DE102016121954A1 - Bipolar plate, fuel cell stack and a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Um eine Bipolarplatte (10) für eine Brennstoffzelle mit einer Anodenplatte (12) und einer Kathodenplatte (10), jeweils einen aktiven Bereich (AA) sowie zwei inaktive Bereiche (IA) aufweisend, wobei in den inaktiven Bereichen (IA) jeweils ein Versorgungsbereich (SA) mit jeweils zwei Hauptgasports (24, 26) und jeweils ein Kühlmittelhauptport (28) sowie jeweils ein Verteilbereich (DA) zur Anbindung der Hauptgasports (24, 26) und des Kühlmittelhauptports (28) an den aktiven Bereich (AA) angeordnet sind, bereitzustellen, die einen verbesserten Gleichdruck der Betriebsmedien bietet, wird vorgeschlagen, dass die Verteilbereiche (DA) für jedes Betriebsmedium über eine Verteilstruktur (30, 34, 38) verfügen, die eine Längs- und Querströmung des jeweiligen Betriebsmediums erlauben, wobei maximal zwei Verteilstrukturen (30, 34, 38) ganz oder teilweise übereinander angeordnet sind.Weiterhin werden ein Brennstoffzellenstapel und ein Kraftfahrzeug offenbart.A bipolar plate (10) for a fuel cell with an anode plate (12) and a cathode plate (10), each having an active region (AA) and two inactive regions (IA), wherein in the inactive regions (IA) in each case a supply region ( SA), each with two main gas ports (24, 26) and one main coolant port (28) and one distribution area (DA) for connecting the main gas ports (24, 26) and the main coolant port (28) to the active area (AA), It is proposed that the distribution regions (DA) for each operating medium have a distribution structure (30, 34, 38) which permits longitudinal and transverse flow of the respective operating medium, with a maximum of two distribution structures ( 30, 34, 38) are arranged completely or partially above one another. Furthermore, a fuel cell stack and a motor vehicle are disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle mit einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte, jeweils einen aktiven Bereich sowie zwei inaktive Bereiche aufweisend, wobei in den inaktiven Bereichen jeweils ein Versorgungsbereich mit jeweils zwei Hauptgasports zur Zu- und Abführung von Reaktionsgasen und jeweils einen Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel sowie jeweils ein Verteilbereich zur Anbindung der Hauptgasports und des Kühlmittelhauptports an den aktiven Bereich angeordnet sind, wobei die Anodenplatte und die Kathodenplatte derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass auf den voneinander abgewandten Seiten die Reaktionsgase und zwischen den einander zugewandten Seiten das Kühlmittel führbar ist, einen Brennstoffzellenstapel sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell with an anode plate and a cathode plate, each having an active area and two inactive areas, wherein in the inactive areas each have a supply area with two main gas ports for supply and removal of reaction gases and a respective coolant main port to - And discharge of coolant and each a distribution region for connection of the main gas ports and the coolant main port are arranged on the active region, wherein the anode plate and the cathode plate are formed and arranged one above the other, that on the opposite sides of the reaction gases and between the facing sides the coolant is feasible, a fuel cell stack and a motor vehicle.

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-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 → 2H+ + 2 e-). 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 Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass eine Reduktion des Sauerstoffs unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O2 + 2 e- → O2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (2 H+ + 02- → H2O). Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad. Die Kathodenreaktion stellt unter anderem aufgrund der gegenüber von Wasserstoff geringeren Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff das geschwindigkeitslimitierende Glied der Brennstoffzellenreaktion dar.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane-electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of a proton-conducting membrane and in each case an electrode disposed on both sides of the membrane (anode and cathode). During operation of the fuel cell, the fuel, in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture, is fed to the anode, where an electrochemical oxidation takes place with release of electrons (H 2 → 2H + + 2 e - ). Via the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of the protons H + from the anode compartment into the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with oxygen or an oxygen-containing gas mixture, so that a reduction of the oxygen takes place with absorption of the electrons (½ O 2 + 2 e - → O 2- ). At the same time, these oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported through the membrane to form water (2 H + + 0 2- → H 2 O). 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. The cathode reaction is, inter alia, due to the lower compared to hydrogen diffusion rate of oxygen, the rate-limiting element of the fuel cell reaction.

In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen zwei Membran-Elektroden-Anordnungen eines Brennstoffzellenstapels ist jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, die Kanäle zur Zuführung der Prozessgase zu der Anode beziehungsweise Kathode der benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen und Kühlkanäle zur Abführung von Wärme aufweist. Bipolarplatten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, um die elektrische Verbindung herzustellen. Sie weisen somit die dreifache Funktion der Prozessgasversorgung der Membran-Elektroden-Anordnungen, der Kühlung sowie der elektrischen Anbindung auf.As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked membrane-electrode arrangements whose electrical powers add up. Between two membrane electrode assemblies of a fuel cell stack, a respective bipolar plate is arranged, which has channels for supplying the process gases to the anode or cathode of the adjacent membrane-electrode assemblies and cooling channels for dissipating heat. Bipolar plates are made of an electrically conductive material to make the electrical connection. They thus have the threefold function of the process gas supply of the membrane-electrode assemblies, the cooling and the electrical connection.

Bipolarplatten haben verschiedene Bereiche, die in einer Hauptströmungsrichtung der Prozessgase hintereinander angeordnet sind. Dies sind zunächst die Hauptkanäle oder Fluidports, über welche die Reaktanten und/oder das Kühlmittel zugeführt werden. Dann schließt sich ein Einströmbereich an, der zu einer Verteilstruktur überleitet. Die Verteilstruktur verteilt die Fluide, die dann einem Flussfeld zugeführt werden, wo die oben beschriebenen chemischen Reaktionen stattfinden.Bipolar plates have different regions arranged one behind the other in a main flow direction of the process gases. These are first the main channels or fluid ports through which the reactants and / or the coolant are supplied. This is followed by an inflow region, which leads to a distribution structure. The distribution structure distributes the fluids, which are then fed to a flow field where the chemical reactions described above take place.

