DE102020203683A1 - Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102020203683A1
DE102020203683A1 DE102020203683.7A DE102020203683A DE102020203683A1 DE 102020203683 A1 DE102020203683 A1 DE 102020203683A1 DE 102020203683 A DE102020203683 A DE 102020203683A DE 102020203683 A1 DE102020203683 A1 DE 102020203683A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
webs
overall channel
media
fuel cell
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020203683.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Arne Stephen Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020203683.7A priority Critical patent/DE102020203683A1/de
Publication of DE102020203683A1 publication Critical patent/DE102020203683A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Mediendurchführung in einem Brennstoffzellenstapel (3), wobei die Vorrichtung (1) einen Gesamtkanal (5) aufweist und der Gesamtkanal (5) durch mindestens zwei Stege (7) unterteilt ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel (3) umfassend die Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mediendurchführung in einem Brennstoffzellenstapel, wobei die Vorrichtung einen Gesamtkanal aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel umfassend die Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.
  • Unter anderem sind Protonenaustauschmembran(Proton Exchange Membrane = PEM)-Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt.
  • Ferner sind Festoxidbrennstoffzellen, die auch als solid oxide fuel cells (SOFC) bezeichnet werden, bekannt. SOFC-Brennstoffzellen besitzen eine höhere Betriebstemperatur und Abgastemperatur als PEM-Brennstoffzellen und finden insbesondere im stationären Betrieb Anwendung.
  • Brennstoffzellen weisen 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 zur Kathode gelangen. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zur Kathode.
  • Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
  • 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, der auch als Stack bezeichnet wird, angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.
  • Ein Brennstoffzellenstapel weist üblicherweise Endplatten auf, die die einzelnen Brennstoffzellen miteinander verpressen und dem Brennstoffzellenstapel Stabilität verleihen. Die Endplatten dienen auch als Pluspol beziehungsweise Minuspol des Brennstoffzellenstapels zum Ableiten des Stroms.
  • Die Elektroden, also die Anode und die Kathode, und die Membran können konstruktiv zu einer Membran-Elektroden-Anordnung zusammengefasst sein, die auch als Membrane Electrode Assembly (MEA) bezeichnet wird.
  • Brennstoffzellenstapel weisen ferner Bipolarplatten auf, die auch als Gasverteilerplatten bezeichnet werden. Bipolarplatten dienen zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode. Bipolarplatten weisen üblicherweise eine Oberflächenstruktur, beispielsweise kanalartige Strukturen, zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen auch zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers.
  • Zusätzlich können die Bipolarplatten Strukturen zur Durchleitung eines Kühlmediums durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen.
  • Neben der Medienführung bezüglich Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser gewährleisten die Bipolarplatten einen flächigen elektrischen Kontakt zur Membran.
  • Die Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel werden häufig über senkrecht zur Membran der Brennstoffzelle angeordnete Zuführkanäle beziehungsweise Abführkanäle mit den Medien, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff, versorgt. Auch werden Medien über diese Zuführkanäle beziehungsweise Abführkanäle abgeführt. Die Zuführkanäle beziehungsweise Abführkanäle sind durch Ports, die auch als Fluidanschlüsse bezeichnet werden können, mit der Brennstoffzelle, insbesondere mit der Bipolarplatte, verbunden.
  • Jede Brennstoffzelle im Brennstoffzellenstapel ist über die Ports üblicherweise mit den anderen Brennstoffzellen verbunden. Von den Ports werden die Medien durch Port-Durchführungen in das eigentliche sogenannte Flow Field, die aktive Fläche, der Bipolarplatte geführt.
  • Ein Brennstoffzellenstapel besteht typischerweise aus bis zu einigen Hundert einzelnen Brennstoffzellen, die lagenweise als sogenannte Sandwiches aufeinandergestapelt werden. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen eine MEA sowie jeweils eine Bipolarplattenhälfte auf der Anodenseite und auf der Kathodenseite auf.
