DE102020128623A1

DE102020128623A1 - Brennstoffzellenstapel mit einem Kompressionssystem für den Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102020128623A1
Application number: DE102020128623.6A
Authority: DE
Inventors: Ian Stewart; Jeff Laflamme; Campbell Perry; Amy Warkentin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel 100 mit einem Kompressionssystem 200 für den Brennstoffzellenstapel 100. Der Brennstoffzellenstapel 100 weist eine erste und eine zweite Endplatte 60, 70 und zwischen den Endplatten gestapelte Brennstoffzellen auf. Das Kompressionssystem 200 enthält eine Kompressionsplatte 40, die außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 auf der ersten Endplatte 60 des Brennstoffzellenstapels 100 angeordnet ist. Ferner umfasst das Kompressionssystem 200 ein Federelement 80, das zwischen der Kompressionsplatte 40 und der ersten Endplatte 60 angeordnet ist Zusätzlich umfasst das Kompressionssystem 200 zumindest zwei zwischen der ersten Endplatte 60 und der Kompressionsplatte 40 auf der Kompressionsplatte 40 oder der ersten Endplatte 60 angeordnete und einander gegenüberliegende Vorsprünge 41 und 42, die in Richtung der ersten Endplatte 60 bzw. der Kompressionsplatte 40 vorstehen, wobei die Vorsprünge 41 und 42 ausgebildet und angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte 60 die jeweils einem Vorsprung 41 und 42 zugewandte Seitenkante 61 und 62 der ersten Endplatte 60 bzw. der Kompressionsplatte 40 zu kontaktieren. Dadurch kann eine übermäßige Biegung der ersten Endplatte 60 und infolgedessen ein Nachgeben oder Bruch derselben verhindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, der zwei Endplatten und zwischen den Endplatten gestapelte Brennstoffzellen sowie ein Kompressionssystem für den Brennstoffzellenstapel umfasst.
Brennstoffzellen dienen der Bereitstellung elektrischer Energie durch Nutzung der chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser. Hierfür umfassen Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist. Die Elektroden enthalten zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin. Des Weiteren kann die Membran-Elektroden-Anordnung durch Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden ergänzt werden. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Spannungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen. Diese Stapelanordnung wird durch Verpressung und anschließende Fixierung montiert.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff (Anodenbetriebsmedium), insbesondere Wasserstoff H₂ oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H₂ zu Protonen H⁺ unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H₂ → 2 H⁺ + 2 e^-). Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft) als Kathodenbetriebsmedium zugeführt, sodass eine Reduktion von O₂ zu O^2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (½ O₂ + 2 e^- → O^2-). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (O^2- + 2H⁺ → H₂O).
Somit kommt einer gasdichten Bauweise und Montage eine herausragende Bedeutung zu, um ein Austreten der Betriebsgase zu verhindern. Um dieses zu gewährleisten, wird der Brennstoffzellenstapel, umfassend die Membran-Elektroden-Anordnungen und die zwischen diesen angeordneten Bipolarplatten, mit einem Anpressdruck in Richtung der Stapelrichtung beaufschlagt. Durch einen hinreichenden hohen Anpressdruck auf die Platten und die Bestandteile des Brennstoffzellenstapels können zudem einerseits Unebenheiten teilweise ausgeglichen und andererseits eine Fremdschichtbildung auf den kontaktierenden Flächen eingedämmt werden. Dadurch kann der Kontaktwiederstand gering gehalten werden.
DE 11 2014 006 238 T5 beschreibt einen Brennstoffzellenstapelmit einem auf einer Außenseite angeordneten Stromkollektor, einer elektrisch nicht leitenden Druckplatte, die auf dem Stromkollektor angeordnet ist, und abschließend einer Federplatte. Die Federplatte weist eine Mittelsektion auf, von der sich verjüngende, dünne Spannstangenverlängerungen ausgehen. Die Mittelsektion kontaktiert einen der Druckplatte zugehörigen Federplattenstützbereich. Durch Fixierung der Spannstangenextensionen mit Hilfe von Spannstangen-Mutter-Anordnungen übt die Federplatte an den Rändern eine Belastung auf den Brennstoffzellenstapel aus.
US 2004/0241538 A1 beschreibt ein Gerät, das ein Batteriefach aufweist, in dem eine Batterie zur Versorgung des Geräts mit elektrischer Energie vorgehalten wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Batterieanschluss, der aus einem Plattenelement geformt ist. Durch Biegung erfolgt eine Verbindungen der auf seinen Enden nebeneinander befindlichen Kontakte mit der positiven Elektrode der Batterie. Zusätzlich sind auf dem Plattenelement zur seitlichen Fixierung einer Batterie Greifer angeordnet.
WO 2004/075330 A1 beschreibt eine Endplatte eines Brennstoffzellenstapels, die eine einseitig gewölbte Druckplatte und eine Auflageplatte aufweist. Die Druckplatte umfasst ein dem Brennstoffzellenstapel zugewandtes Druckschild sowie eine Zugplatte, die über Randbereiche miteinander verbunden sind. An dem Randbereich sind Krafteinleitungsstellen für die Zuganker ausgebildet, die Verklammerungskräfte in den Auflagerbereich des Druckschilds einleiten. Das Druckschild besitzt eine Wölbung und liegt auf der entsprechend passend ausgebildeten Auflageplatte, ähnlich einer Negativform. Die Drucklast der Zuganker wirkt dadurch auf den Auflagerbereich der Auflageplatte und in den Brennstoffzellenstapel.
