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Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel mit einem Kühlmittelbereich aus porösem, elektrisch leitfähigem Material und mit Eduktverteilbereichen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Kühlmittelbereichs befinden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Anspruch 8. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 10.
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STAND DER TECHNIK
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Die
DE 103 93 075 B4 offenbart eine als Bipolarplatte ausgestaltete Separatorplatte, in der ein elektrisch leitendes, poröses Schaummaterial angeordnet ist. Das poröse Schaummaterial ist von zwei Metallfolienlagen, in denen Reaktandengaskanäle als Eduktverteilbereich eingeprägt sind, umgeben. Durch den Prägevorgang wird das Schaummaterial unterhalb der Reaktandengaskanäle auf eine wesentlich höhere Dichte komprimiert. Das Schaummaterial stellt in den Bereichen, die nicht komprimiert sind, Kühlmittelkanäle für ein Kühlmittel zur Verfügung. Nachteilig ist hierbei, dass sich durch eine ungleichmäßige Kühlung lokale Temperaturerhöhungen bilden können. Auch ist die Geometrie der nicht komprimierten Bereiche von der Lage, Größe und Anzahl der Reaktandenkanäle abhängig, so dass ein Druckverlust des Kühlmittels von der Lage, Größe und Anzahl der Reaktandenkanäle abhängig ist. Des Weiteren ist die Prägung des Schaummaterials mit den Metallfolienlagen teuer und zeitaufwändig in der Fertigung.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, zumindest einen Nachteil des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere sollen lokale Temperaturerhöhungen vermieden werden und/oder ein Druckverlust des Kühlmittels im porösen Material unabhängig von einem Eduktverteilbereich einstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Separatorplatte mit sämtlichen Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Separatorplatte sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Brennstoffzellenstapels ist in dem davon abhängigen Vorrichtungsanspruch angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 10. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Separatorplatte beschrieben sind, gelten dabei auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel und dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich an den Seiten des Kühlmittelbereichs, die zu den Eduktverteilbereichen gewandt sind, je ein elektrisch leitfähiges Separatorelement, das zum Kühlmittelbereich hin eben ausgebildet ist, anschließt.
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Erfindungswesentlich ist, dass der Kühlmittelbereich durch die zum Kühlmittelbereich hin ebene Ausgestaltung des Separatorelements gleichmäßiger als nach dem Stand der Technik ausgebildet ist. Der Kühlmittelbereich ist nicht wegen einer Prägung für einen Eduktverteilbereich komprimiert. Somit ist der Kühlmittelbereich unabhängig von der Ausgestaltung eines Eduktverteilbereichs ausgebildet. Hierdurch hängt der Druckverlust in dem Kühlmittelbereich nicht von der Ausgestaltung der Eduktverteilbereiche ab. Vielmehr hängt der Druckverlust von Eigenschaften des porösen Materials des Kühlmittelbereichs, wie Porengröße, Material, Porenverteilung, sowie von den räumlichen Maßen des Kühlmittelbereichs ab. Die Separatorelemente schließen sich insbesondere unmittelbar an den Kühlmittelbereich an. Bevorzugt füllt der Kühlmittelbereich füllt – gegebenenfalls zusammen mit einer Dichtung – den Raum zwischen den Separatorelementen vollständig aus.
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Der Kühlmittelbereich ist von einem Kühlmittel durchströmbar. Das Kühlmittel dient zur Abfuhr der Reaktionswärme der elektrochemischen Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel. Dadurch, dass der Kühlmittelbereich ein Separatorelement, das zum Kühlmittelbereich hin eben ausgebildet ist, aufweist, werden komprimierte Bereiche im Kühlmittelbereich weitgehend oder vollständig vermieden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel durch den gesamten Kühlmittelbereich strömen kann. Hierdurch ist eine gleichmäßigere Verteilung des Kühlmittels in dem porösen Material als nach dem Stand der Technik gegeben. Somit können lokale Temperaturerhöhungen vermieden werden. Durch die poröse Struktur kann ein Temperaturgradient quer zur Strömungsrichtung ausgeglichen werden. Das Kühlmittel kann insbesondere Wasser sein.
