DE102020104900A1 - Polar plate, fuel cell stack and motor vehicle with a fuel cell device - Google Patents

Polar plate, fuel cell stack and motor vehicle with a fuel cell device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Polarplatte mit mindestens einem eine Mehrzahl von Strömungskanälen (11) aufweisenden Strömungsfeld (12), dessen Strömungskanäle (11) durch eine Verteilerstruktur (16) mit einem Medienport (15) verbunden durch Stege (13) voneinander getrennt sind, und mit einer das Strömungsfeld (12) randseitig nach außen abdichtenden Dichtung (14)wobei die Dichtung (14) und die Verteilerstruktur (15) aus einem Elastomer als Dichtungsmaterial gebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brennstoffzellenstapel (2) sowie ein Kraftfahrzeug mit einer einen Brennstoffzellenstapel (2) aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung.The invention relates to a polar plate with at least one flow field (12) having a plurality of flow channels (11), the flow channels (11) of which are separated from one another by webs (13) connected to a distribution structure (16) with a media port (15), and with a seal (14) sealing the flow field (12) at the edge to the outside, the seal (14) and the distributor structure (15) being formed from an elastomer as the sealing material. The invention also relates to a fuel cell stack (2) and a motor vehicle with a fuel cell device having a fuel cell stack (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Polarplatte mit mindestens einem eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweisenden Ström ungsfeld, dessen Ström ungskanäle durch eine Verteilerstruktur mit einem Medienport verbunden sind, und mit einer das Strömungsfeld randseitig nach außen abdichtenden Dichtung, wobei die Dichtung und die Verteilerstruktur aus einem Elastomer als Dichtungsmaterial gebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brennstoffzellenstapel sowie ein Kraftfahrzeug mit einer einen Brennstoffzellenstapel aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung.The invention relates to a polar plate with at least one flow field having a plurality of flow channels, the flow channels of which are connected to a media port by a distributor structure, and with a seal that seals the flow field to the outside at the edge, the seal and the distributor structure being made of an elastomer as the sealing material are formed. The invention further relates to a fuel cell stack and a motor vehicle with a fuel cell device having a fuel cell stack.

Eine Brennstoffzelle umfasst eine Membran-Elektrodenanordnung gebildet aus einer protonenleitenden Membran, auf deren einer Seite die Anode und auf deren anderer Seite die Kathode ausgebildet ist. Den Elektroden werden mittels der Polarplatten Reaktantengase zugeführt, nämlich anodenseitig insbesondere Wasserstoff und kathodenseitig Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft. Bei der Versorgung der Brennstoffzelle mit den Reaktanten werden diese über einen Kanal in die Polarplatte geleitet, die unter Nutzung einer Mehrzahl von Kanälen eine Verteilung der Reaktanten bewirken soll, um die gesamte Fläche der Elektroden möglichst gleichmäßig zu versorgen. Nicht verbrauchte Reaktanten werden über einen Gasauslasskanal wieder abgeleitet. Bei der elektrochemischen Reaktion entsteht aus den Edukten auch Produktwasser, insbesondere auf der Kathodenseite, wobei aber durch Diffusion bzw. Osmose Produktwasser auch auf die Anodenseite gelangt. Ein Flüssigwasseraustrag ist daher auch erforderlich, damit die Brennstoffzelle verlässlich und dauerhaft betrieben werden kann. Auch werden die Polarplatte gleichfalls für die Durchleitung eines Kühlmittels genutzt. Es ist also erforderlich, die verschiedenen Gas- und Kühlmittelkanäle verlässlich zu trennen und gegenaneinander abzudichten. Sofern in einem Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellen in einer Reihenanordnung zusammengefasst sind, sind die nicht endständigen Polarplatten in der Regel als Bipolarplatten gestaltet, die auch zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden genutzt werden zur Weiterleitung des Stroms zur benachbarten Zelle. Die Polarplatten stellen damit ein wichtiges Element einer Brennstoffzelle beziehungsweise eines Brennstoffzellenstapels dar zur Gewährleistung einer Vielzahl von Funktionen.A fuel cell comprises a membrane-electrode arrangement formed from a proton-conducting membrane, on one side of which the anode and on the other side of which the cathode is formed. Reactant gases are fed to the electrodes by means of the polar plates, namely hydrogen in particular on the anode side and oxygen or an oxygen-containing gas, in particular air, on the cathode side. When the fuel cell is supplied with the reactants, these are fed through a channel into the polar plate, which is intended to distribute the reactants using a plurality of channels in order to supply the entire surface of the electrodes as evenly as possible. Unused reactants are discharged via a gas outlet channel. In the electrochemical reaction, product water is also formed from the educts, in particular on the cathode side, but product water also reaches the anode side through diffusion or osmosis. A discharge of liquid water is therefore also necessary so that the fuel cell can be operated reliably and continuously. The polar plates are also used for the passage of a coolant. It is therefore necessary to reliably separate the various gas and coolant channels and to seal them against one another. If several fuel cells are combined in a row arrangement in a fuel cell stack, the non-terminal polar plates are usually designed as bipolar plates, which are also used to make electrical contact with the electrodes for forwarding the current to the neighboring cell. The polar plates thus represent an important element of a fuel cell or a fuel cell stack for ensuring a large number of functions.