  • Die Zuführkanäle bzw. Abführkanäle, die auch als Medienkanäle bezeichnet werden können, liegen für die Verteilung der von außerhalb des Brennstoffzellenstapels zugeführten und wieder nach außen abgeführten Betriebsmedien am Rand des Brennstoffzellenstapels. Die Zuführkanäle bzw. Abführkanäle verlaufen üblicherweise senkrecht durch die einzelnen Bipolarplatten und werden durch deckungsgleich übereinander angeordnete Aussparungen, die die Ports bilden, erzeugt.
  • Insbesondere die zur MEA zeigenden Port-Durchführungen für Luft und Wasserstoff sind derart zu gestalten, dass die Port-Durchführungen einerseits eine möglichst große Öffnung für die einströmenden und ausströmenden Medien bereitstellen und andererseits eine möglichst gute Stützwirkung für auf der Gegenseite der MEA angeordnete Dichtungen bieten.
  • Typische Ausgestaltungen von Port-Durchführungen sind beispielsweise in eine Sicke geschnittene Öffnungen oder geprägte Stützstrukturen, die mit einem Blech als Einlegeteil überbrückt werden.
  • Im erstgenannten Beispiel werden im Wesentlichen mittels Laser die Öffnungen in eine quer über den Porteingang verlaufende Sicke geschnitten. Hierdurch wird eine gute Stützwirkung erzielt, jedoch ist der mögliche offene Querschnitt für die durchströmenden Medien stark limitiert.
  • Im zweiten Beispiel wird die Port-Durchführung durch geprägte oder angespritzte Stützstrukturen gebildet, die mit einem darauf platzierten Einlegeteil, das als eine sogenannte Brücke dient, kombiniert werden. Diese Ausführung bietet einen verhältnismäßig großen offenen Querschnitt zur Durchströmung mit den Medien und eine akzeptable Stützwirkung, jedoch wird ein zusätzliches Einlegeteil benötigt, was prozesstechnische Nachteile impliziert.
  • In einer dritten Variante können die Stützstrukturen gemäß dem zweiten Beispiel auch ohne das zusätzliche Einlegeteil eingesetzt werden, hierbei ist jedoch die Stützwirkung bezüglich der gegenüberliegenden Dichtung deutlich reduziert.
  • DE 11 2015 001 281 T5 beschreibt ein elektrochemisches System, enthaltend zumindest eine Endplatte, eine Abschlussbipolarplatte sowie mindestens eine zwischen Endplatte und Abschlussbipolarplatte angeordnete Dichtung. Es sind Bipolarplatten offenbart, die Öffnungen aufweisen, durch die Medien, Reaktionsprodukte und/oder Kühlmittel zu den zwischen benachbarten Bipolarplatten angeordneten elektrochemischen Zellen geleitet oder von diesen weggeführt werden können. Die Endplatte kann Durchgangsbohrungen zum Zuführen solcher Fluide zu Ports des Stapels aufweisen. Die Durchgangsbohrungen können einen Verstärkungseinsatz, zum Beispiel aus Metall, enthalten, der sich im Wesentlichen parallel zur Stapelachse erstreckt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird eine Vorrichtung zur Mediendurchführung in einem Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung einen Gesamtkanal aufweist und der Gesamtkanal durch mindestens zwei Stege unterteilt ist.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:
    1. a) Stanzen und Prägen eines plattenförmigen Werkstücks, so dass der Gesamtkanal erzeugt wird, wobei zumindest Teile des plattenförmigen Werkstücks eine Wand, insbesondere eine umlaufende Wand, des Gesamtkanals bilden und
    2. b) Erzeugen der mindestens zwei Stege durch Ausstanzen der Wand.
  • Die Vorrichtung zur Mediendurchführung kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das Feinstanzen und Prägen umfasst.