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Der Kühlmittelbereich hat insbesondere einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Fließrichtung. Die Separatorelemente können parallel zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann der Kühlmittelbereich quaderförmig ausgebildet sein.
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Der quaderförmige Kühlmittelbereich kann auf zwei gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, offen ausgebildet sein, um ein Durchströmen des Kühlmittels zu ermöglichen. Die Flächennormale der offenen Seiten wird als Strömungsrichtung bezeichnet. An die zumindest teilweise offenen Seiten kann sich an den Kühlmittelbereich ein Sammelkanal für das Kühlmittel anschließen, wobei insbesondere auf einer Seite ein Sammelkanal für die Zufuhr des Kühlmittels zum Kühlmittelbereich und auf der anderen Seite ein Sammelkanal für die Abfuhr des Kühlmittels ausgebildet sind. Die Sammelkanäle sind bevorzugt vollständig zum Kühlmittelbereich geöffnet.
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An zwei weiteren gegenüberliegenden Seiten des quaderförmigen Kühlmittelbereichs befinden sich die Separatorelemente. Die beiden weiteren sich gegenüberliegenden Seiten des quaderförmigen Kühlmittelbereichs sind bevorzugt durch eine Dichtung abgedichtet. Die Dichtung kann insbesondere einen angespritzten Kunststoff enthalten. Insbesondere können der Kunststoff der Dichtung und eine Wand des Sammelkanals nach außen monolithisch ausgebildet sein. Beispielsweise können der Sammelkanal und der Kunststoff der Dichtung in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein. Die Dichtung und die Separatorelemente können stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die Dichtung kann den Kühlmittelbereich insbesondere zu Eduktzufuhrkanälen hin, die der Zufuhr der Edukte zu den Eduktverteilbereichen dienen, und zu Eduktabfuhrkanälen hin, die die Edukte wieder abführen, abdichten. Sind die Seiten, die zu den Sammelkanälen hin ausgebildet sind, nicht vollständig geöffnet, so kann die Dichtung auf diesen Seiten fortgeführt werden. Insbesondere ist auch eine umlaufende Dichtung möglich.
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Der Kühlmittelbereich weist ein poröses Material auf. Insbesondere besteht der Kühlmittelbereich aus dem porösen Material. Das poröse Material ist zumindest in Strömungsrichtung durchgängig. Hierbei sind insbesondere direkte Durchgänge, bei denen das Kühlmittel nur in Strömungsrichtung strömen kann, und/oder verschlungene Durchgänge in Strömungsrichtung denkbar. Ebenfalls kann es sein, dass Durchgänge in Strömungsrichtung aufgeteilt sind und/oder zusammengeführt sind. Bevorzugt weisen Durchgänge in Strömungsrichtung einen sich verändernden Querschnitt auf. Das poröse Material weist Durchgänge auf, die quer zur Strömungsrichtung ausgebildet sind. Bevorzugt weist das poröse Material eine Struktur auf, in der Durchgänge von einem Separatorelement zum anderen Separatorelement und/oder von einer Dichtung zu einer anderen Dichtung führen. Diese Durchgänge können verschlungen sein. Insbesondere kann das Kühlmittel an den Separatorelementen und/oder zu den Separatorelementen strömen.
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Die Separatorplatte weist insbesondere zwei Eduktverteilbereiche, die zur Zuführung und Verteilung des Eduktes an der entsprechenden Elektrode der Brennstoffzelle dienen, auf. Die Separatorplatte kann als Monopolarplatte oder als Bipolarplatte ausgebildet sein. Bei einer Monopolarplatte sind beide Eduktverteilbereiche dazu ausgebildet, Brennstoff oder Oxidationsmittel zwei benachbarten Brennstoffzellen zuzuführen. Bei einer Bipolarplatte ist ein Eduktverteilbereich dazu ausgebildet, ein Oxidationsmittel einer Brennstoffzelle zuzuführen, während der andere Eduktverteilbereich dazu ausgebildet ist, Brennstoff einer benachbarten Brennstoffzelle zuzuführen. Die Separatorplatte ist bevorzugt als Bipolarplatte ausgebildet. Der Brennstoff ist bevorzugt Wasserstoff. Das Oxidationsmittel kann Sauerstoff enthaltene Luft sein.
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Die Separatorelemente können Reaktandengaskanäle als Eduktverteilbereich aufweisen. Die Reaktandenkanäle sind in diesem Fall in der von dem Kühlmittelbereich abgewandten Seite eingebracht. Hierbei können die Reaktandenkanäle geprägt oder spritzgegossen sein.
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Vorzugsweise jedoch schließen sich die Eduktverteilbereiche an die Separatorelemente an. Das heißt, die Separatorelemente trennen die Eduktverteilbereiche von dem Kühlmittelbereich. Die Eduktverteilbereiche sind als eigenständiges Element ausgebildet. Das Separatorelement weist in diesem Fall keine Prägung für einen Eduktverteilbereich auf. Somit ist das Separatorelement unabhängig von der Ausgestaltung eines Eduktverteilbereichs ausgebildet. Insbesondere schließen sich die Eduktverteilbereiche unmittelbar an die Separatorelemente an. Das Separatorelement kann hierbei als eine Folie, insbesondere als eine metallische Folie, ausgebildet sein. Das folienartige Separatorelement ist bevorzugt eben, insbesondere vollständig eben, ausgebildet. Leichte Unebenheiten, die durch das Anordnen des Separatorelementes an den Kühlmittelbereich und/oder an den Eduktverteilbereich hervorgerufen werden, sind von dem Begriff „eben“ mitumfasst.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Eduktverteilbereich, bevorzugt sind beide Eduktverteilbereiche, ebenfalls aus einem porösen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Hierdurch entfällt eine Prägung vollständig, so dass die Herstellung der erfindungsgemäßen Separatorplatte günstig und mit geringem Zeitaufwand durchführbar ist. Insbesondere können die Eduktverteilbereiche quaderförmig ausgebildet sein. Die Porengröße kann hierbei von der des Kühlmittelbereichs abweichen. Das poröse Material ist bevorzugt dreidimensional durchgängig ausgestaltet.
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Alternativ sind metallische, insbesondere folienartige, Eduktverteilbereiche mit geprägten Reaktandengaskanälen denkbar. Die Rückseite der Reaktandengaskanälen kann als Kühlmittelkanäle ebenfalls vom Kühlmittel durchfließbar sein.
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Es ist denkbar, dass das elektrisch leitfähige Material des Kühlmittelbereichs graphitisch und/oder metallisch, bevorzugt metallisch, ausgebildet ist. Insbesondere kann der Kühlmittelbereich aus Drahtgeflecht, aus Streckmetall mit einer dreidimensionalen Struktur und/oder aus einem Schaum gebildet sein. Das Drahtgeflecht und/oder der Schaum sind ebenfalls als eine dreidimensionale Struktur ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein metallischer Schaum. Ebenfalls kann das elektrisch leitfähige Material der Eduktverteilbereiche graphitisch und/oder metallisch, bevorzugt metallisch, ausgebildet sein. Auch für den Eduktverteilbereich wird ein metallischer Schaum bevorzugt.
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Der Kühlmittelbereich kann insbesondere einen Feststoffanteil von 1 bis 10 %, bevorzugt 2–7%, besonders bevorzugt 3–5%, aufweisen. Die durchschnittliche Porengröße eines insbesondere metallischen Schaums des Kühlmittelbereichs kann zwischen 200 bis 600 µm, bevorzugt 300 bis 400 µm betragen. Es hat sich experimentell gezeigt, dass der Feststoffanteil und/oder die Porengröße ausreichen, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittelbereichs zu gewährleisten. Insbesondere wird der elektrische Strom so gleichmäßig und flächig geleitet, dass lokale Stromspitzen und damit einhergehende Temperaturerhöhungen vermieden werden können. Dieses wird auch durch die hohe Anzahl an elektrisch leitfähigen Übergängen zwischen den Separatorelementen und dem Kühlmittelbereich erreicht.