Die EP 1 653 538 A1 beschreibt ein aus zwei Polplatten gebildetes Kühlplattenmodul, bei dem in den beiden Polplatten komplementäre Dichtungsnuten ausgebildet sind, die eine Dichtungsraupe umschließen, die einen Teil des die beiden Polplatten zusammenhaltenden Dichtelemente bildet. Weitere Dichtraupen sind an dem Dichtelement für Nuten ausgebildet, die den Reaktionsmedienverteilstrukturen zugeordnet sind. In der DE 10 2015 225 717 A1 wird die Verwendung mindestens eines Vlieses als Medienverteilstruktur für eine Brennstoffzelle zwischen der Membran und einer Medienverteileinheit für einen Reaktanten vorgeschlagen.the EP 1 653 538 A1 describes a cooling plate module formed from two pole plates, in which complementary sealing grooves are formed in the two pole plates which enclose a sealing bead which forms part of the sealing element that holds the two pole plates together. Further sealing beads are formed on the sealing element for grooves which are assigned to the reaction media distribution structures. In the DE 10 2015 225 717 A1 the use of at least one fleece as a media distribution structure for a fuel cell between the membrane and a media distribution unit for a reactant is proposed.

In der den Oberbegriff des Anspruches 1 abdeckenden DE 102 48 531 A1 ist offenbart, wie in Metallplatten für eine Bipolarplatte durch Verformungen Sicken ausgebildet werden, in deren mindestens einer Flanke Durchbrüche für die Durchleitung fluider Medien angeordnet sind. Aus dieser Druckschrift ist die komplexe Formgebung der Polplatten ersichtlich, bei der aus der ursprünglichen Ebene der Bipolarplatten durch Umformung Sicken mit Durchbrüchen ausgebildet werden zur gezielten Strömungsführung.In the the preamble of claim 1 covering DE 102 48 531 A1 it is disclosed how beads are formed by deformations in metal plates for a bipolar plate, in whose at least one flank openings for the passage of fluid media are arranged. The complex shape of the pole plates can be seen from this publication, in which corrugations with openings are formed from the original plane of the bipolar plates by reshaping for targeted flow guidance.

Die Verteilung der Medien in die Ebene der Bipolarplatte durch in die Bipolarplatte mittels Umform prozesse eingeprägten Kanälen, sogenannten Untertunnelungen, erfordert einen hohen Aufwand zur Erzielung einer ausreichenden Dichtwirkung, zumal bei metallischen Bipolarplatten an schwer zugänglichen Bereichen Schweißnähte platziert werden müssen.The distribution of the media in the plane of the bipolar plate through channels, so-called sub-tunnels, stamped into the bipolar plate by means of forming processes, requires a great deal of effort to achieve a sufficient sealing effect, especially since weld seams have to be placed in areas that are difficult to access with metallic bipolar plates.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Polarplatte bereit zu stellen, die bei Gewährleistung einer guten Dichtwirkung einfach herzustellen ist. Aufgabe ist weiterhin, einen verbesserten Brennstoffzellenstapel und ein verbessertes Kraftfahrzeug bereit zu stellen.The object of the present invention is to provide an improved polar plate which is easy to manufacture while ensuring a good sealing effect. A further object is to provide an improved fuel cell stack and an improved motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch eine Polarplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a polar plate with the features of claim 1, by a fuel cell stack with the features of claim 9 and by a motor vehicle with the features of claim 10. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die eingangs genannte Polarplatte zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kombination der Dichtwirkung und der Medienverteilung mittels des Elastomers gegeben ist, das in einfacher und kostensparender Weise mittels eines Spritzgußverfahrens oder ähnlicher formgebender Verfahren auf die Oberfläche der Polarplatte appliziert werden kann. Das Elastomer wird also nicht nur dazu genutzt, dass Strömungsfeld nach außen hin abzudichten, sondern auch die Strömungskanäle aus dem Medienport zu speisen, also das Elastomer auch die Verteilerstruktur bildet.The polar plate mentioned at the beginning is characterized in that the sealing effect and the media distribution are combined by means of the elastomer, which can be applied to the surface of the polar plate in a simple and cost-saving manner by means of an injection molding process or similar shaping processes. The elastomer is therefore not only used to seal off the flow field from the outside, but also to feed the flow channels from the media port, i.e. the elastomer also forms the distribution structure.

Die Fertigung ist dabei vereinfacht, wenn für die Dichtung und die Verteilerstruktur das identische Elastomer verwendet wird, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Silikon, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Polyisobutylen umfasst. Die Verwendung weiterer Elastomere mit geeigneten Eigenschaften ist gleichfalls denkbar.Production is simplified if the identical elastomer is used for the seal and the distributor structure, which is selected from a group comprising silicone, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), and polyisobutylene. the The use of other elastomers with suitable properties is also conceivable.

Die Polarplatte selber ist aus einem Metall gebildet, das durch einen hochlegierten Stahl gebildet ist. Beispielhaft kann dazu die Stahl mit der Werkstoffgüte 1.4404 genannt werden.The polar plate itself is made of a metal that is formed by a high-alloy steel. Steel with the material quality 1.4404 can be named as an example.

Die Applizierung des Elastomers mit der Ausbildung der Verteilerstruktur bietet den Vorteil, dass Verformungen der Polarplatte zur Ausbildung von Kanälen und Sicken entbehrlich ist, so dass vorzugsweise die Polarplatte plan gestaltet ist und entsprechende Fertigungsschritte eingespart werden können.The application of the elastomer with the formation of the distribution structure offers the advantage that deformations of the polar plate for the formation of channels and beads are unnecessary, so that the polar plate is preferably designed flat and corresponding manufacturing steps can be saved.

Die mit der einseitigen Anwendung des Elastomers als Dichtung und Verteilerstruktur verbundenen Vorteile zeigen sich auch, wenn das Elastomer auf beiden Seiten der Polarplatte genutzt wird, also die Polarplatte als Bipolarplatte mit auf beiden Plattenseiten angeordneten Strömungsfeldern, Verteilerstrukturen und Dichtungen gestaltet ist.The advantages associated with the one-sided use of the elastomer as a seal and distribution structure are also evident when the elastomer is used on both sides of the polar plate, i.e. the polar plate is designed as a bipolar plate with flow fields, distribution structures and seals on both sides of the plate.

Ein aus Brennstoffzellen aufgebauter Brennstoffzellenstapel, bei denen die Polarplatten, insbesondere die Bipolarplatte in der vorstehend geschilderten Weise gefertigt und aufgebaut sind, ist billiger in der Fertigung und gleichbleibend verlässlich. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die zwischen den Brennstoffzellen angeordneten Bipolarplatten mit ihrem Elastomer mittelbar oder unmittelbar als Abstützung der Membran-Elektroden-Anordnungen genutzt sind, insbesondere das Elastomer die Rahmen der Membran-Elektroden-Anordnung abstützt.A fuel cell stack made up of fuel cells, in which the polar plates, in particular the bipolar plate, are manufactured and constructed in the manner described above, is cheaper to manufacture and consistently reliable. There is also the possibility that the bipolar plates arranged between the fuel cells with their elastomer are used indirectly or directly as a support for the membrane-electrode arrangements, in particular the elastomer supports the frame of the membrane-electrode arrangement.