  • Darüber hinaus ist die Erfindung auf einen Brennstoffzellenstapel gerichtet, der mindestens eine Membran-Elektroden-Anordnung, mindestens eine Bipolarplatte, bevorzugt mindestens zwei Bipolarplatten, mindestens einen Port und mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst, wobei die Vorrichtung zur Mediendurchführung an dem mindestens einen Port und zwischen der mindestens einen Membran-Elektroden-Anordnung und der mindestens einen Bipolarplatte angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung zur Mediendurchführung ist bevorzugt einstückig ausgeführt.
  • Das plattenförmige Werkstück ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, weiter bevorzugt aus Metall, aufgebaut. Insbesondere ist das plattenförmige Werkstück ein Blech. Beim Erzeugen des Gesamtkanals in Schritt a) wird aus dem plattenförmigen Werkstück, eine Brücke, also ein Streifen, der aus der planaren Ebene des Werkstücks heraustritt, geprägt beziehungsweise gestanzt, so dass Medien durch den Gesamtkanal, insbesondere zwischen der Brücke und der planaren Ebene des ursprünglichen Werkstücks hindurchströmen können. Die Medien sind insbesondere Wasserstoff, Luft, Wasser und/oder ein Kühlmedium.
  • Die mindestens zwei Stege können auch als Fähnchen bezeichnet werden und dienen insbesondere der Stütze von Dichtungen, die auf der gegenüberliegenden Seite der MEA angeordnet sind. In dem Gesamtkanal sind bevorzugt 2 bis 20, weiter bevorzugt 5 bis 10, zum Beispiel 7 Stege angeordnet. Die mindestens zwei Stege sind bevorzugt als flächiges beziehungsweise plattenförmiges Bauteil ausgeführt. Die Anzahl der Stege sowie die Stärke des plattenförmigen Werkstücks, aus dem die Stege gefertigt sind, also die Breite der Stege, die auch als Dicke der Stege bezeichnet werden kann, bestimmen die Größe des offenen Querschnitts des Gesamtkanals.
  • Die mindestens zwei Stege bilden bevorzugt eine Verbindung zwischen der planaren Ebene des plattenförmigen Werkstücks und der ausgestanzten Brücke. Weiter bevorzugt stellen die mindestens zwei Stege eine mechanische Verbindung zur Kraftübertragung, insbesondere zur Druckübertragung, zwischen der mindestens einen Bipolarplatte und der mindestens einen MEA dar, zwischen denen die Vorrichtung zur Mediendurchführung angeordnet ist.
  • Der Gesamtkanal weist bevorzugt zwei große Seitenflächen und zwei kleine Seitenflächen auf. Weiter bevorzugt verbinden die mindestens zwei Stege eine erste große Seitenfläche mit einer zweiten großen Seitenfläche. Insbesondere sind die mindestens zwei Stege im Wesentlichen orthogonal zur ersten großen Seitenfläche und/oder zweiten großen Seitenfläche angeordnet. Im Wesentlichen orthogonal ist dahingehend zu verstehen, dass die mindestens zwei Stege jeweils mit der ersten großen Seitenflächen und/oder der zweiten großen Seitenfläche einen Winkel in einem Bereich von 45° bis 135°, weiter bevorzugt von 70° bis 110°, zum Beispiel 90°, einschließen.
  • Bevorzugt sind die mindestens zwei Stege im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Im Wesentlichen parallel ist dahingehend zu verstehen, dass die mindestens zwei Stege einen Winkel von weniger als 30°, weiter bevorzugt weniger als 10°, zum Beispiel 0° einschließen.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die mindestens zwei Stege im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung der Medien im Gesamtkanal, insbesondere einer Hauptströmungsrichtung, ausgerichtet sind.
  • Bevorzugt weisen die mindestens zwei Stege jeweils einen Umfang auf, wobei der Umfang zu einem Anteil von weniger als 98 %, mehr bevorzugt zu einem Anteil in einem Bereich von 50% bis 97%, weiter bevorzugt in einem Bereich von 50% bis 95% insbesondere in einem Bereich von 75% bis 90%, bezogen auf eine Gesamtlänge des Umfangs, ausgestanzt ist beziehungsweise wird. Weiter bevorzugt haben die mindestens zwei Stege jeweils eine rechteckige Umfangsform.
