindest einer Bipolarplatte und zumindest einer Membran-Elektrode-Einheit, wobei die Bipolarplatte eine erste und eine zweite Bipolarplattenhälfte aufweist, zumindest eine der Bipolarplattenhälften eine Kühlmittelverteilerstruktur aufweist und zwischen den Bipolarplattenhälften ein zumindest durch die Kühlmittelverteilerstruktur geformter Kühlmittelraum gebildet ist, und wobei die zumindest eine Bipolarplatte flächig an der Membran-Elektrode-Einheit angeordnet ist zur Bildung eines Gasraums einer Anode oder einer Kathode der Brennstoffzelle zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit, gelöst. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle eine Dichtung zur Abdichtung des Gasraums aufweist und durch Kontaktieren beider Bipolarplattenhälften durch die Dichtung auch der Kühlmittelraum abdichtbar ist.
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Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle kann insbesondere auch mehrere Membran-Elektrode-Einheiten und mehrere Bipolarplatten aufweisen, die dabei besonders bevorzugt als abwechselnder Stapel zueinander angeordnet sind. Der Kühlmittelraum der Bipolarplatte wird während des Betriebs der Brennstoffzelle von einem Kühlfluid zum Kühlen der Brennstoffzelle durchströmt. Durch die Kühlmittelverteilerstruktur, die zumindest eine der Bipolarplattenhälften aufweist, kann eine optimierte Verteilung des Kühlfluids im Kühlmittelraum und damit eine besonders effiziente Kühlung der Brennstoffzelle erreicht werden. Die Bipolarplatte und die Membran-Elektrode-Einheit weisen insbesondere eine flächige Form auf, wobei bei einem Anordnen der beiden Bauteile der Brennstoffzelle aneinander die Bipolarplatte und die Membran-Elektrode-Einheit derart aneinander anordenbar sind, dass sie bevorzugt eine möglichst große gemeinsame Berührfläche aufweisen. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte auch eine Gasverteilerstruktur aufweist, die insbesondere im Gasraum, der zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit gebildet ist, angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Kühlmittelverteilerstruktur einer Bipolarplattenhälfte auf der anderen Seite der Bipolarplattenhälfte, die dann die Außenseite der Bipolarplatte bildet, zumindest teilweise diese Gasverteilerstruktur bildet. Somit ist der Gasraum zwischen der Membran-Elektrode-Einheit und der Bipolarplatte, der Kühlmittelraum zwischen den beiden Bipolarplattenhälften gebildet. Für einen sicheren Betrieb der Brennstoffzelle ist es notwendig, dass sowohl der Gasraum als auch der Kühlmittelraum jeweils separat und gegeneinander abgedichtet sind. Erfindungsgemäß ist eine Dichtung vorgesehen, die zum einen zur Abdichtung des Gasraums vorgesehen ist und gleichzeitig den Kühlmittelraum abdichtet. Dies wird insbesondere dadurch sichergestellt, dass die Dichtung beide Bipolarplattenhälften der Bipolarplatte kontaktiert. Dadurch ist es möglich, den Kühlmittelraum, der zwischen den beiden Bipolarplattenhälften gebildet ist, sicher abzudichten. Ferner ist die Dichtung zur Abdichtung des Gasraums vorgesehen. Durch diese Doppelfunktion der Dichtung, die Abdichtung des Gasraums und die Abdichtung des Kühlmittelraums, ist ein besonders einfacher Aufbau der Brennstoffzelle ermöglicht. Insbesondere kann somit mit genau einer Dichtung sowohl der Gasraum als auch der Kühlmittelraum abgedichtet werden. Folglich können aufgrund der vorliegenden Erfindung weitere Dichtungen zur Abdichtung des Gasraums und/oder des Kühlmittelraums vermieden werden. Darüber hinaus kann auf diese Weise eine besonders zuverlässige Abdichtung erreicht werden Dadurch sind eine Einsparung von Material und Zeit bei der Fertigung der Brennstoffzelle und entsprechend auch eine Reduktion der Kosten bei der Fertigung der Brennstoffzelle ermöglicht. Ein separates Abdichten des Kühlmittelraums zwischen den beiden Bipolarplattenhälften und insbesondere ein dauerhaftes Verbinden der beiden Bipolarplattenhälften durch Verschweißen, Verkleben oder ähnliche Fertigungsschritte sind dadurch nicht mehr zwingend erforderlich.