Üblicherweise erfolgt die Bereitstellung des Anpressdrucks und die Kompression des Brennstoffzellenstapels mit Hilfe eines Federsystems, das zwischen einer Kompressionsplatte und einer Endplatte des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, in Kombination mit Rückhaltemitteln, beispielsweise Spannelementen, die eine Verbindung zwischen der Kompressionsplatte und der gegenüberliegenden Endplatte herstellen. Aufgrund von Betriebsmittelhauptkanäle, die den Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung durchsetzen, um diesen mit Betriebsgasen und/oder Kühlmitteln zu versorgen, und die in Randbereichen des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind, können die Federn des Federsystems nicht gleichmäßig über die gesamte Fläche der Endplatte angeordnet werden. So wird der Bereich der Betriebsmittelhauptkanäle nicht von Federn abgestützt. Die entlang der Stapelrichtung wirkende Kraft des Federsystems wirkt daher vorwiegend innerhalb eines mittigen Bereichs des Brennstoffzellenstapels, wo keine Betriebsmittelhauptkanäle verlaufen. Dadurch kann insbesondere bei hohen Betriebsdrücken eine konkave Biegung der den Brennstoffzellenstapel begrenzenden Endplatte, die die Kräfte der Federn unmittelbar aufnimmt, auftreten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kompressionssystem für einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, das die genannten Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere sollte das Kompressionssystem des Brennstoffzellenstapels eine gleichmäßige Kompression auf die erste Endplatte des Brennstoffzellenstapel gewährleisten sowie eine Stützkraft erzeugen, sodass sowohl in den Randbereichen als auch den zentralen Bereichen der Endplatte ein gleichmäßiger Anpressdruck wirkt und ein Durchbiegen der Endplatte gehemmt wird.
Die Aufgaben werden ganz oder zumindest teilweise durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel umfasst eine erste und eine zweite Endplatte und zwischen den Endplatten gestapelte Brennstoffzellen sowie ein Kompressionssystem für den Brennstoffzellenstapel. Das Kompressionssystem umfasst eine Kompressionsplatte, die außerhalb des Brennstoffzellenstapels auf der ersten Endplatte des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist. Dabei weist das Kompressionssystem des Brennstoffzellenstapels Rückhaltemittel auf, die eine Verbindung zwischen der Kompressionsplatte und der zweiten Endplatte herstellen, und des Weiteren mindestens ein Federelement, das zwischen der Kompressionsplatte und der ersten Endplatte angeordnet ist und Kompressionsplatte und erste Endplatte voneinander beabstandet. Dabei ist das Federelement vorgespannt angebracht und die Federkraft des Federelements wirkt in Stapelrichtung. Zusätzlich umfasst das Kompressionssystem zwischen der ersten Endplatte und der Kompressionsplatte auf der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte angeordnete Vorsprünge, die in Richtung der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte vorstehen, wobei die Vorsprünge ausgebildet und angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte die jeweils einem Vorsprung zugewandte Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte zu kontaktieren.
Sofern die erfindungsgemäßen Vorsprünge auf der Kompressionsplatte angeordnet sind, so stehen sie in Richtung der Endplatte vor, um diese bei konkaver Deformation der Endplatte zu kontaktieren. Sind die Vorsprünge hingegen auf der Endplatte angeordnet, so stehen sie in Richtung der Kompressionsplatte vor, um diese bei konkaver Deformation der Endplatte zu kontaktieren.
Das erfindungsgemäße Kompressionssystem ist ausgebildet, nach Montage des Brennstoffzellenstapels einen gewünschten Druck auf den Stapel auszuüben und so dessen Dichtheit und einen geringen Kontaktwiderstand sicherzustellen. Das Federelement ist ausgebildet, durch seine Vorspannung Energie zu speichern und dient in Verbindung mit den Rückhaltemitteln dazu, eine weitestgehend nahezu konstante Kraft und somit Kompression des Brennstoffzellenstapels aufrechtzuerhalten. Kernaspekt des erfindungsgemäßen Kompressionssystems ist es, eine Biegung der Endplatte einzuschränken und so deren Nachgeben und Bruch zu verhindern.
Wie eingangs erläutert kann es aufgrund eines ungleichmäßig verteilten Anpressdrucks und des ebenfalls ungleichmäßig entgegenwirkenden Betriebsdrucks dazu kommen, dass die Endplatte, auf die diese Kräfte unmittelbar wirken, eine Biegung entwickelt. Diese Verbiegung weist eine konkave Form auf. Unter einer „konkaven Biegung“ wird vorliegend eine Deformation der Endplatte verstanden, bei der sich Randbereiche der Endplatte von dem Stapel nach außen verbiegen, während sich ein zentraler Bereich der Endplatte in Richtung des Stapels nach innen wölbt. Dies wird unter anderem dadurch bedingt und begünstigt, dass in den Randbereichen des Brennstoffzellenstapels Betriebsmittelhauptkanäle verlaufen, die die gestapelten Brennstoffzellen in Stapelrichtung durchsetzen und der Versorgung der einzelnen Brennstoffzellen dienen. Dementsprechend weisen die End- und Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Anordnungen in ihren Randbereichen Öffnungen auf, mittels derer die Zu - und Abfuhr der Betriebsmittel erfolgt. Es ergibt sich folglich, dass in diesen Arealen keine oder eine geringere Anzahl an Federelementen zur Stabilisierung und Kompression des Brennstoffzellenstapels vorliegen, die die Platten, insbesondere die Endplatte, stützen. Es liegt demzufolge keine gleichmäßige Druckverteilung der wirkenden Federkräftegegenüber der Endplatte vor. Eine Fokussierung der Krafteinwirkung liegt vermehrt in einem zentralen Bereich hinsichtlich der senkrecht zur Stapelrichtung erfolgenden Ausdehnung des Brennstoffzellenstapels, was zu der konkaven Verbiegung führt. Durch den erhöhten Druck innerhalb der Betriebsmittelhauptkanäle infolge des Betriebs sowie Materialermüdungserscheinungen kann sich dieser Effekt verstärken. Die seitlichen, gering gestützten oder sogar freitragenden Bereiche und der zentrale sich biegende Bereich üben hohen Stress und Spannungen innerhalb der Endplatte aus, was schlussendlich zum Nachgeben oder Bruch der Endplatte führen kann.
Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ist ausgebildet, das Verbiegen der Endplatte zu hemmen und einzuschränken. Bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte kontaktiert die jeweils einem Vorsprung zugewandte Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte den besagten Vorsprung. Dieser Kontakt bewirkt ein Hemmung einer fortschreitenden Verbiegung der Endplatte. Mit anderen Worten wird die Endplatte versteift. Zusätzlich ähnelt der Kontakt zwischen Vorsprung und Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte einer festen Fixierung. Das Verhalten der Kompressionsplatte lässt sich mit dem einer Blattfeder vergleichen. Die Kompressionsplatte bewirkt in Abhängigkeit der Stärke der Kontaktierung und Anpressung von Vorsprung und Seitenkante eine entgegenwirkende Kraft, die ein Fortschreiten der Verbiegung einschränkt.
Mechanisch lässt sich der Vorgang anhand zweier unterschiedlicher Lagerungsarten verdeutlichen. Unter Einsatz eines herkömmlichen Brennstoffzellenstapels und dessen Kompressionssystem gemäß dem Stand der Technik liegt hinsichtlich der Endplatte eine Situation vor, die sich durch eine Lagerung der Endplatte auf der einen Endseite durch ein Festlager annähern lässt und auf der gegenüberliegenden Endseite durch ein Loslager. An dem Festlager treten Stützkräfte auf, die als Reaktionskräfte zu den äußeren eingeprägten Kräften auf den Körper wirken. Für die Veranschaulichung genügt die Betrachtung des zweidimensionalen Falls, in dem diese Stützkräfte aus zwei orthogonal zueinanderstehenden Kräften bestehen. An dem Loslager tritt lediglich eine Stützkraft auf.
Im Vergleich dazu führt der Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels und seines Kompressionssystems durch die Kontaktierung von Vorsprung und Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte zu einer Anbringung, die einer festen Einspannung ähnelt. Vergleicht man eine Biegelinie beider Situationen miteinander unter Zugrundelegung einer gleichmäßig auf die gesamte Endplatte wirkenden Kompressionskraft, also einer gleichmäßigen Druckverteilung, wird deutlich erkennbar, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels und seines Kompressionssystems die Biegung gegenüber der herkömmlichen Situation abnimmt. Insbesondere lässt sich anhand von Biegelinien visuell und rechnerisch erkennen, dass neben dem weniger gebogenen Verlauf im Fall des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels und seines Kompressionssystems auch die maximale absolute Biegung geringer ausfällt, als ohne dessen Einsatz.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich die Länge und/oder Breite der Kompressionsplatte mindestens über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der ersten Endplatte. Durch diese Ausführung wird sichergestellt, dass die jeweils einem Vorsprung zugewandte Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte einen Bereich des Vorsprungs kontaktiert, der in einem mittigen Bereich der der Seitenkante zugewandten Außenfläche des Vorsprungs liegt. Es wird somit verhindert, dass außenliegende Bereiche der Außenfläche des Vorsprungs hohen Belastungen durch die Kontaktierung ausgesetzt werden. Durch den Kontakt in einem zentralen Bereich können mechanische Spannungen vorteilhafter innerhalb des Vorsprungs verteilt werden, sodass dessen innere Beanspruchung reduziert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brennstoffzellenstapel Betriebsmittelhauptkanäle aufweist, die die gestapelten Brennstoffzellen in Stapelrichtung durchsetzen, und die Vorsprünge auf den Seiten der Kompressionsplatte bzw. der ersten Endplatte, auf denen sich die Betriebsmittelhauptkanäle befinden, angeordnet sind. Die Betriebsmittelhauptkanäle dienen dazu, die Zufuhr der Betriebsmittel sicherzustellen. Üblicherweise handelt es sich bei den Betriebsmitteln um Wasserstoff H₂ oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch sowie Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (zum Beispiel Luft). Den einzelnen im Brennstoffzellenstapel befindlichen Brennstoffzellen werden diese Betriebsmittel mit Hilfe der Betriebsmittelhauptkanäle, die den Stapel durchsetzen, zugeführt und anschließend über offene Flussfelder der Bipolarplatte der Anode bzw. Kathode zugeführt. Weiterhin können auch weitere Betriebsmittelhauptkanäle beispielsweise zur Versorgung mit einem Kühlmittel Anwendung finden. Eine derartige Ausführung würde demzufolge drei Betriebsmittelhauptkanäle zur Zufuhr und drei Betriebsmittelhauptkanäle zur Abfuhr der Betriebsmittel in bzw. aus dem Brennstoffzellenstapel aufweisen. Jeweils drei Betriebsmittelhauptkanäle befinden sich in der Regel in einer Reihe auf einer Seite und die folglich vorhandenen zwei Reihen liegen in dieser Ausführung auf einander gegenüberliegenden Seiten des Brennstoffzellenstapels. Das hat zur Folge, dass entlang der genannten Reihen keine stützenden Federelemente, wie z.B. Tellerfedern, angeordnet sein können. Zusätzlich wirkt bei Betrieb der durch die Betriebsmittel bedingte Innendruck entlang der Reihen der Betriebsmittelhauptkanäle entgegen dem mittig zwischen den Reihen wirkenden Kompressionsdruck. Dies verstärkt die Biegungsneigung der Endplatte. Generell bewirken die erfindungsgemäßen Vorsprünge eine Hemmung dieses Vorgangs. Unter statischen Gesichtspunkten kann jedoch die größte Einflussnahme erzielt werden, indem die Vorsprünge im Bereich der „schwächenden“ Reihen der Betriebsmittelhauptkanäle angeordnet sind. Dabei sind vorzugsweise zumindest zwei Vorsprünge auf Kompressionsplatte bzw. erster Endplatte vorgesehen, die bezüglich der Plattenerstreckung auf einander gegenüberliegen Seiten angeordnet sind.