  • Weiter werden die mindestens zwei Stege bevorzugt durch Biegen in dem Gesamtkanal angeordnet, insbesondere werden die mindestens zwei Stege an dem nicht ausgestanzten Teil des Umfangs in den Gesamtkanal gebogen.
  • Bevorzugt weist eine der beiden großen Seitenflächen des Gesamtkanals mindestens zwei Aussparungen auf, aus denen jeweils einer der mindestens zwei Stege ausgestanzt wurde. Die mindestens zwei Aussparungen sind bevorzugt jeweils an einem der mindestens zwei Stege angeordnet. Weiter bevorzugt weist jeweils eine der mindestens zwei Aussparungen mit einem der mindestens zwei Stege einen gemeinsamen Umfangsabschnitt auf.
  • Bevorzugt besitzt der Gesamtkanal eine größere Breite als Länge und weiter bevorzugt unterteilen die mindestens zwei Stege die Breite des Gesamtkanals.
  • Die mindestens zwei Stege weisen bevorzugt jeweils eine Steglänge auf, wobei die Steglänge kürzer ist als die Länge des Gesamtkanals. Entsprechend ist der Gesamtkanal bevorzugt auf seiner Länge durch einen Steg jeweils nur teilweise unterteilt.
  • Die mindestens zwei Stege können nebeneinander oder hintereinander in dem Gesamtkanal angeordnet sein. Sind in dem Gesamtkanal mindestens drei Stege angeordnet, so können jeweils zwei Stege der mindestens drei Stege hintereinander beziehungsweise nebeneinander angeordnet sein.
  • Die Steglänge ist bevorzugt kürzer als die Hälfte der Länge des Gesamtkanals und weiter bevorzugt sind zwei der mindestens zwei Stege in der Strömungsrichtung im Gesamtkanal hintereinander angeordnet. Insbesondere sind die zwei der mindestens zwei Stege auf einer Geraden angeordnet, die im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Die mindestens zwei Aussparungen, die jeweils den zwei der mindestens zwei Stegen zugeordnet sind, sind bevorzugt auf unterschiedlichen Seiten der Geraden angeordnet.
  • Bevorzugt weisen die mindestens zwei Stege jeweils eine Steglänge in einem Bereich von 0,2 mm bis 10,0 mm auf. Weiter weisen die mindestens zwei Stege bevorzugt jeweils eine Stegbreite von weniger als 2 mm auf.
  • Bevorzugt weisen die mindestens zwei Stege jeweils eine Steghöhe auf, wobei die Steghöhe weiter bevorzugt mindestens so groß ist wie eine Höhe des Gesamtkanals. Die mindestens zwei Stege erstrecken sich insbesondere über die gesamte Höhe des Gesamtkanals, so dass die mindestens zwei Stege als Stütze zwischen der mindestens einen Bipolarplatte und der mindestens einen MEA wirken können. Die Höhe wird insbesondere im Wesentlichen parallel zu einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels gemessen. Die Steghöhe beträgt bevorzugt 0,3 mm bis 1,0 mm. Die Steghöhe kann auch größer als die Höhe des Gesamtkanals sein. In diesem Fall sind die mindestens zwei Stege in einem bevorzugt gebogenen Zustand in dem Gesamtkanal angeordnet. Die Höhe des Gesamtkanals und damit auch die Steghöhe ist abhängig von einer Höhe des Flow Fields der mindestens einen Bipolarplatte sowie einer Dicke der MEA.
  • Weiter sind die mindestens zwei Stege bevorzugt in einem Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand zwischen den mindestens zwei Stegen beträgt bevorzugt 0,3 mm bis 2 mm. Der Abstand wird insbesondere im Wesentlichen orthogonal zu der Strömungsrichtung in dem Gesamtkanal gemessen.