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Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorgesehen sein, dass die Dichtung zum Kontaktieren der Bipolarplattenhälften in einem Randbereich der Bipolarplatte ausgebildet ist. Der Randbereich der Bipolarplatte bildet dabei insbesondere bevorzugt auch den Randbereich der beiden Bipolarplattenhälften. Diese Bipolarplattenhälften liegen somit im Randbereich insbesondere Stoß auf Stoß bzw. Stoß an Stoß. Beim Anordnen der Dichtung sind dadurch beide Bipolarplattenhälften besonders einfach kontaktierbar. Insbesondere kann die Dichtung auch in den Zwischenraum zwischen den Bipolarplatten eindringen. Dadurch kann eine besonders gute Abdichtung des Kühlmittelraums zwischen den beiden Bipolarplattenhälften erreicht werden. Auch ist es denkbar, dass die Dichtung auf beiden flächigen Außenseiten der Bipolarplatte angeordnet sein kann. Insbesondere für eine Brennstoffzelle, die als ein Stapel von Membran-Elektrode-Einheiten und Bipolarplatten ausgebildet ist, ist dies von Vorteil, da dadurch durch eine einzige Dichtung ein Kühlmittelraum und zwei Gasräume, auf beiden Seiten der Bipolarplatte, abgedichtet werden können.
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Darüber hinaus kann insbesondere bevorzugt bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorgesehen sein, dass die Dichtung in Bezug auf die Membran-Elektrode-Einheit und/oder auf die Bipolarplatte eine im Wesentlichen umlaufende Dichtung ist. Durch eine im Wesentlichen umlaufende Dichtung kann zwischen den Bipolarplattenhälften ein besonders großer Kühlmittelraum und zwischen der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit ein besonders großer Gasraum gebildet werden. Der Kühlmittelraum und der Gasraum sind dabei insbesondere im Wesentlichen nur durch die flächenmäßige Ausdehnung der Bipolarplatte und der Membran-Elektrode-Einheit begrenzt. Dadurch kann eine besonders effiziente Raumnutzung einer Brennstoffzelle erreicht werden.
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Auch kann eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle dahin gehend ausgestaltet sein, dass zumindest eine der Bipolarplattenhälften im Bereich der Kontaktierung durch die Dichtung eine Aufbiegung aufweist. Dadurch ragt diese zumindest eine Bipolarplattenhälfte zumindest ein wenig in die Dichtung hinein. Eine besonders gute Verbindung der Bipolarplattenhälfte mit der Dichtung kann dadurch erreicht werden. Dadurch kann die Abdichtung des Kühlmittelraums nochmals verbessert werden. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass beide Bipolarplattenhälften im Bereich der Kontaktierung durch die Dichtung jeweils eine Aufbiegung aufweisen. Auf diese Weise kann die Dichtwirkung der Dichtung bezüglich des Kühlmittelraums nochmals verbessert werden.
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Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte zumindest eine Durchtrittsöffnung aufweist, wobei beim Anordnen, insbesondere Anspritzen, der Dichtung die Dichtung durch die zumindest eine Durchtrittsöffnung durchtritt und auf beiden Seiten der Bipolarplatte anordenbar ist. Auf diese Art und Weise ist es möglich, in einem einzigen Fertigungsschritt auf beiden Seiten der Bipolarplatte eine Dichtung anzuordnen. Dies stellt eine große Zeitersparnis bei der Fertigung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle dar. Darüber hinaus kann durch eine Dichtung, die durch die Durchtrittsöffnung durchtritt und gleichzeitig, d. h. in einem einzigen Verfahrensschritt auf beiden Seiten der Bipolarplatte anordenbar ist, zusätzlich eine Verbindung der beiden Bipolarplattenhälften erreicht werden. Eine besondere Stabilität einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann dadurch ebenfalls erreicht werden.
