DE102014202775A1 - Bipolar plate, fuel cell and motor vehicle and method for producing the bipolar plate - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, eine Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte. Es ist vorgesehen, dass eine Bipolarplatte (100) für eine Brennstoffzelle mindestens ein profiliertes Flussfeld (103) und mindestens eine Aussparung (120) zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle umfasst. Weiterhin umfasst die Bipolarplatte (100) einen zwischen dem Flussfeld (103) und der Aussparung (120) angeordneten Anschlussabschnitt (102), der sich bis zur Aussparung erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst, die sich jeweils zwischen der Aussparung (120) und dem Flussfeld (103) erstrecken. Schließlich umfasst die Bipolarplatte (100) auch einen anhängenden Abschnitt (101), der mit dem Anschlussabschnitt (102) durch Stege (116) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen (116) jeweils eine weitere Aussparung (110) erstreckt. Die Bipolarplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101) mit mindestens zwei der Rücken (160) des Anschlussabschnitts (102) verbunden ist.The invention relates to a bipolar plate, a fuel cell and a motor vehicle and a method for producing a bipolar plate. It is provided that a bipolar plate (100) for a fuel cell comprises at least one profiled flow field (103) and at least one recess (120) for supplying fuel to the fuel cell. Furthermore, the bipolar plate (100) comprises a connection section (102) which is arranged between the flow field (103) and the recess (120) and which extends up to the recess extending trenches (150) and back (160), each between the recess ( 120) and the flow field (103). Finally, the bipolar plate (100) also comprises an appended section (101), which is connected to the connection section (102) by webs (116), wherein in each case a further recess (110) extends between each two adjacent webs (116). The bipolar plate is characterized in that the appended portion (101) is connected to at least two of the ridges (160) of the terminal portion (102).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen, eine Brennstoffzelle, die zumindest eine solche Bipolarplatte umfasst sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennstoffzelle.The present invention relates to a bipolar plate and a method for producing such a fuel cell, which comprises at least one such bipolar plate and a motor vehicle with such a fuel cell.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer Ionen leitenden (meist Protonen leitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeldplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case an electrode arranged on both sides of the membrane (anode and cathode). In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode assembly on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. Between the individual membrane electrode assemblies bipolar plates (also called flow field plates) are usually arranged, which ensure a supply of the individual cells with the operating media, ie the reactants, and usually also serve the cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (z. B. Luft) zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.During operation of the fuel cell, the fuel, in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, is supplied to the anode via an anode-side open flow field of the bipolar plate, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with emission of electrons. Via the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H + from the anode compartment in the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied via a cathode-side open flow field of the bipolar plate oxygen or an oxygen-containing gas mixture (eg., Air), so that a reduction of O 2 to O 2- takes place taking up the electrons. At the same time, the oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water. The direct conversion of chemical to electrical energy fuel cells achieve over other electricity generators due to the circumvention of the Carnot factor improved efficiency.

Die Zu- und Abfuhr der Betriebsmedien (Brennstoff, Sauerstoff und Kühlmittel) erfolgt über Betriebsmittelversorgungskanäle, die durch entsprechende aufeinander gestapelte und gegeneinander mittels umlaufender Dichtung abgedichtete Aussparungen in den Bipolarplatten ausgebildet werden. Die Aussparungen zur Ausbildung der Betriebsmittelversorgungskanäle sind außerhalb der Flussfelder der Bipolarplatten in einem inaktiven Bereich angeordnet. Jedem Flussfeld sind jeweils zwei solcher Aussparungen zugeordnet, die der Zu- beziehungsweise der Ableitung des jeweiligen Betriebsmittels dienen. Die Aussparungen sind jeweils über einen Anschlussabschnitt mit dem Flussfeld verbunden, der Rücken und Gräben aufweist, sodass Kanäle ausgebildet werden, die sich zwischen dem Flussfeld und der Aussparung erstrecken.The supply and removal of the operating media (fuel, oxygen and coolant) via resource supply channels, which are formed by corresponding stacked and sealed against each other by means of circumferential seal recesses in the bipolar plates. The recesses for forming the resource supply channels are arranged outside the flow fields of the bipolar plates in an inactive region. Each flow field is assigned two such recesses, which serve to supply or discharge of the respective equipment. The recesses are each connected via a connection portion with the flow field having backs and trenches, so that channels are formed, which extend between the flow field and the recess.