  • Der Abstand zwischen den mindestens zwei Stegen wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Anordnungsmuster der mindestens zwei Stege sowie der Höhe des Gesamtkanals gewählt. Das Anordnungsmuster der mindestens zwei Stege kann regelmäßig oder unregelmäßig sein.
  • Als Anordnungsmuster der mindestens zwei Stege können die mindestens zwei Stege zum Beispiel in zwei Reihen angeordnet sein, die bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen weiteren Abstand zueinander aufweisen. Der weitere Abstand wird insbesondere im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung in dem Gesamtkanal gemessen. Insbesondere sind jeweils zwei Stege, die jeweils einer der beiden Reihen angehören, entlang der Geraden, die im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung in dem Gesamtkanal angeordnet ist, angeordnet.
  • Die mindestens zwei Stege können auch in nur einer Reihe und dabei bevorzugt in einem Versatz zueinander angeordnet sein.
  • Vorteile der Erfindung
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mediendurchführung werden gleichzeitig ein großer offener Querschnitt zur Durchführung der Medien sowie eine sehr gute und gleichmäßige Stützwirkung für Dichtungen im Brennstoffzellenstapel bereitgestellt.
  • Eine Verblockung des offenen Querschnitts durch erforderliche Stützen in der Vorrichtung wird minimiert.
  • Ferner ist die Anordnung der mindestens zwei Stege in zwei parallel verlaufenden Reihen dahingehend vorteilhaft, dass sich in der Mitte des Gesamtkanals ein in Längsrichtung durchgängiger Bereich zur Abstützung für die der MEA gegenüberliegende Dichtung ergibt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 einen Brennstoffzellenstapel,
    • 2 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte,
    • 3 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Mediendurchführung gemäß dem Stand der Technik,
    • 4 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Mediendurchführung gemäß dem Stand der Technik,
    • 5 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mediendurchführung und
    • 6 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mediendurchführung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 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.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 3 mit mehreren Brennstoffzellen 49 und einer Stapelrichtung 38. Jede Brennstoffzelle 49 weist eine Membran 35, zwei Gasdiffusionslagen 37, eine Anodenseite 39 und eine Kathodenseite 41 auf. Die einzelnen Brennstoffzellen 49 sind durch Bipolarplatten 27, die eine Kühlplatte 43 umfassen können, voneinander abgegrenzt. Der Brennstoffzellenstapel 3, dem Wasserstoff und Sauerstoff sowie ein Kühlmedium zugeführt werden, wird durch zwei Endplatten 45 abgeschlossen und weist Stromsammler 47 auf.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte 27, die Ports 29 zur Zuführung beziehungsweise Abführung von Medien 56 zu beziehungsweise von den Endplatten 45 des Brennstoffzellenstapels 3 aufweist. Die Ports 29 bilden Kanäle, die parallel zu der Stapelrichtung 38 des Brennstoffzellenstapels 3 verlaufen. Um von den Ports 29 zu einer aktiven Fläche 54 der Bipolarplatte 27 zu gelangen, werden die Medien 56 durch eine Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung geführt, die jeweils an den Ports 29 angeordnet ist.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung gemäß dem Stand der Technik. Die Medien 56 werden durch Öffnungen 58 geführt, die in einer Sicke 60 angeordnet sind. Eine Öffnungsfläche zur Mediendurchführung besteht lediglich aus der Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen 58.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung gemäß dem Stand der Technik. Geprägte Stützstrukturen 62 werden mit einem Einlegeteil 64 überbrückt. Die Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung ist in dieser dargestellten Ausführungsform entsprechend mehrstückig ausgeführt.
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung. Die Vorrichtung 1 weist einen Gesamtkanal 5 auf, in dem Stege 7 angeordnet sind. Die Stege 7 unterteilen den Gesamtkanal 5.