Im Bereich der Verteilstruktur werden üblicherweise alle Betriebsmedien übereinander geführt, wobei die sich daraus ergebende Grundform beispielsweise ein Dreieck darstellt. In dieser dreieckigen Form werden die Medien über gerichtete Kanäle geleitet, um das Flussfeld über die gesamte Breite mit den Betriebsmedien zu versorgen.In the area of the distribution structure, usually all operating media are routed one above the other, with the resulting basic form representing, for example, a triangle. In this triangular shape, the media are directed through directional channels to provide the flow field with the operating media across its entire width.

Es sind aber auch andere Verteilstrukturen bekannt, so wird in der WO2015150524A1 eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle offenbart, bei der in den Verteilbereichen der Platten Ausnehmungen, eine Verteilstruktur ausbildend, angeordnet sind. Die Ausnehmungen der beiden Platten überschneiden sich teilweise, sodass zwischen den beiden Platten ein Kühlmittelströmungsbereich ausgebildet wird, während auf den beiden außen liegenden Seiten Strömungsbereiche für Anoden- und Kathodengas bereitgestellt werden. Die Verteilstrukturen erlauben Längs- und Querströmung der Betriebsmedien in der Bipolarplatte.But there are also other distribution structures known in the WO2015150524A1 discloses a bipolar plate for a fuel cell, wherein in the distribution regions of the plates recesses, forming a distribution structure, are arranged. The recesses of the two plates partially overlap so that a coolant flow area is formed between the two plates, while flow areas for anode and cathode gas are provided on the two outer sides. The distribution structures allow longitudinal and transverse flow of the operating media in the bipolar plate.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte bereitzustellen, die einen verbesserten Gleichdruck der Betriebsmedien bietet.The invention is based on the object of providing a bipolar plate which offers an improved constant pressure of the operating media.

Diese Aufgabe wird durch eine Bipolarplatte gemäß Anspruch 1, einen Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 9 beziehungsweise ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a bipolar plate according to claim 1, a fuel cell stack according to claim 9 or a motor vehicle according to claim 10. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Es wird eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle mit einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte bereitgestellt, die jeweils einen aktiven Bereich sowie zwei inaktive Bereiche aufweisen, wobei in den inaktiven Bereichen jeweils ein Versorgungsbereich mit jeweils zwei Hauptgasports zur Zu- und Abführung von Reaktionsgasen und jeweils einen Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel sowie jeweils ein Verteilbereich zur Anbindung der Hauptgasports und des Kühlmittelhauptports an den aktiven Bereich angeordnet sind. Die Anodenplatte und die Kathodenplatte sind derart ausgebildet und übereinander angeordnet, dass auf den voneinander abgewandten Seiten die Reaktionsgase und zwischen den einander zugewandten Seiten das Kühlmittel führbar ist beziehungsweise jeweils ein entsprechender Strömungsbereich vorgesehen ist. Erfindungsgemäß verfügen die Verteilbereiche für jedes Betriebsmedium über eine Verteilstruktur, wobei maximal zwei Verteilstrukturen ganz oder teilweise übereinander angeordnet sind.There is provided a bipolar plate for a fuel cell having an anode plate and a cathode plate, each having an active region and two inactive regions, wherein in the Inactive areas each have a supply area each with two main gas ports for supply and removal of reaction gases and a main coolant port for supplying and discharging coolant and each a distribution area for connecting the main gas ports and the coolant main port are arranged on the active area. The anode plate and the cathode plate are formed and arranged one above the other so that on the opposite sides of the reaction gases and between the facing sides, the coolant is feasible or in each case a corresponding flow region is provided. According to the invention, the distribution areas for each operating medium have a distribution structure, wherein a maximum of two distribution structures are arranged completely or partially above one another.

Die Erfindung betrifft daher im Wesentlichen die Ausgestaltung der Verteilstrukturen, das heißt deren Form und Lage zueinander, sowie davon abhängig gegebenenfalls Zuführkanäle von den Hauptkanälen zur jeweiligen Verteilstruktur und von Brückenkanälen, die die entsprechende Verteilstruktur über zwei andere, übereinander angeordnete Verteilstrukturen hinweg an das Flussfeld anbinden.The invention therefore relates essentially to the configuration of the distribution structures, that is to their shape and position relative to one another, and optionally to feed channels from the main channels to the respective distribution structure and bridge channels, which connect the corresponding distribution structure to the flow field via two other distribution structures arranged one above the other ,

Die Dimensionen der drei Verteilstrukturen und die Lage der Verteilstrukturen zueinander sind dabei vorteilhafterweise nahezu frei wählbar, sodass der üblicherweise gegebene Zielkonflikt aus minimaler Zelllänge oder Bauvolumen und ausreichender Gleichverteilung der Betriebsmedien effizient gelöst werden kann.The dimensions of the three distribution structures and the position of the distribution structures to each other are advantageously almost freely selectable, so that the usually given conflict of objectives of minimum cell length or volume and sufficient uniform distribution of the operating media can be solved efficiently.

In Abhängigkeit der Dimensionen der Verteilstrukturen erfolgt die Dimensionierung der Zuführ- und Brückenkanäle. In den Zuführkanälen kann gegebenenfalls ein Versatz vorgesehen sein, um Höhendifferenzen zur Verteilstruktur auszugleichen. Im Bereich der Brückenkanäle können eine oder beide der darunter beziehungsweise darüber befindlichen Verteilstrukturen eine reduzierte Höhe aufweisen, um eine einheitliche Bauhöhe der Bipolarplatte zu erhalten.Depending on the dimensions of the distribution structures, the dimensioning of the feed and bridge channels takes place. Optionally, an offset may be provided in the feed channels to compensate for differences in height to the distribution structure. In the area of the bridge channels, one or both of the distribution structures located underneath or above can have a reduced height in order to obtain a uniform overall height of the bipolar plate.

Nach einer Ausführungsform können auch die Verteilstrukturen direkt an den Hauptversorgungskanälen (Ports) anliegen.According to one embodiment, the distribution structures can also be applied directly to the main supply channels (ports).