Die vorstehend genannten Wirkungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für ein Kraftfahrzeug mit einer einen derartigen Brennstoffzellenstapel aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung, die Kostenvorteile bei der Fertigung der Polarplatten mit dem Auftrag des Elastomers mittels eines Spritzgusses oder ähnlicher Form gebender Verfahren und die verbesserte Dichtwirkung über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels zu einem kostengünstigeren und effizienteren Kraftfahrzeug führen.The above-mentioned effects and advantages apply mutatis mutandis to a motor vehicle with a fuel cell device having such a fuel cell stack, the cost advantages in the manufacture of the polar plates with the application of the elastomer by means of injection molding or similar molding processes and the improved sealing effect over the life of the fuel cell stack lead to a cheaper and more efficient motor vehicle.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the Invention to leave. Thus, embodiments are also to be regarded as encompassed and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, but which emerge and can be generated from the explained embodiments by means of separate combinations of features.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung, und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Oberfläche einer Polarplatte mit den aus einem Elastomer gebildeten Verteilerstrukturen und Dichtungen.
Further advantages, features and details of the invention emerge from the claims, the following description of preferred embodiments and on the basis of the drawings. Show:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell device, and
  • 2 a schematic representation of a plan view of the surface of a polar plate with the distribution structures and seals formed from an elastomer.

In der 1 ist schematisch eine Brennstoffzellenvorrichtung 1 gezeigt, die eine Brennstoffzelle beziehungsweise eine Mehrzahl zu einem Brennstoffzellenstapel 2 zusammengefasster Brennstoffzellen aufweist.In the 1 Fig. 3 is a schematic diagram of a fuel cell device 1 shown, the one fuel cell or a plurality of a fuel cell stack 2 having combined fuel cells.

Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine sulfonierte Hydrocarbon-Membran gebildet sein.Each of the fuel cells comprises an anode and a cathode as well as a proton-conductive membrane separating the anode from the cathode. The membrane is formed from an ionomer, preferably a sulfonated tetrafluoroethylene polymer (PTFE) or a polymer of perfluorinated sulfonic acid (PFSA). Alternatively, the membrane can be formed as a sulfonated hydrocarbon membrane.

Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen.A catalyst can also be added to the anodes and / or the cathodes, the membranes preferably being coated on their first side and / or on their second side with a catalyst layer made from a noble metal or from mixtures comprising noble metals such as platinum, palladium, ruthenium or the like that serve as a reaction accelerator in the reaction of the respective fuel cell.

Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 wird den Anoden Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (zum Beispiel H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet. Über gleichfalls von der Bipolarplatte bereitgestellten Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 kann den Kathoden Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).Via anode compartments within the fuel cell stack 2 fuel (e.g. hydrogen) is supplied to the anodes. In a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM fuel cell), fuel or fuel molecules are split into protons and electrons at the anode. The membrane lets the protons (for example H + ) through, but is impermeable to the electrons (e - ). The following reaction takes place at the anode: 2H 2 → 4H + + 4e - (oxidation / electron donation). While the protons pass through the membrane to the cathode, the electrons are conducted to the cathode or to an energy store via an external circuit. Via cathode spaces within the fuel cell stack likewise provided by the bipolar plate 2 For example, cathode gas (for example oxygen or air containing oxygen) can be fed to the cathodes so that the following reaction takes place on the cathode side: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O (reduction / electron uptake).

Dem Brennstoffzellestapel 2 wird über eine Kathodenfrischgasleitung 3 durch einen Verdichter 4 komprimierte Luft zugeführt wird. Zusätzlich ist die Brennstoffzelle mit einer Kathodenabgasleitung 6 verbunden. Anodenseitig wird dem Brennstoffzellenstapel 2 durch eine Anodenfrischgasleitung 8 aus einem Wasserstofftank 5 Wasserstoff zugeführt zur Bereitstellung der für die elektrochemische Reaktion in einer Brennstoffzelle erforderlichen Reaktanten. Diese Gase werden mittels eines Medienports 15 und einer Verteilerstruktur 16 in Polarplatten bzw. Bipolarplatten 10 an deren aktive Fläche geleitet, in der Strömungskanäle 11 ausgebildet sind für die weitere Verteilung der Gase an die Membran sowie für deren Ausleitung aus dem Brennstoffzellenstapel 2 und die Durchleitung eines Kühlmediums. Ein Ventil oder auch eine Saugstrahlpumpe können dabei geeignet sein, um den gewünschten Partialdruck an frischem Brennstoff innerhalb eines Anodenkreislaufes zu realisieren, der durch die Anodenrezirkulationsleitung 7 zustande kommt. Mit einer solchen Anodenrezirkulationsleitung 7 kann der in dem Brennstoffzellenstapel 2 nicht verbrauchte Brennstoff den Anodenräumen stromauf der Brennstoffzelle erneut zugeführt werden, so dass dabei die Anodenrezirkulationsleitung 7 wieder in die Anodenfrischgasleitung 8 mündet. Verbrauchter Brennstoff wird über die Anodenabgasleitung 9 aus der Brennstoffzelle entfernt.The fuel cell stack 2 is via a cathode fresh gas line 3 by a compressor 4th compressed air is supplied. In addition, the fuel cell comes with a cathode exhaust line 6th tied together. The anode side is the fuel cell stack 2 through an anode fresh gas line 8th from a hydrogen tank 5 Hydrogen supplied to provide the reactants required for the electrochemical reaction in a fuel cell. These gases are released through a media port 15th and a distribution structure 16 in polar plates or bipolar plates 10 guided to their active surface, in the flow channels 11 are designed for the further distribution of the gases to the membrane and for their discharge from the fuel cell stack 2 and the passage of a cooling medium. A valve or a suction jet pump can be suitable for realizing the desired partial pressure of fresh fuel within an anode circuit that is passed through the anode recirculation line 7th comes about. With such an anode recirculation line 7th can be the one in the fuel cell stack 2 Unused fuel are fed back to the anode spaces upstream of the fuel cell, so that the anode recirculation line 7th back into the anode fresh gas line 8th flows out. Consumed fuel is via the anode exhaust line 9 removed from the fuel cell.

Die in der Regel bei einer in dem Brennstoffzellenstapel mittigen Anordnung als Bipolarplatte 10 ausgeführte Polarplatte mit mindestens einem eine Mehrzahl von Strömungskanälen 11 aufweisenden Ström ungsfeld 12, dessen Strömungskanäle 11 durch die Verteilerstruktur 16 mit dem Medienport 15 verbunden und durch Stege 13 voneinander getrennt sind, und mit einer das Strömungsfeld 12 randseitig nach außen abdichtenden Dichtung 14, zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtung 14 und die Verteilerstruktur 16 aus einem Elastomer als Dichtungsmaterial gebildet sind, wobei in dem Ausführungsbeispiel für die Dichtung 14 und die Verteilerstruktur 16 das identische Elastomer verwendet wird. Bei der Bipolarplatte 10 sind auf beiden Plattenseiten die Strömungsfelder 12 und Verteilerstrukturen 16 aus dem Elastomer angeordnet, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Silikon, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Polyisobutylen umfasst, das aber bedarfsweise auch durch ein anderes Material bereitgestellt werden kann. Als Fertigungsmöglichkeit für den Auftrag auf die Oberfläche der Bipolarplatte 10 stehen beispielsweise Siebdruck und Spritzguss zur Verfügung.As a rule, in the case of an arrangement in the middle of the fuel cell stack as a bipolar plate 10 executed polar plate with at least one a plurality of flow channels 11 having flow field 12, its flow channels 11 through the distribution structure 16 with the media port 15th connected and by bridges 13th are separated from each other, and with one the flow field 12th Edge sealing to the outside seal 14th , is characterized by the fact that the seal 14th and the distribution structure 16 are formed from an elastomer as a sealing material, wherein in the embodiment for the seal 14th and the distribution structure 16 the identical elastomer is used. With the bipolar plate 10 are the flow fields on both sides of the plate 12th and distribution structures 16 arranged from the elastomer, which is selected from a group comprising silicone, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), polyisobutylene, but which, if necessary, can also be provided by another material. As a manufacturing option for application to the surface of the bipolar plate 10 screen printing and injection molding are available, for example.

Die Polarplatte selber ist aus einem Metall, insbesondere einem hochlegierten Stahl gebildet und plan gestaltet ist.The polar plate itself is formed from a metal, in particular a high-alloy steel, and is designed to be flat.

In einem Brennstoffzellenstapel 2 mit derartigen zwischen den Brennstoffzellen angeordneten Bipolarplatten 10 kann deren Elastomer mittelbar oder unmittelbar als Abstützung der Membran-Elektroden-Anordnungen genutzt werden.In a fuel cell stack 2 with such bipolar plates arranged between the fuel cells 10 their elastomer can be used directly or indirectly to support the membrane-electrode assemblies.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BrennstoffzellenvorrichtungFuel cell device
22
BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
33
KathodenfrischgasleitungCathode fresh gas line
44th
Verdichtercompressor
55
WasserstofftankHydrogen tank
66th
KathodenabgasleitungCathode exhaust line
77th
AnodenrezirkulationsleitungAnode recirculation line
88th
AnodenfrischgasleitungFresh anode gas line
99
AnodenabgasleitungAnode exhaust line
1010
BipolarplattenBipolar plates
1111
StrömungskanalFlow channel
1212th
StrömungsfeldFlow field
1313th
StegeBridges
1414th
Dichtungpoetry
1515th
MedienportMedia port
1616
VerteilerstrukturDistribution structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1653538 A1 [0003]EP 1653538 A1 [0003]
  • DE 102015225717 A1 [0003]DE 102015225717 A1 [0003]
  • DE 10248531 A1 [0004]DE 10248531 A1 [0004]

Claims (10)

Polarplatte mit mindestens einem eine Mehrzahl von Strömungskanälen (11) aufweisenden Ström ungsfeld (12), dessen Strömungskanäle durch eine Verteilerstruktur (16) mit einem Medienport (15) verbunden und (11) durch Stege voneinander getrennt sind, und mit einer das Strömungsfeld (12) randseitig nach außen abdichtenden Dichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (14) und die Verteilerstruktur (16) aus einem Elastomer als Dichtungsmaterial gebildet sind.Polar plate with at least one flow field (12) having a plurality of flow channels (11), the flow channels of which are connected to a media port (15) by a distributor structure (16) and (11) separated from one another by webs, and with a flow field (12) ) A seal (14) sealing the edge to the outside, characterized in that the seal (14) and the distributor structure (16) are formed from an elastomer as the sealing material. Polarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dichtung (14) und die Verteilerstruktur (16) das identische Elastomer verwendet wird.Polar plate after Claim 1 , characterized in that the identical elastomer is used for the seal (14) and the distributor structure (16). Polarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Silikon, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Polyisobutylen umfasst.Polar plate after Claim 1 or 2 , characterized in that the elastomer is selected from a group comprising silicone, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), polyisobutylene. Polarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem Metall gebildet ist.Polar plate after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that it is formed from a metal. Polarplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall durch einen hochlegierten Stahl gebildet ist.Polar plate after Claim 4 , characterized in that the metal is formed by a high-alloy steel. Polarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese plan gestaltet ist.Polar plate after one of the Claims 1 until 5 , characterized in that it is designed flat. Polarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Bipolarplatte (10) mit auf beiden Plattenseiten angeordneten Strömungsfeldern (12) und Dichtungen (14) gestaltet ist.Polar plate after one of the Claims 1 until 6th , characterized in that it is designed as a bipolar plate (10) with flow fields (12) and seals (14) arranged on both plate sides. Brennstoffzellenstapel (2) mit mindestens einer Polarplatte nach den Ansprüchen 1 bis 7.Fuel cell stack (2) with at least one polar plate according to the Claims 1 until 7th . Brennstoffzellenstapel (2) nach Anspruch 8, mit zwischen den Brennstoffzellen angeordneten Bipolarplatten (10), deren Elastomer mittelbar oder unmittelbar als Abstützung der Membran-Elektroden-Anordnungen genutzt ist.Fuel cell stack (2) after Claim 8 , with bipolar plates (10) arranged between the fuel cells, the elastomer of which is used directly or indirectly to support the membrane-electrode assemblies. Kraftfahrzeug mit einer einen Brennstoffzellenstapel (2) nach den Ansprüchen 8 oder 9 aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung.Motor vehicle with a fuel cell stack (2) according to the Claims 8 or 9 having fuel cell device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1653538A1 (en) 2004-10-29 2006-05-03 Sgl Carbon Ag Cooling plate module with integrated sealant for a fuel cell stack
DE102015225717A1 (en) 2015-12-17 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Use of conductive and highly porous nonwovens as a bipolar plate in PEM fuel cells

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