  • Der Gesamtkanal 5 hat eine Breite 9 und eine Länge 11 und die Stege 7 haben eine Steglänge 13 und eine Steghöhe 21. Die Steglänge 13 ist kleiner als die Länge 11 des Gesamtkanals 5. Weiterhin besitzen die Stege 7 einen Umfang 52 und sind parallel zu einer Strömungsrichtung 15 der Medien 56 angeordnet.
  • Die Vorrichtung 1 wurde durch Prägen und Stanzen eines plattenförmigen Werkstücks 31 hergestellt, wobei Teile 33 des plattenförmigen Werkstücks 31 eine Wand 50 des Gesamtkanals 5 bilden. Die Wand 50 weist zwei kleine Seitenflächen 72 und zwei große Seitenflächen 70 auf. Aus der Wand 50 wurden darüber hinaus die Stege 7 ausgestanzt, so dass Aussparungen 66 verbleiben.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Stege 7 in zwei parallelen Reihen angeordnet, wobei jeweils zwei Stege 7 auf einer Geraden 68, die parallel zur Strömungsrichtung 15 ausgerichtet ist, angeordnet sind.
  • 6 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung gemäß 5. Die Vorrichtung 1 zur Mediendurchführung ist zwischen einer Bipolarplatte 27 und einer Membran-Elektroden-Anordnung 25 angeordnet. Die Stege 7 mit einer Stegbreite 17 sind in einem Abstand 19 voneinander angeordnet. Die Steghöhe 21 ist in der dargestellten Ausführungsform gleich einer Höhe 23 des Gesamtkanals 5.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112015001281 T5 [0022]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zur Mediendurchführung in einem Brennstoffzellenstapel (3), wobei die Vorrichtung (1) einen Gesamtkanal (5) aufweist und der Gesamtkanal (5) durch mindestens zwei Stege (7) unterteilt ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtkanal (5) eine größere Breite (9) als Länge (11) besitzt und die mindestens zwei Stege (7) die Breite (9) des Gesamtkanals (5) unterteilen.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stege (7) jeweils eine Steglänge (13) aufweisen und die Steglänge (13) kürzer ist als die Länge (11) des Gesamtkanals (5).
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steglänge (13) kürzer ist als die Hälfte der Länge (11) des Gesamtkanals (5) und zwei der mindestens zwei Stege (7) in einer Strömungsrichtung (15) im Gesamtkanal (5) hintereinander angeordnet sind.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stege (7) jeweils eine Steglänge (13) in einem Bereich von 0,2 mm bis 10,0 mm aufweisen.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (19) zwischen den mindestens zwei Stegen (7) 0,3 mm bis 2 mm beträgt.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stege (7) jeweils eine Steghöhe (21) aufweisen, wobei die Steghöhe (21) mindestens so groß ist wie eine Höhe (23) des Gesamtkanals (5).
  8. Brennstoffzellenstapel (3) umfassend mindestens eine Membran-Elektroden-Anordnung (25), mindestens eine Bipolarplatte (27), mindestens einen Port (29) und mindestens eine Vorrichtung (1) zur Mediendurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (1) zur Mediendurchführung an dem mindestens einen Port (29) und zwischen der mindestens einen Membran-Elektroden-Anordnung (25) und der mindestens einen Bipolarplatte (27) angeordnet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte: c) Stanzen und Prägen eines plattenförmigen Werkstücks (31), so dass der Gesamtkanal (5) erzeugt wird, wobei zumindest Teile (33) des plattenförmigen Werkstücks (31) eine Wand (50) des Gesamtkanals (5) bilden und d) Erzeugen der mindestens zwei Stege (7) durch Ausstanzen der Wand (50).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stege (7) jeweils einen Umfang (52) aufweisen und der Umfang (52) zu einem Anteil von weniger als 98%, bezogen auf eine Gesamtlänge des Umfangs (52), ausgestanzt wird und die mindestens zwei Stege (7) durch Biegen in dem Gesamtkanal (5) angeordnet werden.