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Es ist denkbar, dass die Dichtung poröses, leitfähiges Material aufweist, das mit dem Kühlmittelbereich monolitisch ausgebildet ist. So kann die Separatorplatte ein Bauelement enthalten, das den Kühlmittelbereich und das poröse, leitfähige Material der Dichtung umfasst. Bei dem Herstellungsverfahren wird der Kunststoff der Dichtung an das Bauelement angespritzt. Insbesondere dringt hierbei der Kunststoff in das Bauelement ein, so dass der Bereich des Bauelements, der den Kunststoff enthält, als Dichtung fungiert, und der Bereich des Bauelements, der nicht den Kunststoff der Dichtung enthält, als Kühlmittelbereich fungiert. Im komprimierten Zustand kann die Dicke der Dichtung der Dicke des Kühlmittelbereichs entsprechen.
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Bevorzugt ist die Dichte des porösen, elektrisch leitfähigen Materials über den Kühlmittelbereich konstant. Auch kann die Dichte des porösen, elektrisch leitfähigen Materials über das Bauelement konstant sein. Alternativ kann die Dichte in Randbereichen des Bauelements und/oder des Kühlmittelbereichs, an denen der Kunststoff der Dichtung angespritzt wird, erhöht sein, um ein Eindringen des Kunststoffs zu reduzieren oder zu verhindern. In diesem Fall ist bevorzugt die Dichte außerhalb des Randbereichs konstant. Der Randbereich kann zumindest teilweise Teil des Kühlmittelbereichs sein. Der Randbereich ist vollständig Teil des Kühlmittelbereichs, wenn der Kunststoff beim Anspritzen nicht eindringt.
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Das Separatorelement kann durch Sintern mit dem Kühlmittelbereich und/oder mit dem angrenzenden Eduktverteilbereich verbunden sein. Hierdurch entfallen zeitaufwändige Schweiß-, Löt- oder Klebevorgänge. Durch eine große Anzahl von elektrischen Kontaktstellen ist eine niederohmige Ableitung des elektrischen Stroms möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Brennstoffzellenstapel mit einer erfindungsgemäßen Separatorplatte gelöst. Der Brennstoffzellenstapel kann eine oder mehrere erfindungsgemäße Separatorplatten aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel kann insbesondere PEM-Brennstoffzellen enthalten. In dem Brennstoffzellenstapel können hierbei abwechselnd Membran-Elektroden-Anordnungen und erfindungsgemäße Separatorplatten angeordnet sein. Hierbei sind die Elektroden an den Eduktverteilbereichen angeordnet.
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Es kann ausreichend sein, dass das Separatorelement nur durch einen Anpressdruck auf dem Kühlmittelbereich aufliegt. D. h. das Separatorelement und der Kühlmittelbereich sind nicht, insbesondere nicht stoffschlüssig, miteinander verbunden, sondern liegen nur aufeinander auf. Der Anpressdruck sorgt dafür, dass die Separatorelemente sich so an den Kühlmittelbereich anschließen, dass ein elektrischer Stromfluss zwischen dem Separatorelement und dem Kühlmittelbereich möglich ist. Es kann sein, dass der Anpressdruck nur durch eine Spannvorrichtung, die den Brennstoffzellenstapel spannt, zur Verfügung gestellt wird. Die Spannvorrichtung übt auch den Anpressdruck aus, mit dem die Membran-Elektroden-Anordnungen und die Separatorplatten in dem Brennstoffzellenstapel zusammengehalten werden. Alternativ kann zusätzlich ein Anpressdruck durch eine insbesondere stoffschlüssige Verbindung der Dichtung mit dem Separatorelement erzeugt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer Separatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel gelöst. Das Verfahren enthält die folgenden
- – Anordnen jeweils eines elektrisch leitfähigen Separatorelements, das eine ebene Seite aufweist, mit der ebenen Seite an gegenüberliegenden Seiten eines Kühlmittelbereich aus porösem, elektrisch leitfähigem Material.
Schritte:
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Optional können separat ausgebildete Eduktverteilbereiche an den Separatorplatten angeordnet werden. Weitere Verfahrensschritte, die zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Separatorplatte führen, können vorgesehen sein.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnung der vorgegebenen Merkmalen oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Separatorplatte,
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2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Separatorplatte,
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3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Separatorplatte,
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4 ein erfindungsgemäßer Kühlmittelbereich einer Separatorplatte nach einer der 1 bis 3,
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5 ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenstapel mit einer Separatorplatte nach einer der 1 bis 3 und
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6 ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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In den 1 bis 3 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Separatorplatte 10 für einen Brennstoffzellenstapel 30 dargestellt. In 4 ist ein poröser, elektrisch leitfähiger Kühlmittelbereich 12, der jeweils in der Separatorplatte 10 angeordnet ist, dargestellt. In den 1 bis 3 ist jeweils an den Seiten 13, 14 des Kühlmittelbereichs 12, die zu Eduktverteilbereichen 20 gewandt sind, ein Separatorelement 19 angeordnet, das zu dem Kühlmittelbereich 12 hin eben ausgestaltet ist. Hierdurch kann das Kühlmittel gleichmäßig durch den Kühlmittelbereich 12 fließen, so dass lokale Temperaturerhöhungen vermieden werden. Die Breite des Kühlmittelbereichs 12 zwischen den Seiten 13, 14 ist konstant. Die Separatorelemente 19 sind parallel zueinander angeordnet.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte Separatorplatte 10 weist einen Kühlmittelbereich 12 aus metallischem Schaum auf. Der Kühlmittelbereich 12 ist hierbei im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet, wie in 4 dargestellt. Die quaderförmige Gestalt ergibt sich, wenn sich die zu den Seiten 13, 14, 15, 16, 17, 18 offenen Poren geschlossen vorgestellt werden. Unmittelbar an zwei sich gegenüberliegenden Seiten 13, 14 des Kühlmittelbereichs 12 sind die Separatorelemente 19 angeordnet.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Separatorelemente 19 sind als elektrisch leitende, ebene Folie ausgestaltet. Unmittelbar an die Separatorelemente 19 schließen sich zwei quaderförmige Eduktverteilbereiche 20 an. Die Eduktverteilbereiche 20 sind ebenfalls aus porösem, elektrisch leitfähigem Material, insbesondere metallischem Schaum, hergestellt. Die Eduktverteilbereiche 20, die Separatorelemente 19 und der Kühlmittelbereich 12 sind durch Sintern miteinander verbunden. Alternativ liegen die Eduktverteilbereiche 20, die Separatorelemente 19 und der Kühlmittelbereich 12 nur aufeinander auf und werden durch einen Anpressdruck zusammengehalten. Durch die große Vielzahl an Kontaktstellen zwischen dem Eduktverteilbereichen 20, den Separatorelementen 19 und dem Kühlmittelbereich 12 ist eine niederohmige Ableitung des elektrischen Stroms sichergestellt.
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An zwei weiteren, sich gegenüber liegenden Seiten 15, 16 des Kühlmittelbereichs 12 ist jeweils eine Dichtung 21 angeordnet. Die Dichtung 21 umfasst poröses Material 22, in das ein Kunststoff 23 gespritzt wurde und das das poröse Material 22 durchdringt. Das poröse Material 22 der Dichtung 21 ist monolithisch zu dem Kühlmittelbereich 12 ausgebildet und bildet mit dem Kühlmittelbereich 12 zusammen ein Bauelement 24. Die Dichtung 21 und die Separatorplatten 19 sind über den Kunststoff 23 stoffschlüssig verbunden. An der Dichtung befinden sich über- und unterhalb der Schnittebene nicht dargestellte Eduktzufuhr- und abfuhrkanäle.
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An zwei weitere, sich gegenüberliegende Seiten 17, 18 des Kühlmittelbereichs 12 befindet sich jeweils ein nicht dargestellter Sammelkanal zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Kühlmittels, der in den 1 bis 3 sich oberhalb bzw. unterhalb der Schnittebene befindet. Bei dem Kühlmittel handelt es sich um deionisiertes Wasser. Somit ergibt sich eine Strömungsrichtung des Kühlmittels gemäß dem Pfeil 25 in 4, bzw. senkrecht zur Papierebene in 1. Das Kühlmittel kann nur den Kühlmittelbereich 12 durchströmen, um von einem Sammelkanal zu dem anderen Sammelkanal zu gelangen.
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Das Kühlmittel kann den Kühlmittelbereich 12 vollständig durchströmen. Der Kühlmittelbereich 12 weist eine konstante Dichte auf. Hierbei weist der Kühlmittelbereich 12 einen Feststoffanteil von 1 bis 10 %, bevorzugt 2–7%, besonders bevorzugt 3–5% auf.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 wird herstellt, ohne dass eine Prägung vorgenommen werden muss und ist somit besonders kostengünstig.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß der 2 und 3 entsprechen dem Ausführungsbeispiel der 1, sofern sie nicht die im Folgenden aufgeführten Unterschiede aufweisen.
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In dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Separatorplatte 10 gemäß 2 schließt sich ebenfalls an die Seiten 13, 14 jeweils ein ebenes, folienartiges Separatorelement 19 an. Anstelle von porösen Eduktverteilbereichen 20 sind die Eduktverteilbereiche 20 in 2 als geprägte Metallfolien ausgebildet. Auf einer Seite 26 der Eduktverteilbereiche 20 sind Reaktandenkanäle 28 für die Edukte der elektrochemischen Reaktion ausgebildet. Auf der anderen Seite 27 der Eduktverteilbereiche 20 sind zusätzliche Kühlmittelkanäle 29 vorhanden, durch die zusätzlich zu dem Kühlmittelbereich 12 Kühlmittel fließen kann und die die Sammelkanäle verbinden.
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In Randbereichen 33, 34 des Kühlmittelbereichs 12, die sich an den Seiten 15, 16 anschließen, sind die Poren des Kühlmittelbereichs 12 kleiner ausgeführt, insbesondere ist der Kühlmittelbereich 12 komprimiert. Hierdurch kann ein Eindringen des Kunststoffs in die Poren weitgehend vermieden werden. Somit ist die Dichtung 21 in diesem Ausführungsbeispiel überwiegend aus Kunststoff 23 ausgebildet. Der Kühlmittelbereich 12 ist weist nur an den Seiten 15, 16 eine höhere Dichte auf. Der übrige Kühlmittelbereich 12 weist eine einheitliche Dichte auf. Eine derartige Ausgestaltung ist auch in dem Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 3 denkbar.
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In 3 ist eine Separatorplatte 10 dargestellt, bei der das Separatorelement 19 den Eduktverteilbereich 20 aufweist. Hierzu ist das Separatorelement 19 graphitisch spritzgegossen oder geprägt worden. Die dem Kühlmittelbereich 12 abgewandte Seite 32 des Separatorelementes 19 weist hierzu die Reaktandenkanäle 28 auf.
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5 zeigt einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel 30, der neben der erfindungsgemäßen Separatorplatte 10 Membran-Elektroden-Anordnungen 31 aufweist. Die Separatorplatten 10 und die Membran-Elektroden-Anordnungen 31 sind abwechselnd in dem Brennstoffzellenstapel 30 angeordnet, wobei jeweils eine Endplatte 35 an jedem Ende des Brennstoffzellenstapels 30 nur einen Eduktverteilbereich 20 auf einer Seite eines Kühlmittelbereichs 12 aufweist. Die Membran-Elektroden-Anordnungen 31 weisen jeweils eine nicht dargestellte Membran auf, an deren beiden Seiten sich nicht dargestellte Elektroden anschließen. Durch eine nur schematisch dargestellte Spannvorrichtung 36 können die Separatorplatten 10 und die Membran-Elektroden-Anordnungen 31 zueinander fixiert werden. Ebenfalls können innerhalb der Separatorplatten 10 die Separatorelemente 19, die Eduktverteilbereiche 20 und/oder die Kühlmittelbereiche 12 nur oder zusätzlich durch einen Anpressdruck der Spannvorrichtung 36 zueinander fixiert werden.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 41 ein quaderförmiger poröser Eduktverteilbereich 20, dann ein folienartiges, ebenes Separatorelement 19, dann ein quaderförmiges poröses Bauelement 24 mit einem Kühlmittelbereich 12, dann eine weiteres folienartiges, ebenes Separatorelement 19 und abschließend ein weiterer quaderförmiger poröser Eduktverteilbereich 20 aufeinandergelegt. Danach werden in einem zweiten Verfahrensschritt 42 die aufeinandergelegten Teile gesintert oder verspannt. In einem dritten Verfahrensschritt 43 wird ein Kunststoff 23 zur Herstellung der Dichtung 21 angespritzt.
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Die Verfahrensschritte 42 und 43 können auch vertauscht sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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