Für die korrekte und verlässliche Funktion der Brennstoffzelle ist es notwendig, dass die Betriebsmittelversorgungskanäle, die durch die aufeinandergestapelten Aussparungen der Bipolarplatte ausgebildet werden, abgedichtet sind. Zu diesem Zweck werden üblicherweise die jeweilige Aussparung umlaufende Dichtungen auf die Bipolarplatte aufgebracht. Im Bereich des Anschlussabschnitts, der sich zwischen der Aussparung und dem (offenen) Flussfeld erstreckt und den Anschluss des Flussfelds an den Betriebsmittelkanal ermöglicht, ist es jedoch schwierig, die Dichtung direkt aufzubringen, ohne die durch die Gräben ausgebildeten Kanäle zu verschließen. Nach Stand der Technik wird daher ein Einlegelement (auch Inlay genannt) quer über den Anschlussabschnitt als Dichtungsstützbrücke angeordnet. Im einfachsten Fall besteht ein solches Einlegelement aus einem biegesteifen Stück Blech, das auf den Rücken angeschweißt wird. Dies erfordert die Herstellung des Einlegeelements, seine genaue Positionierung bezüglich der Bipolarplatte und das Verschweißen mit der Bipolarplatte.For the correct and reliable operation of the fuel cell, it is necessary for the resource supply channels formed by the stacked recesses of the bipolar plate to be sealed. For this purpose, usually the respective recess peripheral seals are applied to the bipolar plate. However, in the area of the terminal portion that extends between the recess and the (open) flow field and allows the flow field to be connected to the resource channel, it is difficult to directly apply the seal without closing the channels formed by the trenches. According to the prior art, therefore, an inlay element (also called inlay) is arranged transversely over the connection section as a seal support bridge. In the simplest case, such a Einlegelement of a rigid piece of sheet metal, which is welded to the back. This requires the manufacture of the insert element, its exact positioning with respect to the bipolar plate and the welding to the bipolar plate.

Die US 2008/0107944 A1 befasst sich mit einer Technik zur Abdichtung einer Brennstoffzelle durch Umfalten einer Ecke der Bipolarplatten. In der EP 1796196 A2 wird vorgeschlagen, dieses Verfahren zu vereinfachen, indem das Einlegeelement zunächst zusammen mit der Bipolarplatte einstückig als ein Appendix der Bipolarplatte so hergestellt wird, dass das Einlegeelement um eine Achse von einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegbar ist. Anschließend wird es in die Endposition bewegt, in der es die Funktion als Dichtungsstützbrücke ausführen kann. Zur Ermöglichung der Bewegbarkeit, sind daher entlang der Achse Aussparungen vorgesehen, die lediglich durch dünne Stege getrennt sind. Die Stege verbinden das Einlegeelement mit der Bipolarplatte.The US 2008/0107944 A1 deals with a technique for sealing a fuel cell by folding over a corner of the bipolar plates. In the EP 1796196 A2 It is proposed to simplify this method by first integrally forming the insert element together with the bipolar plate as an appendix of the bipolar plate such that the insert element is movable about an axis from a starting position to an end position. Then it is moved to the final position where it can perform the function as a seal support bridge. In order to enable the mobility, therefore, recesses are provided along the axis, which are separated only by thin webs. The webs connect the insert element with the bipolar plate.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit einer Bipolarplatte zu verbessern.The present invention is based on the object to improve the manufacturability of a bipolar plate.