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kompressionsplatte bzw. die erste Endplatte vier Vorsprünge gemäß der Erfindung umfasst, von denen jeweils zwei Vorsprünge einander gegenüberliegen, indem sie paarweise an einander gegenüberliegenden Seiten der Kompressionsplatte bzw. der ersten Endplatte angeordnet sind. Dabei sind die zwei zusätzlich eingeführten Vorsprünge analog wie die im Hauptanspruch definierten Vorsprüngen ausgeführt. In dieser Ausführung umfasst das Kompressionssystem vier zwischen der ersten Endplatte und der Kompressionsplatte auf der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte angeordnete Vorsprünge, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegen (bezogen auf die Erstreckung der jeweiligen Platte), und die in Richtung der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte vorstehen, wobei die Vorsprünge ausgebildet und angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte die jeweils einem Vorsprung zugewandte Seitenkante der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte zu kontaktieren. Folglich ist das Kompressionssystem ausgebildet, dass sämtliche Seitenkanten der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte bei einer konkaven Verbiegung von jeweils einem Vorsprung kontaktiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Seiten der Endplatte, die möglicherweise durch Betriebsmittelhauptkanäle beeinflusst werden, stets gestärkt werden und insbesondere durch Stützung aller Seitenkanten der Endplatte bzw. Kompressionsplatte die Biegung in gesteigertem Maße begrenzt wird.
Es ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwischen den Vorsprüngen der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte und den jeweils einem der Vorsprünge zugewandten Seitenkanten der ersten Endplatte bzw. der Kompressionsplatte ein Spalt ausgebildet ist, der nach einer vordefinierten konkaven Verbiegung der ersten Endplatte geschlossen wird. Dadurch ist es möglich, aufgrund der Materialcharakteristika hinschlich Dehnungs- und Bruchfestigkeit eine anfängliche Biegung zuzulassen. Somit kann material- und plattenspezifisch festgelegt werden, wie groß und tolerierbar ein anfängliche Biegung ist und zu welchem Zeitpunkt die Versteifung durch die Kontaktierung der Vorsprünge einsetzen soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorsprünge dergestalt auf der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte angeordnet sind, dass die Vorsprünge mit den Seitenkanten der Kompressionsplatte bzw. der ersten Endplatte abschließen. Die stellt konstruktiv eine einfache Möglichkeit zur Fertigung der Vorsprünge auf der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte dar, insbesondere für den Fall, dass die Herstellung aus einem Bauteil erfolgen soll. Des Weiteren kann so das Verhalten einer Blattfeder approximiert werden, die in Abhängigkeit einer Auslenkung ihrer Enden, die hier den erfindungsgemäßen Vorsprüngen auf der Kompressionsplatte oder der ersten Endplatte entsprechen, eine Federkraft entwickelt. Dieser Mechanismus kann auf die Erfindung übertragen werden, sodass zunächst eine vordefinierte Biegung der Endplatte erfolgen kann, die dann jedoch verstärkt gehemmt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung erstrecken sich die Vorsprünge über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der Kompressionsplatte bzw. der ersten Endplatte. Dadurch entsteht eine größere Kontaktfläche zwischen den Vorsprüngen und den Seitenkanten der Kompressionsplatte bzw. der ersten Endplatte. Somit wird eine Spannungskonzentration an den Kontaktstellen verringert, da die durch den Kontakt hervorgerufene Kraft auf einen größeren Kontaktbereich verteilt wird. Alternativ können die Vorsprünge als kurze Elemente ausgebildet sein, die jeweils einen kleinflächigen oder punktuellen Kontakt zu der jeweils gegenüberliegenden Platte bei Biegung der Endplatte ausbilden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Brennstoffzellenstapels ist vorgesehen, dass die Vorsprünge eine halbkreisförmige oder eine halbelliptische Querschnittsfläche aufweisen. Durch derartig geformte Vorsprünge erfolgt die Kontaktierung von Vorsprüngen und Seitenkanten in punktueller oder linearer Form. Die Seitenkante legt sich bei der konkaven Verbiegung annähernd tangential an die gewölbte Oberfläche des jeweiligen Vorsprungs.