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Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle vorgesehen sein, dass der Kühlmittelraum der zumindest einen Bipolarplatte der Brennstoffzelle durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung abgedichtet ist. Sämtliche Vorteile, die zu einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle, deren Kühlmittelraum durch ein derartiges Verfahren abgedichtet ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Das erfindungsgemäße Verfahren uns seine Weiterbildungen sowie deren Vorteile sowie die erfindungsgemäße Brennstoffzelle und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine Bipolarplatte gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine mögliche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle,
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3a)–d) mögliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle,
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4a)–d) mögliche Ausgestaltungsformen des Randbereichs einer Bipolarplatte und
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5 eine mögliche Ausgestaltungsform einer Bipolarplatte.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1, 2, 3a) bis d), 4a) bis d) und 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Bipolarplatte 1, deren Kühlmittelraum 5 gemäß dem Stand der Technik abgedichtet ist. Dafür sind die erste Bipolarplattenhälfte 2 und die zweite Bipolarplattenhälfte 3 im Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 durch eine durchgehende Verbindung 9 miteinander verbunden. Eine derartige durchgehende Verbindung 9 kann beispielsweise eine Laserverschweißung, eine Verklebung oder eine Verlötung sein. Der Kühlmittelraum 5, der insbesondere durch eine Kühlmittelverteilerstruktur 4 der ersten 2 und zweiten Bipolarplattenhälfte 3 gebildet ist, wird dadurch abgedichtet. Nachteilig dabei ist, dass diese Abdichtung einen eigenen Fertigungsschritt darstellt, der einerseits einen größeren Material- und andererseits insbesondere einen größeren Zeitaufwand bedeutet.
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In 2 ist eine Brennstoffzelle 20 gezeigt, die zwei Bipolarplatten 1 und eine Membran-Elektrode-Einheit 21 aufweist. Die beiden Bipolarplatten 1 weisen jeweils eine erste Bipolarplattenhälfte 2 und einen zweite Bipolarplattenhälfte 3 auf. Zwischen den jeweiligen Bipolarplattenhälften 2, 3 ist in beiden Bipolarplatten 1 je ein Kühlmittelraum 5 gebildet. Insbesondere weisen auch alle Bipolarplattenhälften 2, 3 der beiden Bipolarplatten 1 jeweils eine Kühlmittelverteilerstruktur 4 auf, durch die der Kühlmittelraum 5 der beiden Bipolarplatten 1 strukturiert ist. Durch eine derartige Kühlmittelverteilerstruktur 4 kann eine optimale Verteilung des Kühlmittels im Kühlmittelraum 5 und damit eine besonders effiziente Kühlung der Brennstoffzelle 20 sichergestellt werden. Zwischen den beiden Bipolarplatten 1 und der Membran-Elektrode-Einheit 21 ist jeweils ein Gasraum 24 gebildet. Auf verschiedenen Seiten der Membran-Elektrode-Einheit 21 stellt dies zum einen den Gasraum 24 einer Anode 22 oder einer Kathode 23 dar. Dabei ist in der gezeigten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20 die der Membran-Elektrode-Einheit 21 zugewandte Bipolarplattenhälfte 2 bzw. 3 jeweils mit einer derartigen Kühlmittelverteilerstruktur 4 ausgestattet, dass diese Kühlmittelverteilerstruktur 4 auch eine Gasverteilerstruktur für den jeweiligen Gasraum 24 bildet. Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20 ist ferner in einem Randbereich 6 der beiden Bipolarplatten 1 jeweils eine Dichtung 10 angeordnet. Die Dichtung 10 ist in dieser Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20 direkt an der Membran-Elektrode-Einheit 21 angeordnet. Sie befindet sich zwischen der Membran-Elektrode-Einheit 21 und der jeweils flächig an dieser angeordneten Bipolarplatte 1. Erfindungswesentlich dabei ist, dass die jeweilige Dichtung 10 auch beide Bipolarplattenhälften 2, 3 der Bipolarplatte 1 im Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 kontaktiert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass durch die Dichtung 10 auch der Kühlmittelraum 5, der durch die beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 begrenzt und gebildet ist, sicher abgedichtet ist. Dadurch ist es möglich, mit nur einer Dichtung 10 sowohl den Gasraum 24 als auch den Kühlmittelraum 5 abzudichten. Dies stellt eine deutliche Vereinfachung dar, da nur eine einzige Dichtung 10 benötigt wird. Eine separate Abdichtung des Kühlmittelraums 5, sei es durch eine durchgehende Verbindung 9 oder durch eine separate Dichtung des Kühlmittelraums 5, ist nicht nötig. Dadurch können bei der Fertigung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20 sowohl Material als auch Fertigungszeit und dadurch auch Fertigungskosten eingespart werden.