Die Verteilstrukturen können als gerichtete Struktur, beispielsweise in Form von Kanälen oder offenen Strukturen, die eine Längs- und Querströmung, beispielsweise in Form von Noppen oder dergleichen, oder als eine Kombination daraus ausgebildet sein, wobei naturgemäß zu berücksichtigen ist, ob es sich um Verteilstrukturen für die Reaktionsgase oder das Kühlmittel handelt.The distribution structures may be designed as a directed structure, for example in the form of channels or open structures, which may be a longitudinal and transverse flow, for example in the form of knobs or the like, or as a combination thereof, whereby it must of course be taken into account whether they are distribution structures for the reaction gases or the coolant.

Verteilstrukturen, die eine Längs- und Querströmung erlauben und nicht über die vorgenannte Dreiecksstruktur, in der alle Medien übereinander geführt werden, verfügen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise aus der WO2015150524A1 , die voranstehend gewürdigt wurde.Distribution structures that allow longitudinal and transverse flow and do not have the aforementioned triangular structure in which all media are superimposed, are known in the art, such as from WO2015150524A1 , which was honored above.

Die Verteilstrukturen aller Betriebsmedien weisen vorzugsweise eine rechteckige Grundform auf, da dies aus fertigungstechnischen Gründen und im Hinblick auf eine besonders einfache Optimierbarkeit besonders vorteilshaft ist.The distribution structures of all operating media preferably have a rectangular basic shape, since this is particularly advantageous for manufacturing reasons and with regard to a particularly simple optimizability.

Rechteckige Grundform der Verteilstrukturen bedeutet, dass dies der zur Verteilung des jeweiligen Betriebsmediums zur Verfügung gestellte Raum ist, der jedoch nicht zwangsweise vollständig ausgenutzt werden muss. So ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Verteilstrukturen andere geometrische Formen aufweisen, um bei entsprechenden Brennstoffzellkonzepten die Zuführung der Betriebsmedien bedarfsgerecht steuern zu können.Rectangular basic form of the distribution structures means that this is the space provided for the distribution of the respective operating medium, which, however, does not necessarily have to be fully utilized. Thus, it is also possible according to the invention for the distribution structures to have other geometric shapes in order to be able to control the supply of the operating media as required in the case of corresponding fuel cell concepts.

Zur bedarfsgerechten Steuerung der Zuführung der Betriebsmedien gehört es auch, dass die Verteilstrukturen unterschiedliche Strömungsquerschnitte und/oder Höhen aufweisen.For demand-controlled control of the supply of the operating media, it is also important that the distribution structures have different flow cross sections and / or heights.

Dies gilt im Vergleich der Verteilstrukturen untereinander und auch für die einzelne Verteilstruktur, die in Abhängigkeit der Anordnung in Relation zu den anderen Verteilstrukturen, unterschiedliche Strömungsquerschnitte und/oder Höhen aufweisen kann. Eine entsprechende Höhenanpassung im Bereich der Brückenkanäle wurde voranstehend bereits beschrieben.This applies in comparison of the distribution structures with each other and also for the individual distribution structure, which may have different flow cross sections and / or heights depending on the arrangement in relation to the other distribution structures. A corresponding height adjustment in the area of the bridge channels has already been described above.

Bevorzugter Weise erstrecken sich die Verteilstrukturen aller Betriebsmedien jeweils über die gesamte Breite des aktiven Bereichs, um eine gleichmäßige Versorgung ohne Druckdifferenzen des aktiven Bereichs zu gewährleisten.Preferably, the distribution structures of all operating media each extend over the entire width of the active area in order to ensure a uniform supply without pressure differences of the active area.

Die Anordnung der jeweiligen Verteilstrukturen kann vorzugsweise einen unterschiedlichen Abstand zum Versorgungsbereich und zum Verteilungsbereich aufweisen, um vorteilhafterweise die Verteilstrukturen bedarfsgerecht auszugestalten. So liegt nach einer bevorzugten Ausführungsform die Verteilstruktur für das Anodengas näher an dem aktiven Bereich als die Verteilstrukturen für das Kathodengas und das Kühlmittel, weil die Anode den geringsten Massenstrom erfordert. Daraus ergeben sich die geringste Breite der entsprechenden Zuführkanäle und die geringste Breite der Höheneinschränkung der Kühlmittel-Verteilstruktur im Vergleich zu den Ausgestaltungen für die anderen Betriebsmedien.The arrangement of the respective distribution structures may preferably have a different distance to the supply area and to the distribution area in order to advantageously design the distribution structures as needed. Thus, in a preferred embodiment, the anode gas distribution structure is closer to the active region than the cathode gas and coolant distribution structures because the anode requires the lowest mass flow. This results in the smallest width of the corresponding feed channels and the smallest width of the height restriction of the coolant distribution structure compared to the configurations for the other operating media.

So wird die konstante Bauraumhöhe in einem ersten Abschnitt zur Gleichverteilung von Luft und Kühlmittel genutzt. In einem zweiten Abschnitt wird die Höhe zur Gleichverteilung von Anodengas sowie Zuführung von Luft/Kühlmittel zum aktiven Bereich genutzt. Thus, the constant space height is used in a first section for uniform distribution of air and coolant. In a second section, the height is used for equal distribution of anode gas and supply of air / coolant to the active area.

Die Verbindung von den Hauptports von einem oder zwei Medien zur jeweiligen Verteilstruktur ist durch relativ lange Zuführkanäle gebildet. Dadurch kann, wie bereits beschrieben, eine Höheneinschränkung der Verteilstruktur eines anderen Mediums erforderlich werden. Diese Verengung führt zu geringer Durchströmung des aktiven Bereiches auf der entsprechenden Breite. Handelt es sich bei dem eingeschränkten Medium um das Kühlmedium, so kann dieser Effekt vorteilhaft sein, da er eine zweite Temperaturzone im Randbereich des aktiven Bereichs ermöglicht oder der Auskühlung dieses an die Umgebung angrenzenden Bereiches entgegenwirkt. Dies kann auch auf beiden Seiten des aktiven Bereichs vorgesehen sein.The connection from the main ports of one or two media to the respective distribution structure is formed by relatively long feed channels. As a result, as already described, a height restriction of the distribution structure of another medium may become necessary. This constriction leads to low flow through the active area on the corresponding width. If the restricted medium is the cooling medium, this effect can be advantageous since it allows a second temperature zone in the edge region of the active region or counteracts the cooling of this region adjacent to the environment. This can also be provided on both sides of the active area.

Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Bipolarplatte bietet eine Vielzahl von Vorteilen:An inventive embodiment of a bipolar plate offers a number of advantages:

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bipolarplatte besteht in der Eignung zur computergestützten Optimierung (virtual engineering) der einzelnen Strukturen und zwar unabhängig von der Ausgestaltung der Strukturen der anderen Betriebsmedien. So werden möglichst große Optimierungspotenziale bereits in früheren Phasen des Entwicklungsprozesses einer Bipolarplatte, die erfindungsgemäß konzipiert ist, gehoben (front loading).A significant advantage of the bipolar plate according to the invention is the suitability for computer-aided optimization (virtual engineering) of the individual structures, regardless of the configuration of the structures of the other operating media. Thus, the greatest possible optimization potentials are already raised in earlier phases of the development process of a bipolar plate which is designed according to the invention (front loading).

Die Entwicklung einer Brennstoffzelle für einen Brennstoffzellenstapel erfordert die Berücksichtigung von sehr vielen Anforderungen gleichzeitig. Insbesondere steht eine ideale Medienversorgung des aktiven Bereichs den Package-, Material- und Fertigungsrestriktionen gegenüber. Daher ist ein geeignetes Zellenkonzept immer ein Kompromiss aus den verschiedenen Entwicklungszielen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Bipolarplatte kann der Entwicklungsprozess vorteilhafterweise stärker als bisher nach dem Stand der Technik in Sequenzen unterteilt werden, um so einzelne Anforderungen nacheinander optimieren zu können.The development of a fuel cell for a fuel cell stack requires the consideration of many requirements simultaneously. In particular, an ideal media supply of the active area faces the package, material and manufacturing restrictions. Therefore, a suitable cell concept is always a compromise of the various development goals. Due to the configuration of a bipolar plate according to the invention, the development process can advantageously be subdivided into sequences more intensively than hitherto according to the prior art in order to be able to optimize individual requirements one after the other.

Durch den parametrischen Aufbau und den Einsatz rechteckiger Grundformen: für die Verteilstrukturen kann vorteilhafterweise eine Variantenerzeugung innerhalb kurzer Zeitspannen erfolgen, die problemlos weiter optimierbar sind.Due to the parametric structure and the use of rectangular basic shapes: for the distribution structures can advantageously be a variant generation within short periods of time, which can be easily further optimized.

Der Prozess für das Design der Brennstoffzelle geht dabei zuerst von der Auslegung des aktiven Bereichs aus und nachfolgend von den erforderlichen Verteilstrukturen und letztendlich von der Dimensionierung der Hauptversorgungskanäle (Ports) aus.The process for the design of the fuel cell starts first from the design of the active area and then from the required distribution structures and ultimately from the dimensioning of the main supply channels (ports).

Zur Optimierung werden fünf Domains für die Berechnung von den drei Fluidräumen von Anoden- und Kathodenplatte erzeugt und mittels CFD (computational fluid dynamics, numerische Strömungsdynamik) und FEM (Finite-Elemente-Methode) untersucht.For optimization, five domains for the computation of the three fluid spaces of anode and cathode plates are generated and investigated by CFD (Computational Fluid Dynamics) and FEM (Finite Element Method).

Die rechteckige Grundform der Brennstoffzelle bleibt vorteilhafterweise bei Einsatz der Erfindung erhalten. Zusätzlich wird erreicht, dass der Zuschnitt der kostenintensiven Halbzeuge CCM (catalyst coated membrane) und GDL (gas diffusion layer) ebenfalls rechteckig erfolgen kann, was vorteilhafterweise den Verschnitt und damit die Herstellkosten deutlich reduziert.The rectangular basic shape of the fuel cell is advantageously retained when using the invention. In addition, it is achieved that the blank of the cost-intensive semi-finished products CCM (catalyst coated membrane) and GDL (gas diffusion layer) can also be made rectangular, which advantageously significantly reduces the waste and thus the production costs.

Die erfindungsgemäße Bipolarplatte bietet eine hohe Bauraum-Effizienz, da die Verteilstrukturen hintereinander zwischen dem Versorgungsbereich und dem aktiven Bereich angeordnet sind, sodass die einzelne Verteilstruktur jeweils eine größere Höhe bei Gleichdruck über die Breite der Bipolarplatte aufweist als Verteilstrukturen nach dem Stand der Technik.The bipolar plate according to the invention offers a high space efficiency, since the distribution structures are arranged one behind the other between the supply area and the active area, so that the individual distribution structure each has a greater height at constant pressure across the width of the bipolar plate than distribution structures according to the prior art.

Durch die Variation der Höhe der Verteilstrukturen für das Kühlmittel lässt sich vorteilhafterweise ein zweiter Temperaturbereich (geringere Durchströmung) am Rand (auch beidseitig) des aktiven Bereichs darstellen, der einer zu starken Auskühlung des Randes vorbeugt und zudem in diesem Bereich eine Kondensationsneigung von Wasser reduziert.By varying the height of the distribution structures for the coolant can advantageously be a second temperature range (lower flow) at the edge (also on both sides) of the active area, which prevents excessive cooling of the edge and also reduces in this area a tendency to condensation of water.

Es erfolgt eine besonders effektive Verteilung des Kathodengases durch eine große Überdeckung der Verteilstruktur.There is a particularly effective distribution of the cathode gas by a large coverage of the distribution structure.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Bipolarplatte eignet sich vorteilhafterweise für verschiedene Grundformen einer Bipolarplatte und einer darauf basierenden Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels. So ist es nicht relevant, ob diese eher „lang und schmal“ für eine Anordnung im Unterflurbereich eines Fahrzeuges oder für einen Doppelstapel oder eher „kurz und breit“ für eine Anordnung im Vorderwagenbereich eines Fahrzeuges sein sollen.The embodiment of a bipolar plate according to the invention is advantageously suitable for various basic forms of a bipolar plate and a fuel cell or a fuel cell stack based thereon. So it is not relevant, whether they are rather "long and narrow" for an arrangement in the underfloor area of a vehicle or for a double stack or rather "short and wide" for an arrangement in the front area of a vehicle.

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:

  • 1 in vier Draufsichten beide Seiten einer Kathodenplatte und einer Anodenplatte einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte,
  • 2 in zwei schematischen Ansichten von entgegengesetzten Seiten die Fluidräume der Betriebsmedien der erfindungsgemäßen Bipolarplatte
  • 3 in drei schematischen Ansichten jeweils ein Fluidraum für ein Betriebsmedium,
  • 4 in zwei schematischen, perspektivischen Detailansichten die Fluidräume für die drei Betriebsmedien der erfindungsgemäßen Bipolarplatte, und
  • 5 in zwei schematischen, perspektivischen Detailansichten die Fluidräume für drei Betriebsmedien der erfindungsgemäßen Bipolarplatte nach 4, wobei diese für das Anodengas nur teilweise wiedergegeben sind.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 in both plan views both sides of a cathode plate and an anode plate of a bipolar plate according to the invention,
  • 2 in two schematic views from opposite sides of the fluid spaces of the operating media of the bipolar plate according to the invention
  • 3 in three schematic views in each case a fluid space for a working medium,
  • 4 in two schematic, perspective detailed views of the fluid spaces for the three operating media of the bipolar plate according to the invention, and
  • 5 in two schematic, perspective detailed views of the fluid spaces for three operating media of the bipolar plate according to the invention 4 , which are only partially reproduced for the anode gas.

In 1 sind eine Kathodenplatte 10 und eine Anodenplatte 12 einer ansonsten nicht weiter gezeigten Bipolarplatte dargestellt, die aus der Kathodenplatte 10 und der Anodenplatte 12 üblicherweise zusammengefügt ist, wobei jeweils die einander abgewandten Seiten 14a, 16a der Kathodenplatte 10 beziehungsweise der Anodenplatte 12 und die einander zugewandten Seiten 14b, 16b der Kathodenplatte 10 beziehungsweise der Anodenplatte 12 gezeigt sind. Zur Verdeutlichung der räumlichen Ausrichtung der Ansichten von Kathodenplatte 10 und Anodenplatte 12 sind x- und y-Richtung angegeben.In 1 are a cathode plate 10 and an anode plate 12 an otherwise not shown bipolar plate shown from the cathode plate 10 and the anode plate 12 is usually joined, with each side facing away from each other 14a . 16a the cathode plate 10 or the anode plate 12 and the sides facing each other 14b . 16b the cathode plate 10 or the anode plate 12 are shown. To clarify the spatial orientation of the views of cathode plate 10 and anode plate 12 are given in x and y direction.

Hingegen zeigt 2 statt der Kathodenplatte 10 und der Anodenplatte 12 die darin befindlichen Fluidräume der Betriebsmedien, nämlich Anodengas, Kathodengas und Kühlmittel. Die Fluidräume werden von entgegengesetzten Seiten gezeigt, deren räumliche Ausrichtung durch Angabe von x- und y-Richtung verdeutlicht wird. Die Bezugszeichen entsprechen denen in 1 mit dem Unterschied, dass den Bezugszeichen eine 1 zur Unterscheidung vorangestellt ist. Dies gilt auch für die nachfolgenden 3 bis 5, in denen ebenfalls die entsprechenden Fluidräume der Betriebsmedien dargestellt sind.On the other hand shows 2 instead of the cathode plate 10 and the anode plate 12 the fluid spaces of the operating media therein, namely anode gas, cathode gas and coolant. The fluid spaces are shown from opposite sides, the spatial orientation of which is illustrated by specifying the x and y directions. The reference numerals correspond to those in FIG 1 with the difference that the reference numeral 1 is preceded by a distinction. This also applies to the following 3 to 5 , in which also the corresponding fluid spaces of the operating media are shown.

Die Fluidräume für das Kathodengas sind auf der der Anodenplatte 12 abgewandten Seite 14a der Kathodenplatte 10 angeordnet und die für das Anodengas auf der der Kathodenplatte 10 abgewandten Seite 16a der Anodenplatte 12. Zwischen der Kathodenplatte 10 und der Anodenplatte 12 sind ansonsten die Fluidräume für das Kühlmittel angeordnet. Die Fluidräume für das Kathodengas und das Anodengas sind als offene Kanalstrukturen ausgebildet, während die Fluidräume für das Kühlmittel geschlossene Kanalstrukturen sind. Offen und geschlossen bezieht sich lediglich auf die Beschaffenheit der Kathodenplatte 10 und der Anodenplatte 12 in Form einer zusammengefügten Bipolarplatte. In einer Brennstoffzelle beziehungsweise einem Brennstoffzellestapel sind alle Kanalstrukturen geschlossen.The fluid spaces for the cathode gas are on the anode plate 12 opposite side 14a the cathode plate 10 arranged and for the anode gas on the cathode plate 10 opposite side 16a the anode plate 12 , Between the cathode plate 10 and the anode plate 12 otherwise the fluid spaces are arranged for the coolant. The fluid spaces for the cathode gas and the anode gas are formed as open channel structures, while the fluid spaces for the coolant are closed channel structures. Open and closed refers only to the nature of the cathode plate 10 and the anode plate 12 in the form of an assembled bipolar plate. In a fuel cell or a fuel cell stack, all channel structures are closed.

Die Fluidräume sind entsprechend den Anforderungen in den unterschiedlichen Bereichen verschieden ausgestaltet, wie nachstehend beschrieben.The fluid spaces are configured differently according to the requirements in the different areas, as described below.