Dazu wird erfindungsgemäß eine Bipolarplatte gemäß Anspruch 1 für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen. For this purpose, a bipolar plate according to claim 1 is proposed for a fuel cell according to the invention.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte umfasst mindestens ein profiliertes Flussfeld, mindestens eine Aussparung zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle und einen zwischen dem Flussfeld und der Aussparung angeordneten Anschlussabschnitt, der sich bis zur Aussparung und bis zu dem Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst, und einen anhängenden Abschnitt, der mit dem Anschlussabschnitt durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen jeweils eine weitere Aussparung erstreckt. Die Bipolarplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stege einige oder sämtliche Rücken des Anschlussabschnitts mit dem anhängenden Abschnitt verbinden.The bipolar plate proposed according to the invention comprises at least one profiled flow field, at least one recess for supplying fuel to the fuel cell and a connection section arranged between the flow field and the recess, which comprises trenches and spines extending up to the recess and up to the flow field, and an appended section is connected to the connection portion arranged along a fold line webs, wherein in each case a further recess extends between each two adjacent webs. The bipolar plate is characterized in that the webs connect some or all of the spine of the terminal portion with the appended portion.

Dies ermöglicht, die Bipolarplatte entlang einer Faltlinie so zusammenzufalten, dass der anhängende Abschnitt auf dem Rücken aufliegt und die Gräben überbrückt, ohne dass die Stege die Gräben beeinflussen. Die Faltlinie erstreckt sich vorzugsweise entlang der weiteren Aussparung/en, die insbesondere als Langloch ausgeführt ist/sind.This makes it possible to fold the bipolar plate along a fold line so that the appended section rests on the back and bridges the trenches, without the webs affecting the trenches. The fold line preferably extends along the further recess (s), which is embodied in particular as a slot.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der anhängende Abschnitt mit jedem zweiten Rücken mit jeweils einem Steg verbunden.In a preferred embodiment, the appended section is connected to each second spine, each with a web.

So kann eine stabile und doch bewegliche Verbindung materialsparend realisiert werden.Thus, a stable, yet mobile connection can be realized to save material.

Die Bipolarplatte kann mindestens zwei, dem Flussfeld zugeordnete Aussparungen zur Betriebsmittelzufuhr und -abfuhr aufweisen, die jeweils über einen Anschlussabschnitt mit dem Flussfeld verbunden sind, wobei mit jedem der Anschlussabschnitte ein anhängender Abschnitt verbunden ist.The bipolar plate may have at least two, for the resource supply and removal associated with the flow field, which are each connected via a connecting portion with the flow field, wherein each of the terminal portions, a trailer portion is connected.

Die Bipolarplatte kann auf jeder ihrer Hauptflächen jeweils ein Flussfeld aufweisen, wobei jedem Flussfeld mindestens eine Aussparung, vorzugsweise mindestens zwei Aussparungen zugeordnet sind.The bipolar plate may each have a flow field on each of its main surfaces, wherein each flow field at least one recess, preferably at least two recesses are assigned.

Weiterhin kann der anhängende Abschnitt der Bipolarplatte entlang der Faltlinie so gefaltet sein, dass der anhängende Abschnitt auf dem Rücken des Anschlussabschnitts aufliegt und die Gräben überbrückt. Dann lässt sich die Bipolarplatte leicht abdichten.Furthermore, the appended portion of the bipolar plate along the fold line may be folded so that the appended portion rests on the back of the terminal portion and bridges the trenches. Then the bipolar plate can be easily sealed.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 6 zur Herstellung einer Bipolarplatte vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Schritte: (a) Prägen eines Flussfeldes und eines Anschlussabschnitts und (b) Vorstrukturieren einer an den Anschlussabschnitt angrenzenden Aussparung durch Ausstanzen mindestens einer weiteren Aussparung und einer noch weiteren Aussparung. Dabei wird der Anschlussabschnitt so geprägt, dass er sich bis zum Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst. Weiterhin erfolgt Schritt (b) so, dass ein anhängender Abschnitt entsteht, der mit dem Anschlussabschnitt lediglich noch durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten der Stege jeweils eine der weiteren Aussparungen erstreckt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstanzen und Profilieren so erfolgt, dass der anhängende Abschnitt mit dem Anschlussabschnitt an dem Rücken durch einen Steg verbunden bleibt.Furthermore, a method according to claim 6 for the preparation of a bipolar plate is proposed according to the invention. The method comprises the steps of: (a) embossing a flow field and a terminal portion, and (b) pre-structuring a recess adjacent to the terminal portion by punching at least one further recess and a still further recess. In this case, the connection section is embossed so that it extends to the river field extending trenches and ridges. Furthermore, step (b) takes place in such a way that a continuous section is formed, which is connected to the connection section only by webs arranged along a fold line, wherein one of the further recesses extends between each two adjacent ones of the webs. The method is characterized in that the punching and profiling takes place such that the appended section remains connected to the connection section on the spine by a web.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin: (c) Zusammenfalten entlang der Faltlinie, sodass der anhängende Abschnitt auf dem Anschlussabschnitt aufliegt und die Gräben überbrückt und die Aussparung entsteht.In a preferred embodiment, the method further comprises: (c) folding along the fold line such that the appended portion rests on the terminal portion bridging the trenches and creating the recess.

Erfindungsgemäß wird schließlich noch eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Dabei umfasst die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit und zumindest eine Bipolarplatte, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wurde.Finally, according to the invention, a fuel cell according to claim 8 is also proposed. In this case, the fuel cell comprises at least one membrane-electrode unit and at least one bipolar plate, as proposed according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelle eine Mehrzahl Membran-Elektroden-Einheiten und eine Mehrzahl Bipolarplatten (100), die einander abwechselnd gestapelt sind.In a preferred embodiment, the fuel cell comprises a plurality of membrane-electrode units and a plurality of bipolar plates ( 100 ), which are alternately stacked.

Schließlich wird erfindungsgemäß auch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen.Finally, a motor vehicle according to claim 10 is proposed according to the invention.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte, 1 an embodiment of a bipolar plate according to the invention,

2 einen Ausschnitt des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels vor Zusammenfalten der Bipolarplatte und 2 a section of the in 1 shown embodiment before folding the bipolar plate and

3 den in 2 gezeigten Ausschnitt nach Zusammenfalten der Bipolarplatte. 3 the in 2 shown section after folding the bipolar plate.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100. Die Bipolarplatte 100 umfasst einen teilweise profilierten Abschnitt 102 und einen anhängenden Abschnitt 101. In der Darstellung in 1 ist der anhängende Abschnitt 101 in einer Aussparung 120 der Bipolarplatte 100 angeordnet. Nachdem der anhängende Abschnitt 101 herausgebogen wurde, kann durch Aufeinanderstapeln mehrere Bipolarplatten und gegeneinander Abdichten der Aussparungen 120 ein Betriebsmittelkanal für die Zu- bzw. Abfuhr der Betriebsmedien (Brennstoff, Sauerstoff und Kühlmittel) ausgebildet werden. 1 shows an embodiment of a bipolar plate according to the invention 100 , The bipolar plate 100 includes a partially profiled section 102 and an attached section 101 , In the illustration in 1 is the attached section 101 in a recess 120 the bipolar plate 100 arranged. After the attached section 101 can be bent out, by stacking several bipolar plates and sealing the recesses against each other 120 a resource channel for the supply and discharge of the operating media (fuel, oxygen and coolant) are formed.

Der teilweise profilierter Abschnitt 102 umfasst ein Flussfeld 103, einen Anschlussabschnitt 104, der zwischen dem Flussfeld 103 und der Aussparung 120 angeordnet ist und so eine Verbindung des Betriebsmittelkanals mit dem Flussfeld 103 ermöglicht, und einen Dichtungsabschnitt 105. Der Anschlussabschnitt 104 umfasst durch Rücken 160 getrennte Anschlusskanäle 150. Die Anschlusskanäle 150 verbinden die Aussparung 120 mit dem Flussfeld 103 und erstrecken sich, ebenso wie die Rücken 160, von der Aussparung 120 zum Flussfeld 103. Der im Beispiel eben ausgebildete Dichtungsabschnitt 105 umgibt die Aussparung 102, wo diese nicht an den Anschlussabschnitt 104 grenzt.The partially profiled section 102 includes a flow field 103 , a connection section 104 that is between the river field 103 and the recess 120 is arranged and so a connection of the resource channel with the flow field 103 allows, and a sealing section 105 , The connection section 104 covered by back 160 separate connection channels 150 , The connection channels 150 connect the recess 120 with the river field 103 and extend, as do the backs 160 , from the recess 120 to the river field 103 , The just trained in the example seal section 105 surrounds the recess 102 where these are not connected to the connection section 104 borders.

Weitere Aussparungen 110 sind entlang einer Faltlinie 115 angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind die weiteren Aussparungen 110 formgleiche Langlöcher, die regelmäßig wiederkehren. Andere Aussparungen 110 sind aber möglich. Die weiteren Aussparungen 110 sind durch Stege 116, die entlang der Faltlinie 115 angeordnet sind und sich senkrecht dazu erstrecken, getrennt. Die Stege 116 verbinden den anhängenden Abschnitt 101 mit den Rücken 160 des Anschlussabschnitts 104.Im Beispiel ist jeder zweite Rücken 160 mit einem der Stege 116 verbunden. Je zwei Gräben 150, die sich zu einer der Aussparungen 110 erstrecken, mit dazwischen liegendem Mittelrücken 161, der keinen Steg 116 aufweist, bilden ein Teilprofil 170. Es können auch mehr oder alle Rücken mit einem der Stege verbunden sein. Ebenso ist es möglich, dass weniger oder nur zwei Rücken, beispielsweise die äußersten Rücken, mit einem Steg verbunden ist. More recesses 110 are along a fold line 115 arranged. In the example shown, the further recesses 110 identical elongated holes that recur regularly. Other recesses 110 but are possible. The other recesses 110 are by footbridges 116 along the fold line 115 are arranged and extend perpendicular thereto, separated. The bridges 116 connect the attached section 101 with the backs 160 of the connection section 104 In the example, every second back is 160 with one of the footbridges 116 connected. Two trenches each 150 that become one of the recesses 110 extend, with intermediate middle back 161 who does not have a jetty 116 has, form a partial profile 170 , It can also be more or all backs connected to one of the webs. It is also possible that less or only two ridges, for example the outermost ridges, are connected to a web.

Noch weitere Aussparungen 130, 140, wie sie im Ausführungsbeispiel dargestellt sind und die beispielsweise von dem Dichtungsabschnitt 105 vollständig umgeben sind, sind optional und können auch weggelassen werden.Still more recesses 130 . 140 , as shown in the embodiment and the example of the sealing portion 105 are completely surrounded, are optional and can be omitted.

Wird der anhängende Abschnitt 101 um die Faltlinie bewegt und so aus der Aussparung 120 herausgebogen und auf die Kanäle 150 gefaltet, dass er auf den Rücken 160 aufliegt, so können die Kanäle 150 röhrenartig verschlossen werden. Gleichzeitig wird eine Verbindung zwischen den Rändern des Dichtungsabschnitts 105 gebildet, wo dieser an den Anschlussabschnitt 104 angrenzt. Die Aussparung 120 ist dann vollständig durch eine Oberfläche umgeben, auf der eine Dichtung einfach und verlässlich aufgebracht werden kann. Aussparungen 120 aufeinander gestapelter Bipolarplatten 100 können daher einfach und verlässlich gegeneinander abgedichtet werden. Ein Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus 1 ist in 2 vor dem Umfalten des anhängenden Abschnitts 101 und in 3 nach dem Umfalten des anhängenden Abschnitts 101 gezeigt.Becomes the attached section 101 moved around the fold line and so out of the recess 120 bent out and onto the channels 150 folded that on his back 160 rests, so can the channels 150 be sealed like a tube. At the same time, a connection between the edges of the sealing portion 105 formed, where this at the connection section 104 borders. The recess 120 is then completely surrounded by a surface on which a gasket can be easily and reliably applied. recesses 120 stacked bipolar plates 100 can therefore be easily and reliably sealed against each other. A section of the embodiment 1 is in 2 before folding the attached section 101 and in 3 after folding over the attached section 101 shown.

Wie in 3 zu sehen kann der umgefaltete anhängende Abschnitt 101 als eine Dichtungsstützbrücke dienen, die die Gräben 150 überbrückt, auf den Rücken 160 aufliegt und eine quer über die Gräben anzuordnende Dichtung stützen kann. Die umgebogenen Stege sind dabei durch die Verbindung mit den Rücken 160 so angeordnet, dass sie einen Betriebsmittelfluss zwischen den Kanälen 150 und einem mithilfe der Aussparung 120 gebildeten Betriebsmittelkanal unbeeinflusst lassen. Ein Abtrennen der Stege 116 in der Endlage ist daher nicht erforderlich.As in 3 to see the folded-over appendage section 101 serve as a seal support bridge that the trenches 150 bridged, on the back 160 rests and can support a transversely over the trenches to be arranged seal. The bent webs are thereby by the connection with the backs 160 arranged so that they have a resource flow between the channels 150 and one with the help of the recess 120 Leave the resource channel unaffected. A separation of the webs 116 in the end position is therefore not required.

Die erfindungsgemäße Bipolarplatte lässt sich auf unterschiedliche Weise herstellen. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Metallplatte geprägt oder tiefgezogen, sodass ein Flussfeld und ein Anschlussabschnitt entsteht. Dabei wird der Anschlussabschnitt so gebildet, dass er sich bis zum Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst. Anschließend, teilweise oder vollständig gleichzeitig oder zuvor wird eine Aussparung vorstrukturiert, die Teil eines Betriebsmittelkanals werden soll. Dies geschieht durch Ausstanzen mindestens einer weiteren Aussparung und einer noch weiteren Aussparung, sodass ein anhängender Abschnitt entsteht, der lediglich noch mit einigen oder allen Rücken des Anschlussabschnitts durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden bleibt. Durch Zusammenfalten entlang der Faltlinie entsteht die Aussparung, die Teil des Betriebsmittelkanals werden soll. Der anhängende Abschnitt wird dabei soweit herausgebogen, dass er auf dem Anschlussabschnitt aufliegt und die Gräben überbrückt. So bildet er eine Dichtungsbrücke für eine um die Aussparung umlaufende Dichtung, die für die Bildung des Betriebsmittelkanals vorteilhaft ist.The bipolar plate according to the invention can be produced in different ways. In one embodiment, a metal plate is stamped or deep-drawn to form a flux field and a terminal portion. In this case, the connection section is formed in such a way that it comprises trenches and ridges extending up to the flow field. Subsequently, partially or completely simultaneously or previously, a recess is prestructured, which is to become part of a resource channel. This is done by punching out at least one further recess and a still further recess, so that a hanging portion is formed, which only remains connected to some or all backs of the connecting portion arranged along a fold line webs. By folding along the fold line creates the recess, which is to become part of the resource channel. The appended section is bent out so far that it rests on the connection section and bridges the trenches. Thus, it forms a sealing bridge for a circumferential seal around the recess, which is advantageous for the formation of the working medium channel.

Erfindungsgemäße Bipolarplatten eigenen sich für unterschiedliche Anwendungen. Ein Beispiel ist die Kombination mit einer MEA und einer weiteren Bipolarplatte zu einer Brennstoffzelle. Ein anderes Beispiel ist die abwechselnde Stapelung mit MEA zu einem Brennstoffzellstapel. Solche Brennstoffzellen oder Brennstoffzellstapel können ihrerseits vielfältig verwendet werden. Ein Anwendungsbeispiel ist dabei die Verwendung zur Erzeugung elektrischer Energie zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs.Inventive bipolar plates are suitable for different applications. An example is the combination with an MEA and another bipolar plate to a fuel cell. Another example is the alternate stacking with MEA to a fuel cell stack. Such fuel cells or fuel cell stacks can in turn be used in a variety of ways. An application example is included the use of generating electrical energy to drive an electric vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Bipolarplatte bipolar
101101
anhängender Abschnitt der Bipolarplatte attached portion of the bipolar plate
102102
zumindest teilweise profilierter Abschnitt der Bipolarplatte at least partially profiled portion of the bipolar plate
103103
Flussfeld der Bipolarplatte Flow field of the bipolar plate
104104
Anschlussabschnitt der Bipolarplatte Connecting portion of the bipolar plate
105105
Dichtungsabschnitt der Bipolarplatte Sealing portion of the bipolar plate
110110
Aussparungen recesses
115115
Faltlinie fold line
116116
Steg web
120120
weitere Aussparung further recess
130130
weitere Aussparung further recess
140140
weitere Aussparung further recess
150150
Graben, Anschlusskanäle Trench, connection channels
160160
Rücken move
161161
Mittelrücken Central back
170170
Teilprofil partial profile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • EP 1796196 A2 [0006] EP 1796196 A2 [0006]

Claims (10)