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Die 3a) bis d) zeigen mögliche Anordnungsvarianten einer Dichtung 10 einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20. Gezeigt ist jeweils nur eine Bipolarplatte 1 und eine Membran-Elektrode-Einheit 21, an der diese flächig angeordnet ist. Zwischen der Bipolarplatte 1 und der Membran-Elektrode-Einheit 21 ist jeweils der Gasraum 24 einer Anode 22 gebildet. Zwischen den Bipolarplattenhälften 2, 3 ist ein Kühlmittelraum 5 gebildet. Die jeweiligen Bipolarplattenhälften 2, 3 weisen ferner jeweils eine Kühlmittelverteilerstruktur 4 auf, die den Kühlmittelraum 5 strukturiert und so im Betrieb der Brennstoffzelle 20 eine besonders gute Kühlung der Brennstoffzelle 20 ermöglicht. In den 3a) und c) ist die Dichtung 10 direkt an der Membran-Elektrode-Einheit 21 angeordnet. Der Unterschied in beiden Figuren besteht darin, dass in 3a) der Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 derart gestaltet ist, dass eine Führungsnut für die Dichtung 10 gebildet ist. Durch diese Führungsnut kann ein sicheres Platzieren der Dichtung 10 unterstützt werden. Eine derartige Führungsnut ist jedoch nicht zwingend erforderlich, wie beispielsweise in 3c) sichtbar ist. Deutlich sichtbar in beiden Figuren ist jedoch, dass die Dichtung 10 beide Bipolarplattenhälften 2, 3 der Bipolarplatte 1 kontaktiert. In den 3b) und d) ist im Gegensatz dazu die Dichtung 10 direkt an die Bipolarplatte 1 angespritzt. Dadurch kann ein besonders effektives Eindringen der Dichtungsmasse der Dichtung 10 zwischen die beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 erreicht werden. Dadurch kann zusätzlich zur Abdichtung des Kühlmittelraums 5 ein Zusammenhalten der beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 erreicht werden. Wiederum ist die Ausgestaltung in 3b) mit einer Führungsnut in der Bipolarplatte 1 für die Dichtung 10 und in der 3d) ohne eine derartige Führungsnut in der Bipolarplatte 1 gezeigt.
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Die 4a) bis d) zeigen jeweils eine Bipolarplatte 1, bestehend aus zwei Bipolarplattenhälften 2, 3, deren Enden im Randbereich 6 der Bipolarplatte verschieden starke Aufbiegungen 7 aufweisen. Je nach Stärke der Aufbiegung 7 ist ein Hinterfließen bzw. ein Eindringen der Dichtungsmasse der Dichtung 10 zwischen die beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 besonders gut möglich. Insbesondere in den 4c) und d), in denen eine besonders deutliche Aufbiegung 7 erkennbar ist, wird dieses Eindringen und Hinterfüllen des Zwischenraums zwischen den beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 durch die Dichtungsmasse der Dichtung 10 besonders deutlich. Auch ist in 4c) eine Aufbiegung 7 bei beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 gezeigt, so dass dadurch ein besonders sicherer Halt der beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 zueinander sichergestellt werden kann.
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In 5 ist eine weitere Ausgestaltungsform einer Bipolarplatte 1 für eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle 20 gezeigt. Zwischen den Bipolarplattenhälften 2, 3 ist wiederum ein durch eine Kühlmittelverteilerstruktur 4 gebildeter Kühlmittelraum 5 sichtbar. Insbesondere weisen auch beide Bipolarplattenhälften 2, 3 im Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 Aufbiegungen 7 auf. Besonders an dieser Ausführungsform der Bipolarplatte 1 sind insbesondere die Durchtrittsöffnungen 8, die ebenfalls am Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 angeordnet sind. Dadurch kann bei einem Anordnen, insbesondere einem Anspritzen, einer Dichtung 10 (nicht mit abgebildet) im Randbereich 6 der Bipolarplatte 1 die Dichtungsmasse der Dichtung 10 durch die Durchtrittsöffnungen 8 hindurchtreten und so in einem Fertigungsschritt auf beiden Seiten der Bipolarplatte 1 angeordnet werden. Dadurch kann somit zum einen ein Fertigungsschritt bei der Fertigung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 20 eingespart werden. Zum anderen kann ein besonders sicherer Zusammenhalt der beiden Bipolarplattenhälften 2, 3 zur Bipolarplatte 1 erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056468 A1 [0003]
- DE 19908555 A1 [0003]