Dadurch bildet sich im Falle einer länglichen, leistenförmigen Ausführung der Vorsprungs einen Linienberührung aus. Im Falle der Ausführung der Vorsprünge als kurze Elemente kommt es entsprechend zu einer Punktberührung. An der Berührungsstelle bildet sich weiterhin infolge der elastischen Abplattung des Vorsprungs eine Berührungsfläche. Die Last, die an der Kontaktstelle wirkt, errechnet sich durch das Verhältnis von Kraft, mit der die Seitenkante und der Vorsprung gegeneinander gedrückt werden, zur Berührungsfläche. Die Last wird aufgrund der halbkreisförmig oder halbelliptisch ausgeführten Querschnittsfläche der Vorsprünge ausgeprägter auf diese verteilt, sodass die mechanischen Beanspruchungen vermindert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Endplatte metallische Bereiche aufweist und die Vorsprünge angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte die metallischen Bereiche zu kontaktieren. Die metallischen Bereiche weisen eine größere Härte und Stabilität als Bereiche, die Kunststoff- oder Spitzguss-Komponenten umfassen. Somit werden strukturell schwächere Bereiche nicht durch Kontaktspannungen beansprucht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endplatte das für eine Blattfeder charakteristische Verhalten zeigt. Die Kompressionsplatte ist durch die Rückhaltemittel fixiert und hemmt die Verbiegung bei Kontaktierung nicht nur passiv, sondern übt zusätzlich eine in Richtung der ersten Endplatte weisende Gegenkraft auf die Kontaktstelle und schlussendlich die erste Endplatte aus. Diese Gegenkraft steigt mit Zunahme des Kontaktdrucks, der durch die Biegung der ersten Endplatte auf die Kontaktstelle der Vorsprünge und Seitenkanten ausgeübt wird. Vorzugsweise lässt sich der Kompressionsplatte eine Federsteifigkeit zuordnen, die eine progressive Federkennlinie abbildet. Die Federkennlinie gibt den Zusammenhang zwischen Verformung und Kraft wieder, im Fall einer progressiven Federkennlinie nimmt die Kraft bei eine Verformung überproportional zu, sodass der Verbiegung der ersten Endplatte verstärkt entgegengewirkt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorsprünge auf der Kompressionsplatte angeordnet und der ersten Endplatte zugewandt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Brennstoffzellenstapel mit Kompressionssystem gemäß Stand der Technik in Seitenansicht;
2 einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel mit Kompressionssystem in einer ersten Ausführung der Erfindung in Seitenansicht;
3 einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel mit Kompressionssystem in einer zweiten Ausführung der Erfindung in Seitenansicht;
4a eine Ansicht der Unterseite einer erfindungsgemäßen Kompressionsplatte eines Kompressionssystem der Erfindung;
4b eine Ansicht der Unterseite einer Kompressionsplatte eines Kompressionssystem gemäß Stand der Technik;
5a eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels mit Kompressionssystem in einer ersten Ausführung der Erfindung im Neuzustand (Ausschnitt);
5b eine Seitenansicht eines Brennstoffzellenstapels mit Kompressionssystem gemäß Stand der Technik im Neuzustand (Ausschnitt);
6a eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels aus 5a mit vermindert gebogener Endplatte; und 6b eine Seitenansicht des Brennstoffzellenstapels aus 5b mit gebogener Endplatte;

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellenstapels 100' gemäß dem Stand der Technik. Der insgesamt mit 100' bezeichnete Brennstoffzellenstapel wird durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter Einzelzellen gebildet, deren elektrische Spannungen sich addieren. Jede der Einzelzellen weist jeweils eine eingangs erwähnte Membran-Elektroden-Anordnung 10 auf, die ein Gefüge aus einer in 1 nicht gezeigten Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode 11 und Kathode 12) ist. Die MEA 10 kann des Weiteren durch Gasdiffusionslagen (GDL), die beidseitig an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sind, ergänzt werden, was in 1 jedoch nicht darstellt ist. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen 10 befinden sich Bipolarplatten 20, welche eine Versorgung der MEA 10 mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. An beiden Endseiten des Brennstoffzellenstapels 100' ist jeweils eine Endplatte angeordnet, nämlich eine erste Endplatte 60 und eine zweite Endplatte 70, sodass sich die Stapelanordnung der Einzelzellen zwischen beiden Endplatten 60, 70 befindet. Die einzelnen Brennstoffzellen werden über in 1 nicht dargestellte bzw. nicht sichtbare Betriebsmittelhauptkanäle 50 mit den Betriebsmedien und Kühlmitteln versorgt. Die Betriebsmittelhauptkanäle befinden sich an den seitlichen Bereichen des Brennstoffzellenstapels und durchsetzen diesen in Stapelrichtung. Ihre Lage und Position ist in den 4a und 4b dargestellt.
Zur Kompression des Brennstoffzellenstapels 100' weist das System ferner ein insgesamt mit 200' bezeichnetes Kompressionssystem auf.
Das Kompressionssystem 200' umfasst eine Kompressionsplatte 40, die außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100' auf der ersten Endplatte 60 angeordnet ist. Zwischen Kompressionsplatte 40 und erster Endplatte 60 befindet sich mindestens ein Federelement 80, das die Kompressionsplatte 40 und die erste Endplatte 60 voneinander beabstandet und das beispielsweise eine Tellerfeder ist.
Diese Stapelanordnung wird durch Verpressung und anschließende Fixierung montiert. Dazu dienen Rückhaltemittel 30, die in 1 in Form von Rückhaltebändern oder Spannbändern ausgeführt sind. Sie stellen jeweils eine Verbindung zwischen der Kompressionsplatte 40 und der zweiten Endplatte 60 her. In alternativen Ausführungen können statt Spannbänder Zugstangen vorgesehen sein.
Durch die Kompression des Brennstoffzellenstapels entsteht ein Anpressdruck auf die einzelnen Brennstoffzellen und deren Bestandteile. Dadurch nimmt das Federelement 80 eine vorgespannte Position ein, sodass ihre Federkraft in Stapelrichtung wirkt und Druck auf diesen ausübt, wodurch die Dichtheit zwischen den Platten gewährleistet wird. Es ist unwesentlich, auf welcher Seite des Brennstoffzellenstapels 100', ob Anoden- oder Kathodenseite, sich das Kompressionssystem 200', umfassend die Kompressionsplatte 40 und die Federelemente 80, befindet.
Im Falle von als Tellerfedern ausgebildete Federelemente 80 sind die Tellerfedern üblicherweise in Form von gleichmäßig verteilten Tellerfederpaketen vorgesehen. Dies ermöglicht einen Belastungsausgleich und eine räumliche Verteilung der wirkenden Kräften und vermeidet hohe lokale Kräfte.
Demgegenüber zeigt 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels 100 mit einem Kompressionssystem 200 in einer ersten Ausführung der Erfindung. Hierbei sind übereinstimmende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 dargestellt und werden im Einzelnen nicht noch einmal erläutert. Vielmehr wird nachfolgend auf die wesentlichen Unterschiede gegenüber 1 eingegangen.
Die Kompressionsplatte 40 umfasst ergänzend zu der vorherigen Ausführung, die in 1 gezeigt wird, zwei Vorsprünge 41 und 42, die zwischen der ersten Endplatte 60 und der Kompressionsplatte 40 auf der Kompressionsplatte 40 angeordnet sind. Die Vorsprünge liegen einander gegenüber und stehen in die Richtung der ersten Endplatte 60 vor. Die Vorsprünge 41 und 42 sind dergestalt ausgebildet und angeordnet, dass bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte 60 der jeweilige Vorsprung 41, 42 die diesem zugewandte Seitenkante 61 bzw. 62 der ersten Endplatte 60 kontaktiert. Die Breite der Kompressionsplatte 40 erstreckt sich über die gesamte Breite der ersten Endplatte 60 und ragt im gezeigten Beispiel seitlich über diese hinaus. Zur Kompression werden ebenfalls Federelemente 80, insbesondere Tellerfedern, eingesetzt, die zwischen den seitlich angeordneten Betriebsmittelhauptkanälen 50 angeordnet sind, was 4a zu entnehmen ist. Die Tellerfedern 80 sorgen zusätzlich für den Abstand zwischen der ersten Endplatte 60 und der Kompressionsplatte 40. Durch die Vorsprünge 41 und 42 wird ein Spalt 90 zwischen den Vorsprüngen 41 und 42 und der ersten Endplatte 60 gebildet, der kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten Endplatte 60 und der Kompressionsplatte im übrigen Bereich bzw. kleiner als der durchgehend vorhandene Abstand, der gemäß dem Stand der Technik erzeugt wird.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel 100 mit einem Kompressionssystem 200 in einer bevorzugten zweiten Ausführung der Erfindung. Die bereits erwähnten Vorsprünge 41 und 42 wiesen gemäß der zweiten Ausführung eine halbkreisförmige Querschnittsfläche auf. Ansonsten gleicht der Aufbau dem in Anlehnung an 2 beschriebenen.
Die 4a und 4b zeigen eine erfindungsgemäße Kompressionsplatte 40 (4a) bzw. eine Kompressionsplatte 40 gemäß dem Stand der Technik (4b) im Vergleich zueinander jeweils als Ansicht der Unterseite, d.h. als Ansicht auf die der ersten Endplatte 60 zugewandte Seite. In dieser Ansicht sind die Positionen der Betriebsmittelhauptkanäle 50 durch unterbrochene Linien als Projektion der sich durch die gestapelten Brennstoffzellen und der Endplatte 60 erstreckenden Betriebsmittelhauptkanäle 50 dargestellt. In der Regel verlaufen die Betriebsmittelhauptkanäle 50 nicht durch die Kompressionsplatte 40, können dies aber tun. Die Betriebsmittelhauptkanäle 50 dienen der Versorgung mit den Betriebsmedien, also den Reaktionsgasen und dem Kühlmittel. Über jeweils drei Kanäle 50 erfolgt eine Zufuhr und dementsprechend über drei weitere Kanäle 50 die Abfuhr sämtlicher Medien. Die Betriebsmittelhauptkanäle liegen einander symmetrisch auf zwei Seiten der Kompressionsplatte 40 gegenüber. Im zentralen Bereich zwischen den beiden Reihen aus Betriebsmittelhauptkanälen 50 sind eine Vielzahl an Federelementen, beispielsweise Tellerfedern 80 angeordnet. Es ist erkennbar, dass der Randbereich keinerlei (oder nur wenige) Stützelemente aufnehmen kann, da dort die Versorgung über die Betriebsmittelhauptkanäle 50 erfolgt. Zusätzlich zeigt 4a die Position der erfindungsgemäßen Vorsprünge 41 und 42 gemäß der ersten Ausführung der Erfindung. Die Vorsprünge 41 und 42 befinden sich auf der dem Inneren des Brennstoffzellenstapels 100 abgewandten Seite der Reihe der Betriebsmittelhauptkanäle 50.
Die 5a und 5b zeigen nun die Ausgangssituation in einer vergrößerten Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels 100 mit Kompressionssystem 200 in einer ersten Ausführung der Erfindung ( 5a) bzw. eines Brennstoffzellenstapels 100' mit Kompressionssystem 200' gemäß dem Stand der Technik (5b). In 5a ist die Kompressionsplatte 40 mit den der ersten Endplatte 60 zugewandten Vorsprüngen 41 und 42 dargestellt. Die Federelemente 80 zwischen Kompressionsplatte 40 und erster Endplatte 60 sorgen für die Kompression des nur ausschnittsweise gezeigten Brennstoffzellenstapels 100 und beabstanden die Kompressionsplatte 40 und die erste Endplatte 60 voneinander. Die Vorsprünge 41 und 42 sind dergestalt auf der Kompressionsplatte 40 angeordnet, dass sie mit den Seitenkanten der Kompressionsplatte 40 abschließen. Die erfindungsgemäße Kompressionsplatte 40 ist seitlich über die Seitenkanten 61 und 62 der ersten Endplatte 60 ausgedehnt, sodass die Projektionslinien der Seitenkanten 61 und 62 etwa mittig auf den ihnen zugewandten Außenflächen der Vorsprünge 41 und 42 liegt. Zwischen den Vorsprüngen 41 und 42 und den Seitenkanten 61 und 62 ist der Spalt 90 ausgebildet, der deutlich kleiner als der übrige Abstand von Kompressionsplatte 40 und erster Endplatte 60 ist. 5b zeigt einen ähnlichen Aufbau. Es finden allerdings keine Vorsprünge 41 und 42 Einsatz. Der Abstand zwischen Kompressionsplatte 40 und erster Endplatte 60 ist gleichbleibend und größer als der Spalt 90 gemäß 5a.
In den 6a und 6b sind erneut die Seitenansichten des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels 100 gemäß 4a und des bekannten Brennstoffzellenstapels 100' gemäß 4b nach einer gewissen Betriebsdauer gegenübergestellt. Die Federelemente 80 befinden sich in beiden Fällen in einem in Richtung ihrer Ruhelage stärker ausgelenkten Zustand im Vergleich zu der in den 5a und 5b dargestellten Situation. Die Federelemente 80 der erfindungsgemäßen Ausführung in 6a sind relativ zu den Tellerfedern 80 der Ausführung gemäß dem Stand der Technik in 6b weniger ausgeprägt ausgelenkt. Die erste Endplatte 60 nimmt in beiden Fällen einen konkav gebogenen Zustand ein, wobei die Biegung der ersten Endplatte 60 gemäß 6a deutlich gehemmter und weniger ausgeprägt ist, als die Biegung der ersten Endplatte 60 gemäß der 6b. Es ist in 6a deutlich ersichtlich, dass die Seitenkanten 61 und 62 die ihnen zugewandten Oberflächen der Vorsprünge 41 und 42 etwa mittig kontaktieren. Eine andere Situation zeigt sich in 6b. Hier kontaktieren die Seitenkanten 61 und 62 die ihnen zugewandte Oberfläche der Kompressionsplatte 40 gar nicht. Der Kontakt zwischen erster Endplatte 60 und Kompressionsplatte 40 würde erst nach einer weiter fortgeschrittenen konkaven Biegung der ersten Endplatte 60 erfolgen.
Infolge der Kompression des Brennstoffzellenstapels 100 wird die ursprünglich ebene, gerade erste Endplatte 60 einer konkaven Biegung unterworfen. Die Federelemente 80 oder auch andere Kompressionselemente üben Druck auf die erste Endplatte 60 aus. Üblicherweise und naturgemäß aufgrund der Funktionsweise einer Brennstoffzelle befinden sich in den Randbereichen des Brennstoffzellenstapels 100 bzw. 100', wie in den 4a und 4b gezeigt, Betriebsmittelhauptkanäle 50. Diese durchsetzen unter anderem die erste Endplatte 60 in Stapelrichtung. Daher sind die Federelemente 80 vorwiegend in einem zentralen Bereich der Kompressionsplatte zwischen den Betriebsmittelhauptkanälen 50 angeordnet und sorgen dort für eine erhöhte Krafteinwirkung gegenüber den nicht mit Federelemente 80 ausgestatteten Randbereichen. Des Weiteren führt die Betriebsweise und das Befüllen des Stapels 100 bzw. 100' mit Betriebsmedien zu hohen inneren Drücken. Dieser wirkt im Bereich der Betriebsmittelhauptkanäle 50, folglich in den Randbereichen und in Richtung der Kompressionsplatte 40, und sorgt für eine Verstärkung der Biegung der Endplatte 60. Die konkave Biegung verursacht, dass die Seitenkanten 61 und 62 eine Auslenkung in Richtung der Kompressionsplatte 40 erfahren. Vergleicht man den erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel 100 in 6a mit dem Brennstoffzellenstapel 100' gemäß dem Stand der Technik in 6b, entwickelt sich der weitere Verlauf des Verhaltens der ersten Endplatte 60 unterschiedlich. In 6a wird der zuvor vorhandene Spalt 90 nach eine definierten Auslenkung der Endplatte 60 geschlossen und die Seitenkanten 61 und 62 kontaktieren die Vorsprünge 41 und 42. Es tritt eine Lagerung ein, die sich mit einer festen Einspannung vergleichen lässt. Dadurch wird eine weitere Verbiegung der Endplatte 60 gehemmt. An der Kontaktstelle treten Stützkräfte auf und die Kompressionsplatte 40 mit ihren Vorsprüngen 41 und 42 wirkt ähnlich einer Blattfeder. Es entsteht ein Kraft, die entgegen der Auslenkung der ersten Endplatte 60 wirkt. Anders verhält sich die Situation bei dem Brennstoffzellenstapel 100' gemäß dem Stand der Technik, wie 6b verdeutlicht. Es tritt eine deutlich stärker ausgeprägte Verbiegung der ersten Endplatte 40 auf, ehe Kontakt zwischen Kompressionsplatte 40 und erster Endplatte 60 stattfindet. Die Spannungen innerhalb der ersten Endplatte 60 des Brennstoffzellenstapels 100' können daher zu Schäden bis hin zum Nachgeben und Bruch der ersten Endplatte 40 führen. Des Weiteren kann eine Verringerung der Biegung der ersten Endplatte 60 sicherstellen, dass die Federelemente 80 eine verminderte axiale Verschiebung erfahren. Dadurch kann auch deren Lebensdauer und Haltbarkeit durch schonendes Verhalten verlängert werden.
