DE102019200946A1

DE102019200946A1 - Bipolar plate for a fuel cell and fuel cell

Info

Publication number: DE102019200946A1
Application number: DE102019200946.8A
Authority: DE
Inventors: Helerson Kemmer; Felix Wald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-07-30
Also published as: WO2020152084A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, umfassend eine erste Verteilstruktur mit einem ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur (60) mit einem zweiten Verteilbereich (160) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode. Der zweite Verteilbereich (160) umfasst eine Mehrzahl von zweiten Verteilsegmenten (165), wobei jedes der zweiten Verteilsegmente (165) mit einem separaten zweiten Zufuhrkanal (161) zur Zuführung des Oxidationsmittels und mit einem separaten zweiten Abfuhrkanal (162) zur Abführung von nicht benötigtem Oxidationsmittel verbunden ist, wobei von einem zweiten Zufuhrkanal (161) zu einem zweiten Abfuhrkanal (162) orientierte zweite Strömungsrichtungen (61) von benachbart angeordneten zweiten Verteilsegmenten (165) antiparallel orientiert sind. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, die mindestens eine Membran-Elektrodeneinheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst.The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell, comprising a first distribution structure with a first distribution area for distributing fuel to a first electrode and a second distribution structure (60) with a second distribution area (160) for distributing an oxidizing agent to a second electrode. The second distribution area (160) comprises a plurality of second distribution segments (165), each of the second distribution segments (165) having a separate second supply channel (161) for supplying the oxidizing agent and with a separate second discharge channel (162) for removing unneeded ones Oxidizing agent is connected, second flow directions (61) oriented from a second feed channel (161) to a second discharge channel (162) of adjacent second distribution segments (165) being oriented antiparallel. The invention also relates to a fuel cell which comprises at least one membrane electrode unit with a first electrode and a second electrode, which are separated from one another by a membrane, and at least one bipolar plate according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, welche eine erste Verteilstruktur mit einem ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur mit einem zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode umfasst. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, die mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst.The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell, which comprises a first distribution structure with a first distribution area for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure with a second distribution area for distributing an oxidizing agent to a second electrode. The invention also relates to a fuel cell which comprises at least one bipolar plate according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.A fuel cell is a galvanic cell that converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells, in particular hydrogen (H2) and oxygen (02) are converted into water (H2O), electrical energy and heat.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Proton-Exchange-Membran = PEM) -Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also für Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.Among other things, proton exchange membranes (proton exchange membrane = PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane which is permeable to protons, that is to say to hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is thereby spatially separated from the fuel, in particular hydrogen.

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen ferner eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran zu der Kathode. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zu der Kathode.Proton exchange membrane fuel cells also have an anode and a cathode. The fuel is fed to the anode of the fuel cell and oxidized catalytically to give off protons. The protons pass through the membrane to the cathode. The emitted electrons are derived from the fuel cell and flow to the cathode via an external circuit.

Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und es reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen, die durch die Membran zur Kathode gelangt sind, zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O The oxidizing agent is supplied to the fuel cell at the cathode and reacts to water by taking up the electrons from the external circuit and protons that have reached the cathode through the membrane. The resulting water is drained from the fuel cell. The gross response is: O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^- → 2H ₂ O

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.A voltage is present between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, several fuel cells can be mechanically arranged one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series.

Zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode sind Gasverteilerplatten vorgesehen, welche auch als Bipolarplatten bezeichnet werden. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen.Gas distributor plates, which are also referred to as bipolar plates, are provided for uniform distribution of the fuel to the anode and for uniform distribution of the oxidizing agent to the cathode. The bipolar plates have, for example, channel-like structures for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes. The channel-like structures also serve to drain the water formed during the reaction. The bipolar plates can furthermore have structures for the passage of a cooling liquid through the fuel cell for the dissipation of heat.

Es sind auch Bipolarplatten mit Verteilstrukturen zur Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode bekannt, welche poröse Schäume aufweisen. Die Schäume weisen dabei derartige Porositäten auf, dass die zugeführten Reaktionsgase sowie das bei der Reaktion entstandene Wasser hindurchströmen können.Bipolar plates with distribution structures for distributing the fuel to the anode and for distributing the oxidizing agent to the cathode are also known, which have porous foams. The foams have porosities such that the reaction gases supplied and the water formed during the reaction can flow through them.

Auch aus der DE 10 2013 223 776 A1 ist eine gattungsgemäße Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel bekannt. Die Bipolarplatte weist Verteilstrukturen auf, welche aus metallischem Schaum hergestellt sind und welche zur Einleitung der Reaktionsgase in den Brennstoffzellenstapel sowie zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers dienen. Die Bipolarplatte weist ferner eine Verteilstruktur auf, welche aus metallischem Schaum hergestellt ist und welche Durchleitung einer Kühlflüssigkeit dient.Also from the DE 10 2013 223 776 A1 a generic bipolar plate for a fuel cell stack is known. The bipolar plate has distribution structures which are made of metallic foam and which serve to introduce the reaction gases into the fuel cell stack and to discharge the water formed during the reaction. The bipolar plate also has a distribution structure which is made of metallic foam and which is used for the passage of a cooling liquid.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, welche eine erste Verteilstruktur mit einem ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur mit einem zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode umfasst.A bipolar plate for a fuel cell is proposed, which comprises a first distribution structure with a first distribution area for distributing fuel to a first electrode and a second distribution structure with a second distribution area for distribution of an oxidizing agent to a second electrode.

Erfindungsgemäß umfasst der zweite Verteilbereich zur Verteilung des Oxidationsmittels eine Mehrzahl von zweiten Verteilsegmenten. Dabei ist jedes der zweiten Verteilsegmente mit einem separaten zweiten Zufuhrkanal zur Zuführung des Oxidationsmittels und mit einem separaten zweiten Abfuhrkanal zur Abführung von nicht benötigtem Oxidationsmittel verbunden. Das Oxidationsmittel strömt innerhalb von jedem der zweiten Verteilsegmente jeweils von dem zweiten Zufuhrkanal zu dem zweiten Abfuhrkanal in eine zweite Strömungsrichtung. Die von einem zweiten Zufuhrkanal zu einem zweiten Abfuhrkanal orientierten zweiten Strömungsrichtungen von benachbart angeordneten zweiten Verteilsegmenten sind dabei antiparallel orientiert.According to the invention, the second distribution area for distributing the oxidizing agent comprises a plurality of second distribution segments. Each of the second distribution segments is connected to a separate second supply channel for supplying the oxidizing agent and to a separate second discharge channel for removing non-required oxidizing agent. The oxidizing agent flows within each of the second distribution segments from the second supply channel to the second discharge channel in a second flow direction. The second flow directions of adjacent distribution segments, which are oriented from a second feed channel to a second discharge channel, are oriented antiparallel.

Im Betrieb der Bipolarplatte in der Brennstoffzelle sind Regionen nahe einem Zufuhrkanal relativ trocken und Regionen nahe einem Abfuhrkanal eher feucht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entstehen in jedem zweiten Verteilsegment je eine feuchte und eine trockene Region. Es werden somit feuchte und trockene Regionen über den zweiten Verteilbereich annähernd homogen verteilt. When operating the bipolar plate in the fuel cell, regions near a feed channel are relatively dry and regions near a discharge channel are rather moist. The configuration according to the invention results in a moist and a dry region in every second distribution segment. Moist and dry regions are thus distributed approximately homogeneously over the second distribution area.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete zweite Verteilsegmente durch zweite Trennwände voneinander getrennt. Dabei sind die zweiten Trennwände für das Oxidationsmittel undurchlässig. Das Oxidationsmittel kann somit nicht von einem zweiten Verteilsegment in ein benachbartes zweites Verteilsegment strömen.According to an advantageous embodiment of the invention, adjacent second distribution segments are separated from one another by second partition walls. The second partitions are impermeable to the oxidizing agent. The oxidizing agent can therefore not flow from a second distribution segment into an adjacent second distribution segment.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete zweite Verteilsegmente durch zweite Trennwände voneinander getrennt. Dabei ist mindestens eine der zweiten Trennwände von mindestens einem Querkanal durchbrochen. Das Oxidationsmittel kann somit von einem zweiten Verteilsegment durch den Querkanal in ein benachbartes zweites Verteilsegment strömen.According to another advantageous embodiment of the invention, adjacent second distribution segments are separated from one another by second partition walls. At least one of the second partitions is broken through by at least one transverse channel. The oxidizing agent can thus flow from a second distribution segment through the transverse channel into an adjacent second distribution segment.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können die zweiten Trennwände aus einem gasdichten, aber wasserpermeablen Material hergestellt sein. Dadurch ist ein Austausch von Feuchtigkeit zwischen benachbarten zweiten Verteilsegmenten möglich. Somit können feuchte Regionen vereinfacht Feuchtigkeit an benachbarte trockene Regionen abgeben.According to an alternative embodiment of the invention, the second partition walls can be made of a gas-tight but water-permeable material. This makes it possible to exchange moisture between adjacent second distribution segments. Moist regions can thus easily give moisture to neighboring dry regions.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Verteilbereich eine Mehrzahl von ersten Verteilsegmenten. Dabei ist jedes der ersten Verteilsegmente mit einem separaten ersten Zufuhrkanal zur Zuführung des Brennstoffs und mit einem separaten ersten Abfuhrkanal zur Abführung von nicht benötigtem Brennstoff verbunden. Der Brennstoff strömt innerhalb von jedem der ersten Verteilsegmente jeweils von dem ersten Zufuhrkanal zu dem ersten Abfuhrkanal in eine erste Strömungsrichtung. Die von einem ersten Zufuhrkanal zu einem ersten Abfuhrkanal orientierten ersten Strömungsrichtungen von benachbart angeordneten ersten Verteilsegmenten sind dabei antiparallel orientiert.According to an advantageous development of the invention, the first distribution area comprises a plurality of first distribution segments. Each of the first distribution segments is connected to a separate first supply duct for supplying the fuel and to a separate first discharge duct for the discharge of fuel that is not required. The fuel flows in each of the first distribution segments from the first supply channel to the first discharge channel in a first flow direction. The first flow directions of adjacent first distribution segments oriented from a first feed channel to a first discharge channel are oriented antiparallel.

Im Betrieb der Bipolarplatte in der Brennstoffzelle existieren Regionen mit höherer Temperatur und mit geringerer Temperatur. Durch die besagte vorteilhafte Weiterbildung erfolgt eine homogenere Temperaturverteilung über die einzelnen Regionen.When operating the bipolar plate in the fuel cell, regions with a higher temperature and a lower temperature exist. As a result of said advantageous further development, the temperature is distributed more homogeneously over the individual regions.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete erste Verteilsegmente durch erste Trennwände voneinander getrennt. Dabei sind die ersten Trennwände für den Brennstoff undurchlässig. Der Brennstoff kann somit nicht von einem ersten Verteilsegment in ein benachbartes erstes Verteilsegment strömen.According to an advantageous embodiment of the invention, adjacent first distribution segments are separated from one another by first partition walls. The first partitions are impermeable to the fuel. The fuel can therefore not flow from a first distribution segment into an adjacent first distribution segment.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete erste Verteilsegmente durch erste Trennwände voneinander getrennt. Dabei ist mindestens eine der ersten Trennwände von mindestens einem Querkanal durchbrochen. Der Brennstoff kann somit von einem ersten Verteilsegment durch den Querkanal in ein benachbartes erstes Verteilsegment strömen.According to another advantageous embodiment of the invention, adjacent first distribution segments are separated from one another by first partition walls. At least one of the first partitions is broken through by at least one transverse channel. The fuel can thus flow from a first distribution segment through the transverse channel into an adjacent first distribution segment.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Strömungsrichtungen des Brennstoffs rechtwinklig zu den zweiten Strömungsrichtungen des Oxidationsmittels orientiert. Eine Brennstoffzelle mit einer derartigen Bipolarplatte kann somit im Kreuzstrom betrieben werden.According to a preferred embodiment of the invention, the first flow directions of the fuel are oriented at right angles to the second flow directions of the oxidizing agent. A fuel cell with such a bipolar plate can thus be operated in cross flow.

Durch den Betrieb im Kreuzstrom kann der Brennstoff Feuchtigkeit von den feuchten Regionen der zweiten Verteilsegmente zu trockenen Regionen von benachbarten zweiten Verteilsegmenten transportieren. Die Feuchtigkeit der einzelnen Regionen wird damit aneinander angeglichen und somit wird die Feuchtigkeit in dem zweiten Verteilbereich noch homogener verteilt.By operating in cross flow, the fuel can transport moisture from the moist regions of the second distribution segments to dry regions from adjacent second distribution segments. The moisture of the individual regions is thus adjusted to one another and thus the moisture in the second distribution area is distributed even more homogeneously.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der ersten Verteilstruktur und der zweiten Verteilstruktur der Bipolarplatte eine dritte Verteilstruktur mit einem dritten Verteilbereich zur Durchleitung eines Kühlmittels vorgesehen. Der dritte Verteilbereich umfasst eine Mehrzahl von dritten Verteilsegmenten. Dabei ist jedes der dritten Verteilsegmente mit einem separaten dritten Zufuhrkanal zur Einleitung des Kühlmittels und mit einem separaten dritten Abfuhrkanal zur Ausleitung des Kühlmittels verbunden. Das Kühlmittel strömt innerhalb von jedem der dritten Verteilsegmente jeweils von dem dritten Zufuhrkanal zu dem dritten Abfuhrkanal in eine dritte Strömungsrichtung. Die von einem dritten Zufuhrkanal zu einem dritten Abfuhrkanal orientierten dritten Strömungsrichtungen von benachbart angeordneten dritten Verteilsegmenten sind dabei antiparallel orientiert.According to an advantageous development of the invention, a third distribution structure with a third distribution area for the passage of a coolant is provided between the first distribution structure and the second distribution structure of the bipolar plate. The third distribution area comprises a plurality of third distribution segments. Each of the third distribution segments is connected to a separate third supply channel for introducing the coolant and to a separate third discharge channel for discharging the coolant. The coolant flows within each of the third distribution segments from the third supply channel to the third discharge channel in a third flow direction. The third flow directions of adjacent third distribution segments oriented from a third feed channel to a third discharge channel are oriented antiparallel.

Im Betrieb der Bipolarplatte in der Brennstoffzelle existieren Regionen mit höherer Temperatur und mit geringerer Temperatur. Durch die besagte vorteilhafte Weiterbildung wird das Kühlmittel abwechselnd durch Regionen mit höherer Temperatur und mit geringerer Temperatur geleitet. Dadurch erfolgt eine homogenere Temperaturverteilung über die einzelnen Regionen.When operating the bipolar plate in the fuel cell, regions with a higher temperature and a lower temperature exist. As a result of said advantageous further development, the coolant is passed alternately through regions with a higher temperature and a lower temperature. This results in a more homogeneous temperature distribution across the individual regions.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete dritte Verteilsegmente durch dritte Trennwände voneinander getrennt. Dabei sind die dritten Trennwände für das Kühlmittel undurchlässig. Das Kühlmittel kann somit nicht von einem dritten Verteilsegment in ein benachbartes drittes Verteilsegment strömen.According to an advantageous embodiment of the invention, there are third ones arranged adjacent Distribution segments separated by third partitions. The third partitions are impermeable to the coolant. The coolant can therefore not flow from a third distribution segment into an adjacent third distribution segment.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind benachbart angeordnete dritte Verteilsegmente durch dritte Trennwände voneinander getrennt. Dabei ist mindestens eine der dritten Trennwände von mindestens einem Querkanal durchbrochen. Das Kühlmittel kann somit von einem dritten Verteilsegment durch den Querkanal in ein benachbartes drittes Verteilsegment strömen.According to another advantageous embodiment of the invention, adjacent third distribution segments are separated from one another by third partition walls. At least one of the third partitions is broken through by at least one transverse channel. The coolant can thus flow from a third distribution segment through the transverse channel into an adjacent third distribution segment.

Es wird auch eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, die mindestens eine Membran-Elektrodeneinheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst. Insbesondere ist die Brennstoffzelle derart aufgebaut, dass sich beidseitig an die Membran-Elektrodeneinheit jeweils eine Bipolarplatte anschließt. Die erste Elektrode wird auch als Anode bezeichnet und die zweite Elektrode wird auch als Kathode bezeichnet.A fuel cell is also proposed which comprises at least one membrane electrode unit with a first electrode and a second electrode, which are separated from one another by a membrane, and at least one bipolar plate according to the invention. In particular, the fuel cell is constructed in such a way that a bipolar plate is connected to the membrane electrode unit on both sides. The first electrode is also referred to as the anode and the second electrode is also referred to as the cathode.

Im Betrieb der Brennstoffzelle werden die feuchten Regionen durch die dünne Membran Wasser an die Anode abgeben, während die trockenen Regionen eher Wasser von der Anode bekommen. Insbesondere, wenn die Brennstoffzelle im Kreuzstrom betrieben wird, wird der Brennstoff Wasser von einer feuchten Region an der Kathode aufnehmen und zu einem benachbarten zweiten Verteilsegment transportieren, und dem dortigen trockenen Bereich an der Kathode wieder abgeben. Dadurch wird der Feuchtegehalt deutlich homogenisiert. Somit wird der Eintrittsbereich eines Kathodensegmentes über die Führung des Brennstoffs an der Anode aus dem Austrittsbereich eines anderen Kathodensegmentes befeuchtet.During operation of the fuel cell, the wet regions will release water to the anode through the thin membrane, while the dry regions will get water from the anode. In particular, if the fuel cell is operated in cross flow, the fuel will take up water from a moist region on the cathode and transport it to an adjacent second distribution segment, and release it there again at the cathode. This clearly homogenizes the moisture content. The inlet area of a cathode segment is thus moistened by guiding the fuel at the anode from the outlet area of another cathode segment.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Beim Betrieb einer Brennstoffzelle mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Bipolarplatte wird die Feuchte einer Membran einer zugehörigen Membran-Elektrodeneinheit vorteilhaft homogenisiert. Dadurch tritt eine Verbesserung der Protonleitfähigkeit der Membran ein, was zu einer besseren Effizienz und zu einer Reduzierung der Kosten eines Brennstoffzellenstapels führt. Durch die homogenere Membranfeuchte stellt sich eine homogenere Stromdichte in der Brennstoffzelle ein, wodurch auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöht wird. Ferner ergibt sich eine Verbesserung der inneren Befeuchtung der Brennstoffzelle sowie des Brennstoffzellenstapels, wodurch ein externer Befeuchter vereinfacht ausgestaltet werden kann oder ganz entfallen kann. Dadurch ergibt sich eine weitere Reduzierung der Systemkosten. Es kommt zu einem geringeren Wasseraustrag durch die Luft und zu einer Reduzierung des Systemdrucks und damit auch der Systemkosten. Ferner erfolgt eine Verbesserung der Gleichverteilung von Reaktionsmedien, also Brennstoff und Oxidationsmittel, und von Reaktionsprodukten, insbesondere Wasser. Auch erfolgte eine Homogenisierung der Temperaturverteilung. Dadurch werden Temperaturspitzen vorteilhaft reduziert und die Brennstoffzellen kann mit einer durchschnittlich höheren Temperatur betrieben werden, wodurch die Effizienz weiter gesteigert wird. Querkanäle in den Trennwänden verbessern zusätzlich die homogene Verteilung von Feuchtigkeit und Temperatur.When operating a fuel cell with a bipolar plate designed according to the invention, the moisture of a membrane of an associated membrane electrode unit is advantageously homogenized. This leads to an improvement in the proton conductivity of the membrane, which leads to better efficiency and a reduction in the costs of a fuel cell stack. The more homogeneous membrane moisture results in a more homogeneous current density in the fuel cell, which also increases the service life of the fuel cell. Furthermore, there is an improvement in the internal humidification of the fuel cell and the fuel cell stack, as a result of which an external humidifier can be designed in a simplified manner or can be omitted entirely. This results in a further reduction in system costs. There is less water discharge through the air and a reduction in the system pressure and thus also the system costs. Furthermore, there is an improvement in the uniform distribution of reaction media, that is to say fuel and oxidizing agent, and of reaction products, in particular water. The temperature distribution was also homogenized. This advantageously reduces temperature peaks and the fuel cells can be operated at an average higher temperature, which further increases efficiency. Cross channels in the partition walls also improve the homogeneous distribution of moisture and temperature.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren Brennstoffzellen,
2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Verteilstruktur,
3 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Verteilstruktur,
4 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Verteilstruktur und
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer modifizierten zweiten Verteilstruktur.

Show it:

1 1 shows a schematic illustration of a fuel cell stack with several fuel cells,
2nd 1 shows a schematic sectional illustration of a second distribution structure,
3rd 2 shows a schematic sectional illustration of a first distribution structure,
4th is a schematic sectional view of a third distribution structure and
5 is a schematic sectional view of a section of a modified second distribution structure.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 5 mit mehreren Brennstoffzellen 2. Jede Brennstoffzelle 2 weist eine Membran-Elektrodeneinheit 10 auf, die eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22 und eine Membran 18 umfasst. Die beiden Elektroden 21, 22 sind auf einander gegenüber liegenden Seiten der Membran 18 angeordnet und somit voneinander durch die Membran 18 getrennt. Die erste Elektrode 21 wird im Folgenden auch als Anode 21 bezeichnet und die zweite Elektrode 22 wird im Folgenden auch als Kathode 22 bezeichnet. Die Membran 18 ist als Polymerelektrolytmembran ausgebildet. Die Membran 18 ist für Wasserstoffionen, also H⁺-Ionen, durchlässig. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack 5 with multiple fuel cells 2nd . Any fuel cell 2nd has a membrane electrode assembly 10th on that a first electrode 21 , a second electrode 22 and a membrane 18th includes. The two electrodes 21 , 22 are on opposite sides of the membrane 18th arranged and thus from each other through the membrane 18th Cut. The first electrode 21 is also referred to below as an anode 21 referred to and the second electrode 22 is also referred to below as the cathode 22 designated. The membrane 18th is as Polymer electrolyte membrane formed. The membrane 18th is permeable to hydrogen ions, i.e. H ⁺ ions.

Jede Brennstoffzelle 2 weist ferner zwei Bipolarplatten 40 auf, die sich beidseitig an die Membran-Elektrodeneinheit 10 anschließen. Bei der hier gezeigten Anordnung mehrerer Brennstoffzellen 2 in dem Brennstoffzellenstapel 5 kann jede der Bipolarplatten 40 als zu zwei zueinander benachbart angeordneten Brennstoffzellen 2 gehörig betrachtet werden.Any fuel cell 2nd also has two bipolar plates 40 on both sides of the membrane electrode assembly 10th connect. In the arrangement of several fuel cells shown here 2nd in the fuel cell stack 5 can each of the bipolar plates 40 as two fuel cells arranged adjacent to each other 2nd be properly considered.

Die Bipolarplatten 40 und die Membran-Elektrodeneinheiten 10 sind jeweils abwechselnd in eine Vertikalrichtung z zu dem Brennstoffzellenstapel 5 gestapelt. Eine Längsrichtung x erstreckt sich rechtwinklig zu der Vertikalrichtung z. Eine Querrichtung y erstreckt sich rechtwinklig zu der Längsrichtung x und zu der Vertikalrichtung z.The bipolar plates 40 and the membrane electrode assemblies 10th are alternately in a vertical direction z to the fuel cell stack 5 stacked. A longitudinal direction x extends at right angles to the vertical direction z. A transverse direction y extends at right angles to the longitudinal direction x and to the vertical direction z.

Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils eine erste Verteilstruktur 50 zur Verteilung eines Brennstoffs, die der Anode 21 zugewandt ist. Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils auch eine zweite Verteilstruktur 60 zur Verteilung eines Oxidationsmittels, die der Kathode 22 zugewandt ist. Die zweite Verteilstruktur 60 dient gleichzeitig zur Ableitung von bei einer Reaktion in der Brennstoffzelle 2 entstandenem Wasser.The bipolar plates 40 each comprise a first distribution structure 50 to distribute a fuel that the anode 21 is facing. The bipolar plates 40 each also include a second distribution structure 60 to distribute an oxidant to the cathode 22 is facing. The second distribution structure 60 also serves to derive a reaction in the fuel cell 2nd created water.

Die Bipolarplatten 40 umfassen ferner eine dritte Verteilstruktur 70, welche zwischen der ersten Verteilstruktur 50 und der zweiten Verteilstruktur 60 angeordnet ist. Die dritte Verteilstruktur 70 dient zur Durchleitung eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte 40 und damit zur Kühlung der Brennstoffzellen 2 und des Brennstoffzellenstapels 5.The bipolar plates 40 also include a third distribution structure 70 which between the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60 is arranged. The third distribution structure 70 is used to pass a coolant through the bipolar plate 40 and thus for cooling the fuel cells 2nd and the fuel cell stack 5 .

Die erste Verteilstruktur 50 und die dritte Verteilstruktur 70 sind durch eine erste innere Trennschicht 85 voneinander getrennt. Die zweite Verteilstruktur 60 und die dritte Verteilstruktur 70 sind durch eine zweite innere Trennschicht 86 voneinander getrennt. Die innere Trennschicht 85, 86 der Bipolarplatten 40 sind fluiddicht ausgebildet.The first distribution structure 50 and the third distribution structure 70 are through a first inner separation layer 85 separated from each other. The second distribution structure 60 and the third distribution structure 70 are through a second inner separation layer 86 separated from each other. The inner separation layer 85 , 86 the bipolar plates 40 are designed to be fluid-tight.

Im Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird Brennstoff über die erste Verteilstruktur 50 zu der Anode 21 geleitet. Ebenso wird Oxidationsmittel über die zweite Verteilstruktur 60 zu der Kathode 22 geleitet. Der Brennstoff, vorliegend Wasserstoff, wird an der Anode 21 katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran 18 zu der Kathode 22. Die abgegebenen Elektronen fließen durch die Verteilstrukturen 50, 60, 70 zu der Kathode 22 der benachbarten Brennstoffzelle 2, beziehungsweise aus der Anode 21 der an einem Rand befindlichen Brennstoffzelle 2 über einen externen Stromkreis zu der Kathode 22 der an dem anderen Rand befindlichen Brennstoffzelle 2. Das Oxidationsmittel, vorliegend Luftsauerstoff, reagiert durch Aufnahme der so geleiteten Elektronen und der Protonen, die durch die Membran 18 zu der Kathode 22 gelangt sind, zu Wasser.In the operation of the fuel cell 2nd becomes fuel through the first distribution structure 50 to the anode 21 headed. Likewise, oxidizing agent via the second distribution structure 60 to the cathode 22 headed. The fuel, in the present case hydrogen, is on the anode 21 catalytically oxidized to protons with the release of electrons. The protons pass through the membrane 18th to the cathode 22 . The released electrons flow through the distribution structures 50 , 60 , 70 to the cathode 22 the neighboring fuel cell 2nd , or from the anode 21 the fuel cell located on one edge 2nd via an external circuit to the cathode 22 the fuel cell on the other edge 2nd . The oxidizing agent, in the present case atmospheric oxygen, reacts by taking up the electrons thus conducted and the protons that pass through the membrane 18th to the cathode 22 have reached water.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Verteilstruktur 60 einer Bipolarplatte 40 des Brennstoffzellenstapels 5. Die zweite Verteilstruktur 60 umfasst einen zweiten Verteilbereich 160 zur Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode 22. Der zweite Verteilbereich 160 ist annähernd rechteckig ausgebildet und erstreckt sich rechtwinklig zu der Vertikalrichtung z in die Längsrichtung x und in die Querrichtung y. 2nd shows a schematic sectional view of a second distribution structure 60 a bipolar plate 40 of the fuel cell stack 5 . The second distribution structure 60 includes a second distribution area 160 to distribute the oxidizing agent to the cathode 22 . The second distribution area 160 is approximately rectangular and extends at right angles to the vertical direction z in the longitudinal direction x and in the transverse direction y.

Der zweite Verteilbereich 160 ist in der Längsrichtung x von einer ersten Grundseite 45 und einer zweiten Grundseite 46 begrenzt. Die Grundseiten 45, 46 verlaufen in die Querrichtung y. Der zweite Verteilbereich 160 ist in der Querrichtung y von einer ersten Stirnseite 47 und einer zweiten Stirnseite 48 begrenzt. Die Stirnseiten 47, 48 verlaufen in die Längsrichtung x.The second distribution area 160 is in the longitudinal direction x from a first base side 45 and a second base page 46 limited. The basic pages 45 , 46 run in the transverse direction y. The second distribution area 160 is in the transverse direction y from a first end face 47 and a second face 48 limited. The end faces 47 , 48 run in the longitudinal direction x.

Der Verteilbereich 160 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Verteilsegmenten 165, welche ebenfalls annähernd rechteckig ausgebildet sind. Benachbart angeordnete zweite Verteilsegmente 165 sind durch jeweils eine zweite Trennwand 167 voneinander getrennt. Die zweiten Trennwände 167 verlaufen vorliegend in die Längsrichtung x. Die zweiten Verteilsegmente 165 sind somit in Querrichtung y nebeneinander angeordnet.The distribution area 160 comprises a plurality of second distribution segments 165 , which are also approximately rectangular. Adjacent second distribution segments 165 are each by a second partition 167 separated from each other. The second partitions 167 in the present case run in the longitudinal direction x. The second distribution segments 165 are thus arranged side by side in the transverse direction y.

Die zweiten Trennwände167 sind vorliegend fluiddicht ausgebildet und somit insbesondere für das Oxidationsmittel undurchlässig. Das Oxidationsmittel kann somit nicht von einem zweiten Verteilsegment 165 in ein benachbartes zweites Verteilsegment 165 strömen.In the present case, the second partition walls 167 are designed to be fluid-tight and thus impermeable, in particular, to the oxidizing agent. The oxidizing agent cannot therefore come from a second distribution segment 165 into an adjacent second distribution segment 165 stream.

Der zweiten Verteilstruktur 60 sind eine Mehrzahl von zweiten Zufuhrkanälen 161 zur Zuführung des Oxidationsmittels und eine Mehrzahl von zweiten Abfuhrkanälen 162 zur Abführung von nicht benötigtem Oxidationsmittel zugeordnet. Die zweiten Zufuhrkanäle 161 und die zweiten Abfuhrkanäle 162 sind dabei entlang der Grundseiten 45, 46 angeordnet. In Querrichtung y wechseln sich dabei jeweils ein zweiter Zufuhrkanal 161 und ein zweiter Abfuhrkanal 162 ab.The second distribution structure 60 are a plurality of second feed channels 161 for supplying the oxidizing agent and a plurality of second discharge channels 162 assigned to remove unnecessary oxidizing agent. The second feed channels 161 and the second discharge channels 162 are along the basic pages 45 , 46 arranged. A second feed channel changes in the transverse direction y 161 and a second discharge channel 162 from.

Jedes der zweiten Verteilsegmente 165 ist mit einem separaten zweiten Zufuhrkanal 161 und mit einem separaten zweiten Abfuhrkanal 162 verbunden. Each of the second distribution segments 165 is with a separate second feed channel 161 and with a separate second discharge channel 162 connected.

Das Oxidationsmittel strömt innerhalb von jedem der zweiten Verteilsegmente 165 jeweils von dem zweiten Zufuhrkanal 161 zu dem zweiten Abfuhrkanal 162 in eine zweite Strömungsrichtung 61. Die zweiten Strömungsrichtungen 61 von benachbart angeordneten zweiten Verteilsegmenten 165 sind somit antiparallel orientiert und verlaufen in die Längsrichtung x.The oxidant flows within each of the second distribution segments 165 each from the second feed channel 161 to the second Discharge channel 162 in a second flow direction 61 . The second flow directions 61 of adjacent second distribution segments 165 are thus oriented antiparallel and run in the longitudinal direction x.

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Verteilstruktur 50 einer Bipolarplatte 40 des Brennstoffzellenstapels 5. Die erste Verteilstruktur 50 umfasst einen ersten Verteilbereich 150 zur Verteilung des Brennstoffs an die Anode 21. Der erste Verteilbereich 150 ist annähernd rechteckig ausgebildet und erstreckt sich rechtwinklig zu der Vertikalrichtung z in die Längsrichtung x und in die Querrichtung y. 3rd shows a schematic sectional view of a first distribution structure 50 a bipolar plate 40 of the fuel cell stack 5 . The first distribution structure 50 includes a first distribution area 150 to distribute the fuel to the anode 21 . The first distribution area 150 is approximately rectangular and extends at right angles to the vertical direction z in the longitudinal direction x and in the transverse direction y.

Der erste Verteilbereich 150 ist in der Längsrichtung x von einer ersten Grundseite 45 und einer zweiten Grundseite 46 begrenzt. Die Grundseiten 45, 46 verlaufen in die Querrichtung y. Der erste Verteilbereich 150 ist in der Querrichtung y von einer ersten Stirnseite 47 und einer zweiten Stirnseite 48 begrenzt. Die Stirnseiten 47, 48 verlaufen in die Längsrichtung x.The first distribution area 150 is in the longitudinal direction x from a first base side 45 and a second base page 46 limited. The basic pages 45 , 46 run in the transverse direction y. The first distribution area 150 is in the transverse direction y from a first end face 47 and a second face 48 limited. The end faces 47 , 48 run in the longitudinal direction x.

Der erste Verteilbereich 150 umfasst eine Mehrzahl von ersten Verteilsegmenten 155, welche ebenfalls annähernd rechteckig ausgebildet sind. Benachbart angeordnete erste Verteilsegmente 155 sind durch jeweils eine erste Trennwand 157 voneinander getrennt. Die ersten Trennwände 157 verlaufen vorliegend in die Querrichtung y. Die ersten Verteilsegmente 155 sind somit in Längsrichtung x nebeneinander angeordnet.The first distribution area 150 comprises a plurality of first distribution segments 155 , which are also approximately rectangular. Adjacent first distribution segments 155 are each by a first partition 157 separated from each other. The first partitions 157 in the present case run in the transverse direction y. The first distribution segments 155 are thus arranged side by side in the longitudinal direction x.

Die ersten Trennwände 157 sind vorliegend fluiddicht ausgebildet und somit insbesondere für den Brennstoff undurchlässig. Der Brennstoff kann somit nicht von einem ersten Verteilsegment 155 in ein benachbartes erstes Verteilsegment 155 strömen.The first partitions 157 are fluid-tight in the present case and are therefore impermeable, in particular, to the fuel. The fuel cannot therefore come from a first distribution segment 155 into an adjacent first distribution segment 155 stream.

Der ersten Verteilstruktur 50 sind eine Mehrzahl von ersten Zufuhrkanälen 151 zur Zuführung des Brennstoffs und eine Mehrzahl von ersten Abfuhrkanälen 152 zur Abführung von nicht benötigtem Brennstoff zugeordnet. Die ersten Zufuhrkanäle 151 und die ersten Abfuhrkanäle 152 sind dabei entlang der Stirnseiten 47, 48 angeordnet. In Längsrichtung x wechseln sich dabei jeweils ein erster Zufuhrkanal 151 und ein erster Abfuhrkanal 152 ab.The first distribution structure 50 are a plurality of first feed channels 151 for supplying the fuel and a plurality of first discharge channels 152 assigned to the removal of unnecessary fuel. The first supply channels 151 and the first discharge channels 152 are along the end faces 47 , 48 arranged. A first feed channel changes in the longitudinal direction x 151 and a first discharge channel 152 from.

Jedes der ersten Verteilsegmente 155 ist mit einem separaten ersten Zufuhrkanal 151 und mit einem separaten ersten Abfuhrkanal 152 verbunden. Der Brennstoff strömt innerhalb von jedem der ersten Verteilsegmente 155 jeweils von dem ersten Zufuhrkanal 151 zu dem ersten Abfuhrkanal 152 in eine erste Strömungsrichtung 51. Die ersten Strömungsrichtungen 51 von benachbart angeordneten ersten Verteilsegmenten 155 sind somit antiparallel orientiert und verlaufen in die Querrichtung y.Each of the first distribution segments 155 is with a separate first feed channel 151 and with a separate first discharge channel 152 connected. The fuel flows within each of the first distribution segments 155 each from the first feed channel 151 to the first discharge channel 152 in a first flow direction 51 . The first directions of flow 51 of adjacent first distribution segments 155 are thus oriented antiparallel and run in the transverse direction y.

4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Verteilstruktur 70 einer Bipolarplatte 40 des Brennstoffzellenstapels 5. Die dritte Verteilstruktur 70 umfasst einen dritten Verteilbereich 170 zur Durchleitung des Kühlmittels. Der dritte Verteilbereich 170 ist annähernd rechteckig ausgebildet und erstreckt sich rechtwinklig zu der Vertikalrichtung z in die Längsrichtung x und in die Querrichtung y. 4th shows a schematic sectional view of a third distribution structure 70 a bipolar plate 40 of the fuel cell stack 5 . The third distribution structure 70 includes a third distribution area 170 for the passage of the coolant. The third distribution area 170 is approximately rectangular and extends at right angles to the vertical direction z in the longitudinal direction x and in the transverse direction y.

Der dritte Verteilbereich 170 ist in der Längsrichtung x von einer ersten Grundseite 45 und einer zweiten Grundseite 46 begrenzt. Die Grundseiten 45, 46 verlaufen in die Querrichtung y. Der dritte Verteilbereich 170 ist in der Querrichtung y von einer ersten Stirnseite 47 und einer zweiten Stirnseite 48 begrenzt. Die Stirnseiten 47, 48 verlaufen in die Längsrichtung x.The third distribution area 170 is in the longitudinal direction x from a first base side 45 and a second base page 46 limited. The basic pages 45 , 46 run in the transverse direction y. The third distribution area 170 is in the transverse direction y from a first end face 47 and a second face 48 limited. The end faces 47 , 48 run in the longitudinal direction x.

Der dritte Verteilbereich 170 umfasst eine Mehrzahl von dritten Verteilsegmenten 175, welche ebenfalls annähernd rechteckig ausgebildet sind. Benachbart angeordnete dritte Verteilsegmente 175 sind durch jeweils eine dritte Trennwand 177 voneinander getrennt. Die dritten Trennwände177 verlaufen vorliegend in die Querrichtung y. Die dritten Verteilsegmente 175 sind somit in Längsrichtung x nebeneinander angeordnet.The third distribution area 170 comprises a plurality of third distribution segments 175 , which are also approximately rectangular. Adjacent third distribution segments 175 are each by a third partition 177 separated from each other. In the present case, the third partition walls 177 run in the transverse direction y. The third distribution segments 175 are thus arranged side by side in the longitudinal direction x.

Die dritten Trennwände 177 sind vorliegend fluiddicht ausgebildet und somit insbesondere für das Kühlmittel undurchlässig. Das Kühlmittel kann somit nicht von einem dritten Verteilsegment 175 in ein benachbartes drittes Verteilsegment 175 strömen.The third partitions 177 are fluid-tight in the present case and thus impermeable, in particular, to the coolant. The coolant can therefore not come from a third distribution segment 175 into an adjacent third distribution segment 175 stream.

Der dritten Verteilstruktur 70 sind eine Mehrzahl von dritten Zufuhrkanälen 171 zur Einleitung des Kühlmittels und eine Mehrzahl von dritten Abfuhrkanälen 172 zur Ausleitung des Kühlmittels zugeordnet. Die dritten Zufuhrkanäle 171 und die dritten Abfuhrkanäle 172 sind dabei entlang der Stirnseiten 47, 48 angeordnet. In Längsrichtung x wechseln sich dabei jeweils ein dritter Zufuhrkanal 171 und ein dritter Abfuhrkanal 172 ab.The third distribution structure 70 are a plurality of third feed channels 171 for introducing the coolant and a plurality of third discharge channels 172 assigned to discharge the coolant. The third feed channels 171 and the third discharge channels 172 are along the end faces 47 , 48 arranged. A third feed channel alternates in the longitudinal direction x 171 and a third discharge channel 172 from.

Jedes der dritten Verteilsegmente 175 ist mit einem separaten dritten Zufuhrkanal 171 und mit einem separaten dritten Abfuhrkanal 172 verbunden. Das Kühlmittel strömt innerhalb von jedem der dritten Verteilsegmente 175 jeweils von dem dritten Zufuhrkanal 171 zu dem dritten Abfuhrkanal 172 in eine dritte Strömungsrichtung 71. Die dritten Strömungsrichtungen 71 von benachbart angeordneten dritten Verteilsegmenten 175 sind somit antiparallel orientiert und verlaufen in die Querrichtung y.Each of the third distribution segments 175 is with a separate third feed channel 171 and with a separate third discharge channel 172 connected. The coolant flows within each of the third distribution segments 175 each from the third feed channel 171 to the third discharge channel 172 in a third flow direction 71 . The third directions of flow 71 of adjacent third distribution segments 175 are thus oriented antiparallel and run in the transverse direction y.

5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer modifizierten zweiten Verteilstruktur 60. Die modifizierte zweite Verteilstruktur 60 entspricht weitgehend der in 2 dargestellten zweiten Verteilstruktur 60. Im Folgenden wird auf die Unterschiede eingegangen. 5 shows a schematic sectional view of a section of a modified second distribution structure 60 . The modified second distribution structure 60 largely corresponds to that in 2nd shown second distribution structure 60 . The differences are discussed below.

Die zweiten Trennwände 167 zwischen den zweiten Verteilsegmenten 165 sind von Querkanälen 83 durchbrochen. Das Oxidationsmittel kann somit von einem zweiten Verteilsegment 165 durch die Querkanäle 83 in ein benachbartes zweites Verteilsegment 165 strömen. Es bilden sich Querströmungen 91 zwischen benachbarten zweiten Verteilsegmenten 165 aus. Ferner bilden sich turbulente Strömungen 93 innerhalb der zweiten Verteilsegmente 165 aus.The second partitions 167 between the second distribution segments 165 are from cross channels 83 breached. The oxidizing agent can thus from a second distribution segment 165 through the cross channels 83 into an adjacent second distribution segment 165 stream. Cross currents are formed 91 between adjacent second distribution segments 165 out. Turbulent flows are also formed 93 within the second distribution segments 165 out.

Nicht dargestellt ist eine modifizierte erste Verteilstruktur 50, deren erste Trennwände 157 zwischen den ersten Verteilsegmenten 155 ebenfalls von Querkanälen 83 durchbrochen sind. Der Brennstoff kann somit von einem ersten Verteilsegment 155 durch die Querkanäle 83 in ein benachbartes erstes Verteilsegment 155 strömen. Es bilden sich Querströmungen 91 zwischen benachbarten ersten Verteilsegmenten 155 aus. Ferner bilden sich turbulente Strömungen 93 innerhalb der ersten Verteilsegmente 155 aus.A modified first distribution structure is not shown 50 whose first partitions 157 between the first distribution segments 155 also from cross channels 83 are broken. The fuel can thus come from a first distribution segment 155 through the cross channels 83 into an adjacent first distribution segment 155 stream. Cross currents are formed 91 between adjacent first distribution segments 155 out. Turbulent flows are also formed 93 within the first distribution segments 155 out.

Auch nicht dargestellt ist eine modifizierte dritte Verteilstruktur 70, deren dritte Trennwände 177 zwischen den dritten Verteilsegmenten 175 ebenfalls von Querkanälen 83 durchbrochen sind. Das Kühlmittel kann somit von einem dritten Verteilsegment 175 durch die Querkanäle 83 in ein benachbartes drittes Verteilsegment 175 strömen. Es bilden sich Querströmungen 91 zwischen benachbarten dritten Verteilsegmenten 175 aus. Ferner bilden sich turbulente Strömungen 93 innerhalb der dritten Verteilsegmente 175 aus.A modified third distribution structure is also not shown 70 whose third partitions 177 between the third distribution segments 175 also from cross channels 83 are broken. The coolant can thus come from a third distribution segment 175 through the cross channels 83 into an adjacent third distribution segment 175 stream. Cross currents are formed 91 between adjacent third distribution segments 175 out. Turbulent flows are also formed 93 within the third distribution segments 175 out.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which are within the scope of professional action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013223776 A1 [0009]

Claims

Bipolar plate (40) for a fuel cell (2), comprising a first distribution structure (50) with a first distribution area (150) for distributing a fuel to a first electrode (21) and a second distribution structure (60) with a second distribution area (160) for distributing an oxidizing agent to a second electrode (22), characterized in that the second distribution region (160) comprises a plurality of second distribution segments (165), each of the second distribution segments (165) having a separate second supply channel (161) for supply of the oxidizing agent and is connected to a separate second discharge channel (162) for removing unnecessary oxidizing agent, second flow directions (61) oriented from a second supply channel (161) to a second discharge channel (162) of adjacent second distribution segments (165) being antiparallel are oriented.

Bipolar plate (40) after Claim 1 , characterized in that adjacent second distribution segments (165) are separated from one another by second partition walls (167) which are impermeable to the oxidizing agent.

Bipolar plate (40) after Claim 1 , characterized in that adjacent second distribution segments (165) are separated from one another by second partition walls (167), at least one of the second partition walls (167) being broken through by at least one transverse channel (83).

Bipolar plate (40) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first distribution area (150) comprises a plurality of first distribution segments (155), each of the first distribution segments (155) having a separate first supply channel (151) for supplying the fuel and is connected to a separate first discharge duct (152) for discharging fuel that is not required, first flow directions (51) oriented from a first feed duct (151) to a first discharge duct (152) being oriented antiparallel to adjacent first distribution segments (155) .

Bipolar plate (40) after Claim 4 , characterized in that adjacently arranged first distribution segments (155) are separated from one another by first partition walls (157) which are impermeable to the fuel.

Bipolar plate (40) after Claim 4 , characterized in that adjacently arranged first distribution segments (155) are separated from one another by first partition walls (157), at least one of the first partition walls (157) being broken through by at least one transverse channel (83).

Bipolar plate (40) according to one of the Claims 4 to 6 , characterized in that the first flow directions (51) are oriented at right angles to the second flow directions (61).

Bipolar plate (40) according to one of the preceding claims, characterized in that between the first distribution structure (50) and the second distribution structure (60) a third distribution structure (70) is provided with a third distribution area (170) for the passage of a coolant, the third distribution area (170) comprises a plurality of third distribution segments (175), each of the third distribution segments (175) being connected to a separate third supply duct (171) for introducing the coolant and to a separate third discharge duct (172) for discharging the coolant wherein from a third feed channel (171) to a third discharge channel (172) oriented third flow directions (71) of adjacent third distribution segments (175) are oriented antiparallel.

Bipolar plate (40) after Claim 8 , characterized in that adjacent third distribution segments (175) are separated from each other by third partition walls (177) which are impermeable to the coolant.

Bipolar plate (40) after Claim 8 , characterized in that adjacent third distribution segments (175) are separated from one another by third partition walls (177), at least one of the third partition walls (177) being broken through by at least one transverse channel (83).

Fuel cell (2) comprising at least one membrane electrode unit (10) with a first electrode (21) and a second electrode (22), which are separated from one another by a membrane (18), and at least one bipolar plate (40) according to any one of the preceding claims.