Die Kathodenplatte 10 und die Anodenplatte 12 und damit auch die Fluidräume unterteilen sich in einen aktiven Bereich AA und inaktive Bereiche IA. Der aktive Bereich AA zeichnet sich dadurch aus, dass in diesem Bereich die Brennstoffzellreaktionen stattfinden. Dieser aktive Bereich AA wird auch als Flussfeld 18, 118 bezeichnet. Die inaktiven Bereiche IA, lassen sich jeweils in Versorgungsbereiche SA und Verteilbereiche DA unterteilen. Zur deutlicheren optischen Abgrenzung von aktivem Bereich AA und inaktivem Bereich IA sind in den Figuren gestrichelte Linien 20 und 22 vorgesehen, die den Übergang vom aktiven Bereich AA zum inaktiven Bereich IA symbolisieren.The cathode plate 10 and the anode plate 12 and thus also the fluid spaces are subdivided into an active area AA and inactive areas IA , The active area AA is characterized by the fact that fuel cell reactions take place in this area. This active area AA is also called river field 18 . 118 designated. The inactive areas IA , each can be divided into service areas SA and distribution areas THERE divide. For clearer optical demarcation of active area AA and inactive area IA are dashed lines in the figures 20 and 22 provided the transition from the active area AA to the inactive area IA symbolize.

Innerhalb der Versorgungsbereiche SA sind jeweils ein Anodengashauptport 24, 124 ein Kathodengashauptport 26, 126 sowie ein Kühlmittelhauptport 28, 128 zur Zuleitung zum Flussfeld 18, 118 oder zur Ableitung der Betriebsmedien nach Überströmen des Flussfeldes 18, 118 angeordnet, die in einem, hier nicht dargestellten, Brennstoffzellenstapel im Wesentlichen miteinander fluchten und Hauptversorgungskanäle innerhalb des Brennstoffzellenstapels ausbilden.Within the service areas SA are each an anode gas main port 24 . 124 a cathode gas main port 26 . 126 and a main coolant port 28 . 128 to the supply to the river field 18 . 118 or for the discharge of the operating media after overflow of the flow field 18 . 118 arranged in a fuel cell stack, not shown here, substantially aligned with each other and form main supply channels within the fuel cell stack.

Nachstehende Ausführungen beziehen sich immer auf beide inaktiven Bereiche IA, auch wenn die Beschreibung im Singular erfolgt.The following statements always refer to both inactive areas IA even if the description is in the singular.

Jedes Betriebsmedium weist eine spezifische Verteilstruktur 30, 130, 34, 134, 38, 138 auf. Die Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas ist im Verteilbereich DA angrenzend zum Versorgungsbereich SA angeordnet und ist über Zuführkanäle 32, 132 mit dem Kathodengashauptport 26, 126, der mittig zwischen dem Anodengashauptport 24, 124 und dem Kühlmittelhauptport 28, 128 angeordnet ist, verbunden. Die Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas ist rechteckig ausgestaltet und ist beabstandet zum aktiven Bereich AA angeordnet. Durch nicht näher dargestellte Kanäle oder sonstige gerichtete Strukturen ist die Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas an den aktiven Bereich AA beziehungsweise das Flussfeld 18, 118 angebunden. Bei diesen Kanälen kann es sich auch um entsprechend verlängerte Kanäle oder Strukturen des aktiven Bereichs AA handeln, die in den Figuren ebenfalls nicht näher dargestellt sind. Dieser freie Bereich des Verteilbereichs DA wird auf der entsprechenden Seite der Anodenplatte 12 von der Verteilstruktur 34, 134 für das Anodengas eingenommen, sodass die Verteilstrukturen 30, 130, 34, 134 für das Kathoden- und Anodengas in einer hier nicht dargestellten Bipolarplatte nicht übereinander befindlich sind. Die Verteilstruktur 34, 134 für das Anodengas ist an den Anodengashauptport 24, 124 über Verbindungskanäle 36, 136 mit der Verteilstruktur 34, 134 angebunden, die direkt in die entsprechenden Strukturen des aktiven Bereichs AA beziehungsweise des Flussfeldes 18, 118 übergeht. Die Verbindungskanäle 36, 136 für das Anodengas werden über die Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas und die Verteilstruktur 38, 138 für das Kühlmittel geführt. Die Verteilstruktur 38, 138 für das Kühlmittel erstreckt sich im Bereich der Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas, ist jedoch zusätzlich vom Versorgungsbereich SA beabstandet. Der Anschluss an den Kühlmittelhauptport 28, 128 erfolgt über Verbindungskanäle 40, 140. Wie ersichtlich sind alle Verteilstrukturen 30, 130, 34, 134, 38, 138 rechteckig ausgestaltet. Es sind auch andere Ausgestaltungen möglich, jedoch erweist sich die dargestellte Variante in der Herstellung als vorteilhaft. Wie in 5 und 6 noch detaillierter dargestellt, weist die Verteilstruktur 38, 138 für das Kühlmittel in dem Bereich, in dem die Verbindungskanäle 36, 136 für das Anodengas angeordnet sind, eine geringere Höhe auf.Each operating medium has a specific distribution structure 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 on. The distribution structure 30 . 130 for the cathode gas is in the distribution area THERE adjacent to the utility area SA arranged and is via feed channels 32 . 132 with the cathode gas main port 26 . 126 , the center between the anode gas main port 24 . 124 and the main coolant port 28 . 128 is arranged, connected. The distribution structure 30 . 130 for the cathode gas is rectangular and is spaced from the active area AA arranged. By not shown channels or other directed structures is the distribution structure 30 . 130 for the cathode gas to the active area AA or the river field 18 . 118 tethered. These channels may also be extended channels or structures of the active area AA act, which are also not shown in detail in the figures. This free area of the distribution area THERE is on the corresponding side of the anode plate 12 from the distribution structure 34 . 134 for the Anodengas taken, so that the distribution structures 30 . 130 . 34 . 134 for the cathode and anode gas are not superimposed in a bipolar plate, not shown here. The distribution structure 34 . 134 for the anode gas is at the anode gas main port 24 . 124 via connection channels 36 . 136 with the distribution structure 34 . 134 tethered directly into the corresponding structures of the active area AA or the river field 18 . 118 passes. The connection channels 36 . 136 for the anode gas are going through the distribution structure 30 . 130 for the cathode gas and distribution structure 38 . 138 led for the coolant. The distribution structure 38 . 138 for the coolant extends in the region of the distribution structure 30 . 130 for the cathode gas, however, is additional from the supply area SA spaced. The connection to the coolant main port 28 . 128 via connection channels 40 . 140 , As can be seen, all distribution structures 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 rectangular designed. There are also other embodiments possible, however, the variant shown in the production proves to be advantageous. As in 5 and 6 shown in more detail, has the distribution structure 38 . 138 for the coolant in the area where the connection channels 36 . 136 are arranged for the anode gas, a lower height.

In 3 sind die Fluidräume für die Betriebsmedien gemäß den 1 und 2 separat dargestellt. Zudem wurden noch gestrichelte Linien 20a, 20b, 22a, 22b eingeführt, um die Erstreckung der Verteilbereiche 30, 130, 34, 134, 38, 138 deutlicher darstellen zu können. Die Beschreibung entspricht daher der Beschreibung der Fluidräume in den 1 und 2. Die Linien 20a kennzeichnet die Erstreckung der Verteilstruktur 38, 138 für das Anodengas in Richtung des Versorgungsbereichs SA und die Erstreckung der Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas und die Verteilstruktur 38, 138 des Kühlmittels in Richtung des aktiven Bereichs AA. Durch Linie 20b wird die Erstreckung der Verteilstruktur 30, 130 für das Kathodengas in Richtung des Versorgungsbereichs SA gezeigt. Hingegen erstreckt sich der Versorgungsbereich 38, 138 für das Kühlmittel nicht bis zur Linie 20b und ist somit nicht deckungsgleich mit dem Versorgungsbereich 30, 130 für das Kathodengas.In 3 are the fluid spaces for the operating media according to the 1 and 2 shown separately. In addition, were still dashed lines 20a . 20b . 22a . 22b introduced the extension of the distribution areas 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 to represent more clearly. The description therefore corresponds to the description of the fluid spaces in the 1 and 2 , The lines 20a indicates the extent of the distribution structure 38 . 138 for the anode gas towards the service area SA and the extent of the distribution structure 30 . 130 for the cathode gas and distribution structure 38 . 138 of the coolant toward the active area AA , By line 20b becomes the extension of the distribution structure 30 . 130 for the cathode gas towards the service area SA shown. By contrast, the supply area extends 38 . 138 for the coolant not to the line 20b and is therefore not congruent with the coverage area 30 . 130 for the cathode gas.

Wie ersichtlich, werden die Dimensionierung der Verteilstrukturen 30, 130, 34, 134, 38, 138, die Breite und/oder Anzahl der Verbindungskanäle 32, 132, 36, 136, 40, 140 und die Dimensionierung von Anodengashauptport 24, 124, Kathodengashauptport 26, 126 sowie Kühlmittelhauptport 28, 128 spezifisch für das jeweilige Betriebsmedium festgelegt.As can be seen, the sizing of the distribution structures 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 , the width and / or number of connection channels 32 . 132 . 36 . 136 . 40 . 140 and the sizing of anode gas main port 24 . 124 , Cathode gas main port 26 . 126 as well as coolant main port 28 . 128 Specified specifically for the respective operating medium.

In den 4 und 5 sind Detailansichten dargestellt, um die erfindungsgemäße Anordnung der Verteilstrukturen 30, 130, 34, 134, 38, 138 deutlicher darzustellen. Die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren gilt auch für die 4 und 5. 4 zeigt die Fluidräume für alle Betriebsmedien, während in 5 auf die Verbindungskanäle 136 für das Anodengas verzichtet wurde, sodass die unterschiedliche Höhengestaltung der Verteilstruktur 38, 138 für das Kühlmittel ersichtlich ist. Die Verbindungskanäle 132, 136, 140 besitzen jeweils einen Versatz 144, 146, 148, um Höhenunterschiede bei der Anbindung der entsprechenden Verteilstrukturen 30, 130, 34, 134, 38, 138 auszugleichenIn the 4 and 5 are detailed views shown to the inventive arrangement of the distribution structures 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 to show more clearly. The description of the preceding figures also applies to the 4 and 5 , 4 shows the fluid spaces for all operating media while in 5 on the connection channels 136 was dispensed for the anode gas, so that the different height design of the distribution structure 38 . 138 for the coolant is visible. The connection channels 132 . 136 . 140 each have an offset 144 . 146 . 148 to differences in height in the connection of the corresponding distribution structures 30 . 130 . 34 . 134 . 38 . 138 compensate

Die Verteilstruktur 38, 138 für das Kühlmittel weist im Bereich, in dem die Verbindungskanäle 136 für das Anodengas darüber hinweg geführt werden, eine geringere Höhe auf, sodass ein Absatz 142 gegeben ist.The distribution structure 38 . 138 for the coolant points in the area in which the connecting channels 136 for the anode gas over it, a lower height on, so a paragraph 142 given is.

Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform, können die Betriebsmedien auch vertauscht werden, sodass beispielsweise die Dimensionierung und Anordnung der Strukturen für das Kathodengas der Dimensionierung und Anordnung der Strukturen für das Anodengas entspricht und umgekehrt.In the embodiment shown in the figures, the operating media can also be reversed, so that, for example, the dimensioning and arrangement of the structures for the cathode gas of the dimensioning and arrangement of the structures for the anode gas corresponds and vice versa.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kathodenplattecathode plate
1212
Anodenplatteanode plate
14a14a
von der Anodenplatte abgewandte Seite der Kathodenplattefrom the anode plate side facing away from the cathode plate
14b14b
von der Kathodenplatte abgewandte Seite der Anodenplattefrom the cathode plate side facing away from the anode plate
16a16a
der Anodenplatte zugewandte Seite der Kathodenplattethe anode plate facing side of the cathode plate
16b16b
der Kathodenplatte zugewandte Seite der Anodenplattethe cathode plate facing side of the anode plate
18, 11818, 118
Flussfeldflow field
20, 20a, 20b20, 20a, 20b
gestrichelte Liniedashed line
22, 22a, 22b22, 22a, 22b
gestrichelte Liniedashed line
24, 12424, 124
AnodengashauptportAnode gas main port
26, 12626, 126
KathodengashauptportCathode gas main port
28, 12828, 128
KühlmittelhauptportCoolant main port
30, 13030, 130
Verteilstruktur für KathodengasDistribution structure for cathode gas
32, 13232, 132
Zuführkanälesupply channels
34, 13434, 134
Verteilstruktur für AnodeDistribution structure for anode
36, 13636, 136
Verbindungskanäleconnecting channels
38, 138 38, 138
Verteilstruktur für KühlmittelDistribution structure for coolant
40, 14040, 140
Verbindungskanäleconnecting channels
142142
Absatzparagraph
144144
Versatzoffset
146146
Versatzoffset
148148
Versatz offset
X, YX, Y
Raumrichtungspatial direction
AAAA
Aktiver Bereich (Reaktionsbereich, active area)Active area (reaction area, active area)
IAIA
Inaktiver Bereich (inactive area)Inactive area
SASA
Versorgungsbereich (supply area)Supply area
DATHERE
Verteilbereich (distribution area)Distribution area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2015150524 A1 [0006, 0015]WO 2015150524 A1 [0006, 0015]

Claims (10)

Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle mit einer Anodenplatte (12) und einer Kathodenplatte (10), jeweils einen aktiven Bereich (AA) sowie zwei inaktive Bereiche (IA) aufweisend, wobei in den inaktiven Bereichen (IA) jeweils ein Versorgungsbereich (SA) mit jeweils zwei Hauptgasports (24, 26) zur Zu- und Abführung von Reaktionsgasen und jeweils einen Kühlmittelhauptport (28) zur Zu- und Abführung von Kühlmittel sowie jeweils ein Verteilbereich (DA) zur Anbindung der Hauptgasports (24, 26) und des Kühlmittelhauptport (28) an den aktiven Bereich (AA) angeordnet sind, wobei die Anodenplatte (12) und die Kathodenplatte (10) derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass auf den voneinander abgewandten Seiten (14a, 14b) die Reaktionsgase und zwischen den einander zugewandten Seiten (16a, 16b) das Kühlmittel führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilbereiche (DA) für jedes Betriebsmedium über eine Verteilstruktur (30, 34, 38) verfügen, wobei maximal zwei Verteilstrukturen (30, 34, 38) ganz oder teilweise übereinander angeordnet sind.Bipolar plate for a fuel cell with an anode plate (12) and a cathode plate (10), each having an active region (AA) and two inactive regions (IA), wherein in the inactive regions (IA) each having a supply region (SA) with two Main gas ports (24, 26) for the supply and removal of reaction gases and a main coolant port (28) for supply and removal of coolant and in each case a distribution area (DA) for connecting the main gas ports (24, 26) and the main coolant port (28) the active region (AA) are arranged, wherein the anode plate (12) and the cathode plate (10) are formed and arranged one above the other, that on the opposite sides (14a, 14b), the reaction gases and between the mutually facing sides (16a, 16b) the coolant can be guided, characterized in that the distribution regions (DA) for each operating medium have a distribution structure (30, 34, 38), wherein a maximum of two Ver partial structures (30, 34, 38) are arranged completely or partially above one another. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilstrukturen (30, 34, 38) eine Längs- und Querströmung des jeweiligen Betriebsmediums und/oder eine gerichtete Strömung erlauben.Bipolar plate after Claim 1 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38) allow a longitudinal and transverse flow of the respective operating medium and / or a directed flow. Bipolarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verteilstrukturen (30, 34, 38,) aller Betriebsmedien jeweils über die gesamte Breite des aktiven Bereichs (AA) erstrecken.Bipolar plate after Claim 1 or 2 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38,) of all operating media each extend over the entire width of the active region (AA). Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilstrukturen (30, 34, 38) aller Betriebsmedien eine rechteckige Grundform aufweisen.Bipolar plate after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38) of all operating media have a rectangular basic shape. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilstrukturen (30, 34, 38) aller Betriebsmedien jeweils in einem rechteckigen Bauraum ausgeformt ist, wobei der jeweilige Bauraum nur teilweise für die entsprechende Verteilstruktur (30, 34, 38) genutzt ist.Bipolar plate after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38) of all operating media is each formed in a rectangular space, the respective space is only partially used for the corresponding distribution structure (30, 34, 38). Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilstrukturen (30, 34, 38) unterschiedliche Strömungsquerschnitte und/oder Höhen aufweisen.Bipolar plate after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38) have different flow cross sections and / or heights. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anbindung zwischen den Verteilstrukturen (30, 34, 38) und dem aktiven Bereich (AA) Brückenkanäle angeordnet sind und/oder zur Anbindung zwischen den Hauptports (24, 26, 28) und den Verteilstrukturen (30, 34, 38) Verbindungskanäle (32, 36, 40) angeordnet sind.Bipolar plate after one of the Claims 1 to 6 , characterized in that for connection between the distribution structures (30, 34, 38) and the active area (AA) bridge channels are arranged and / or for connection between the main ports (24, 26, 28) and the distribution structures (30, 34, 38) connecting channels (32, 36, 40) are arranged. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilstrukturen (30, 34, 38) einen unterschiedlichen Abstand zum Versorgungsbereich (SA) und/oder zum Verteilungsbereich (DA) aufweisen.Bipolar plate after one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the distribution structures (30, 34, 38) have a different distance to the supply area (SA) and / or the distribution area (DA). Brennstoffzellenstapel umfassend eine Mehrzahl von Bipolarplatten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Fuel cell stack comprising a plurality of bipolar plates (10) according to one of Claims 1 to 8th , Kraftfahrzeug eine Brennstoffzelle nach Anspruch 9 aufweisend.Motor vehicle after a fuel cell Claim 9 having.
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