Bezugszeichenliste

100: erfindungsgemäßer Brennstoffzellenstapel
100': Brennstoffzellenstapel gemäß Stand der Technik
10: Membran-Elektroden-Anordnung
11: Anode
12: Kathode
20: Bipolarplatte
30: Rückhaltebänder
40: Kompressionsplatte
41 - 42: Vorsprünge
50: Betriebsmittelhauptkanäle
60: erste Endplatte
61 - 64: Seitenkanten
70: zweite Endplatte
80: Federelement/Tellerfeder
90: Spalt
200: erfindungsgemäßes Kompressionssystem
200': Kompressionssystem gemäß Stand der Technik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112014006238 T5 [0005]
US 2004/0241538 A1 [0006]
WO 2004/075330 A1 [0007]

Claims

Brennstoffzellenstapel (100) umfassend eine erste und eine zweite Endplatte (60, 70) und zwischen den Endplatten gestapelte Brennstoffzellen, und ein Kompressionssystem (200) für den Brennstoffzellenstapel (100), wobei das Kompressionssystem (200) umfasst eine Kompressionsplatte (40), die außerhalb des Brennstoffzellenstapels (100) auf der ersten Endplatte (60) des Brennstoffzellenstapels (100) angeordnet ist, Rückhaltemittel (30), die eine Verbindung zwischen der Kompressionsplatte (40) und der zweiten Endplatte (70) herstellen, mindestens ein Federelement (80), das zwischen der Kompressionsplatte (40) und der ersten Endplatte (60) angeordnet ist, wobei das Federelement (80) vorgespannt angebracht ist und die Federkraft des Federelements (80) in Richtung der ersten Endplatte (60) wirkt, und zwischen der ersten Endplatte (60) und der Kompressionsplatte (40) auf der Kompressionsplatte (40) oder der ersten Endplatte (60) angeordnete Vorsprünge (41, 42), die in Richtung der ersten Endplatte (60) bzw. der Kompressionsplatte (40) vorstehen, wobei die Vorsprünge (41, 42) ausgebildet und angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte (60) die jeweils einem Vorsprung (41, 42) zugewandte Seitenkante (61, 62) der ersten Endplatte (60) bzw. der Kompressionsplatte (40) zu kontaktieren.
Brennstoffzellenstapel (100) nach Anspruch 1, wobei sich die Länge und/oder die Breite der Kompressionsplatte (40) mindestens über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der ersten Endplatte (60) erstreckt.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennstoffzellenstapel (100) Betriebsmittelhauptkanäle (50) aufweist, die die gestapelten Brennstoffzellen in Stapelrichtung durchsetzen, und die Vorsprünge (41, 42) auf den Seiten der Kompressionsplatte (40) bzw. der ersten Endplatte (60), an denen sich die Betriebsmittelhauptkanäle (50) befinden, angeordnet sind.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompressionsplatte (40) bzw. die erste Endplatte (60) vier Vorsprünge (41, 42) umfasst, von denen jeweils zwei Vorsprünge (41, 42) an einander gegenüberliegenden Seiten der Kompressionsplatte (40) bzw. der ersten Endplatte (60) angeordnet sind.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen den Vorsprüngen (41, 42) der Kompressionsplatte (40) oder der ersten Endplatte (60) und den jeweils einem der Vorsprünge (41, 42) zugewandten Kanten (61, 62) der ersten Endplatte (60) bzw. der Kompressionsplatte (40) ein Spalt (90) ausgebildet ist, der nach einer vordefinierten konkaven Verbiegung der ersten Endplatte (60) geschlossen wird.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorsprünge (41, 42) dergestalt auf der Kompressionsplatte (40) oder der ersten Endplatte (60) angeordnet sind, dass die Vorsprünge (41, 42) mit den Seitenkanten der Kompressionsplatte (40) bzw. der ersten Endplatte (60) abschließen.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorsprünge (41, 42) eine halbkreisförmige oder eine halbelliptische Querschnittsfläche aufweisen.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Vorsprünge (41, 42) über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der Kompressionsplatte (40) bzw. der ersten Endplatte (60) erstrecken.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Endplatte (60) metallische Bereiche aufweist und die Vorsprünge (41, 42) angeordnet sind, bei einer konkaven Verbiegung der ersten Endplatte (60) die metallischen Bereiche zu kontaktieren.
Brennstoffzellenstapel (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorsprünge (41, 42) auf der Kompressionsplatte (40) angeordnet und der ersten Endplatte (60) zugewandt sind.