Bipolarplatte (100) für eine Brennstoffzelle, umfassend – mindestens ein profiliertes Flussfeld (103), – mindestens eine Aussparung (120) zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle, – einen zwischen dem Flussfeld (103) und der Aussparung (120) angeordneten Anschlussabschnitt (104), der sich bis zur Aussparung erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst, die sich jeweils zwischen der Aussparung (120) und dem Flussfeld (103) erstrecken, und – einen anhängenden Abschnitt (101), der mit dem Anschlussabschnitt (104) durch entlang einer Faltlinie angeordneten Stege (116) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen (116) jeweils eine weitere Aussparung (110) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (116) einige oder sämtliche Rücken (160) des Anschlussabschnitts (104) mit dem anhängenden Abschnitt (101) verbinden.Bipolar plate ( 100 ) for a fuel cell, comprising - at least one profiled flow field ( 103 ), - at least one recess ( 120 ) for the fuel supply of the fuel cell, - one between the flow field ( 103 ) and the recess ( 120 ) arranged connecting portion ( 104 ), which extends to the recess trenches ( 150 ) and back ( 160 ), which in each case between the recess ( 120 ) and the flow field ( 103 ), and - an attached section ( 101 ) connected to the connection section ( 104 ) arranged along a fold line webs ( 116 ), wherein between each two adjacent webs ( 116 ) each have a further recess ( 110 ), characterized in that the webs ( 116 ) some or all of the backs ( 160 ) of the connection section ( 104 ) with the attached section ( 101 ) connect. Bipolarplatte (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101) vorzugsweise mit jedem zweiten Rücken (160) mit jeweils einem Steg (116) verbunden ist.Bipolar plate ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the appended section ( 101 ) preferably with every other back ( 160 ), each with a bridge ( 116 ) connected is. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (100) mindestens zwei, dem Flussfeld (103) zugeordnete Aussparungen (120) zur Betriebsmittelzufuhr und -abfuhr aufweist, die jeweils über einen Anschlussabschnitt (102) mit dem Flussfeld (103) verbunden sind, wobei mit jedem der Anschlussabschnitte (102) ein anhängender Abschnitt (101) verbunden ist.Bipolar plate ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bipolar plate ( 100 ) at least two, the flow field ( 103 ) associated recesses ( 120 ) for the supply and removal of fuel, each via a connection section ( 102 ) with the flow field ( 103 ) are connected to each of the connecting sections ( 102 ) an appended section ( 101 ) connected is. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (100) auf jeder ihrer Hauptflächen jeweils ein Flussfeld aufweist, wobei jedem der Flussfelder mindestens eine Aussparung (120), vorzugsweise mindestens zwei Aussparungen (120) zugeordnet sind.Bipolar plate ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bipolar plate ( 100 ) has a respective flow field on each of its main surfaces, each of the flow fields having at least one recess ( 120 ), preferably at least two recesses ( 120 ) assigned. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101) der Bipolarplatte(100) entlang einer Faltlinie (115) so gefaltet ist, dass der anhängende Abschnitt (101) auf den Rücken (160) des Anschlussabschnitts (102) aufliegt und die Gräben (150) überbrückt. Bipolar plate ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the appended section ( 101 ) of the bipolar plate ( 100 ) along a fold line ( 115 ) is folded so that the appended section ( 101 ) on the back ( 160 ) of the connection section ( 102 ) and the trenches ( 150 ) bridged. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (100), umfassend Schritte: (a) Prägen eines Flussfeldes (103) und eines Anschlussabschnitts (104), wobei der Anschlussabschnitt (104) so geprägt wird, dass er sich bis zum Flussfeld (103) erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst, (b) Vorstrukturieren einer an den Anschlussabschnitt (104) angrenzenden Aussparung (120) durch Formen mindestens einer weiteren Aussparung (110) und einer noch weiteren Aussparung, sodass ein anhängender Abschnitt (101) entsteht, der mit dem Anschlussabschnitt (104) lediglich noch durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege (116) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten der Stege (116) jeweils eine der weiteren Aussparungen (110) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen und Profilieren so erfolgt, dass der anhängende Abschnitt (101) mit dem Anschlussabschnitt (104) an dem Rücken durch einen Steg (116) verbunden bleibt.Method for producing a bipolar plate ( 100 ), comprising steps: (a) embossing a flow field ( 103 ) and a connection section ( 104 ), wherein the connection section ( 104 ) is shaped so that it extends to the river field ( 103 ) extending trenches ( 150 ) and back ( 160 ), (b) pre-structuring one to the terminal section ( 104 ) adjacent recess ( 120 ) by forming at least one further recess ( 110 ) and a further recess, so that an appending section ( 101 ), which is connected to the connection section ( 104 ) only still arranged along a fold line webs ( 116 ), wherein between each two adjacent of the webs ( 116 ) each one of the further recesses ( 110 ), characterized in that the shaping and profiling takes place such that the appending section ( 101 ) with the connection section ( 104 ) on the back by a bridge ( 116 ) remains connected. Verfahren nach Anspruch 6 weiterhin umfassend: (c) Zusammenfalten entlang der Faltlinie (115), sodass der anhängende Abschnitt (101) auf dem Anschlussabschnitt (102) aufliegt und die Gräben (150) überbrückt und die Aussparung (120) entsteht.The method of claim 6 further comprising: (c) folding along the fold line (FIG. 115 ), so that the attached section ( 101 ) on the connection section ( 102 ) and the trenches ( 150 ) and the recess ( 120 ) arises. Brennstoffzelle umfassend zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit und zumindest eine Bipolarplatte (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.Fuel cell comprising at least one membrane-electrode unit and at least one bipolar plate ( 100 ) according to one of claims 1 to 5. Brennstoffzelle nach Anspruch 8, umfassend eine Mehrzahl Membran-Elektroden-Einheiten und eine Mehrzahl Bipolarplatten (100), die einander abwechselnd gestapelt sind.A fuel cell according to claim 8, comprising a plurality of membrane-electrode assemblies and a plurality of bipolar plates ( 100 ), which are alternately stacked. Kraftfahrzeug umfassend eine Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9.Motor vehicle comprising a fuel cell according to one of claims 8 or 9.
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