DE102020203683.7A 2020-03-23 2020-03-23 Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung Pending DE102020203683A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203683.7A DE102020203683A1 (de) 2020-03-23 2020-03-23 Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203683.7A DE102020203683A1 (de) 2020-03-23 2020-03-23 Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020203683A1 true DE102020203683A1 (de) 2021-09-23

Family

ID=77552394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020203683.7A Pending DE102020203683A1 (de) 2020-03-23 2020-03-23 Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020203683A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163631A1 (de) 2001-12-21 2003-07-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle
US20080050639A1 (en) 2006-08-23 2008-02-28 Michael Medina Bipolar flow field plate assembly and method of making the same
US20080070080A1 (en) 2004-12-16 2008-03-20 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel Cell Separator
US20110207018A1 (en) 2009-09-16 2011-08-25 Panasonic Corporation Solid polymer fuel cell
DE112015001281T5 (de) 2014-03-18 2017-01-19 Reinz-Dichtungs-Gmbh Elektrochemisches System
DE102017101770A1 (de) 2016-02-09 2017-08-10 GM Global Technology Operations LLC Abdichtungsmaterial mit latenten haftungseigenschaften sowie ein verfahren zur abdichtung von brennstoffzellkomponenten mit demselben

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163631A1 (de) 2001-12-21 2003-07-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle
US20080070080A1 (en) 2004-12-16 2008-03-20 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel Cell Separator
US20080050639A1 (en) 2006-08-23 2008-02-28 Michael Medina Bipolar flow field plate assembly and method of making the same
US20110207018A1 (en) 2009-09-16 2011-08-25 Panasonic Corporation Solid polymer fuel cell
DE112015001281T5 (de) 2014-03-18 2017-01-19 Reinz-Dichtungs-Gmbh Elektrochemisches System
DE102017101770A1 (de) 2016-02-09 2017-08-10 GM Global Technology Operations LLC Abdichtungsmaterial mit latenten haftungseigenschaften sowie ein verfahren zur abdichtung von brennstoffzellkomponenten mit demselben

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006009844A1 (de) Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102014206335A1 (de) Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
DE202018104628U1 (de) Elektrochemisches System
DE112005001770B4 (de) Separatorplatte für eine PEM-Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren
WO2018108546A2 (de) Verfahren zur herstellung einer bipolarplatte, bipolarplatte für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle
DE102015214517A1 (de) Bipolarplatte und Membran-Elektroden-Einheit für eine in einem Brennstoffzellenstapel angeordnete Brennstoffzelle, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE102019218380A1 (de) Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102014202215A1 (de) Brennstoffzellenstapel sowie Verfahren zu seiner Montage
DE102018200846A1 (de) Brennstoffzellenplatte, Bipolarplatte und Brennstoffzellenaufbau
DE102022000581B3 (de) Brennstoffzelle
DE10233982B4 (de) Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
WO2022111922A1 (de) Bipolarplatte für eine elektrochemische zelle, anordnung elektrochemischer zellen und verfahren zum betrieb der anordnung elektrochemischer zellen
EP3516719A1 (de) Brennstoffzelle
DE102020203683A1 (de) Vorrichtung zur Mediendurchführung und Verfahren zur Herstellung
DE102020215014A1 (de) Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle
WO2022111924A1 (de) Bipolarplatte für eine elektrochemische zelle, anordnung elektrochemischer zellen und verfahren zum betrieb einer anordnung elektrochemischer zellen
DE102020128043A1 (de) Bipolarplatte mit integriertem Kühlmittelkanal
DE102020213574A1 (de) Verteilerplatte für eine elektrochemische Zelle, elektrochemische Zelle und Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Zelle
WO2016113055A1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen
DE102019203321A1 (de) Brennstoffzellenplatte, Brennstoffzellenaufbau und Brennstoffzellensystem
EP3552262A1 (de) Brennstoffzelle
DE102021209735A1 (de) Verteilerplatte für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle
DE102019220604A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Medienverteilung in einer Bipolarplatte
DE102020213580A1 (de) Verteilerplatte für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle
DE102015223930A1 (de) Bipolarplatte sowie Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified