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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Separatorstrukturvorrichtung für eine Bipolarplatte von Brennstoffzellen, eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffzelle zum Bereitstellen elektrischer Energie sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Separatorstrukturvorrichtung.
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Stand der Technik
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Bipolarplatten weisen in der Regel Strukturen auf, welche dazu geeignet sind, Medien, z.B. den Brennstoff oder Kühlmittel, möglichst gleichmäßig über eine Fläche zu verteilen. Hierfür sind zumeist Verteilerstrukturen vorgesehen, welche bspw. als geprägtes Blech ausgebildet sein können und Fluide über eine definierte Fläche, in der Regel durch Kanalstrukturen, verteilen. Dabei müssen die Bipolarplatten für effektivere Brennstoffzellen immer höhere Anforderungen bspw. in Bezug auf Festigkeit und Homogenität der Verteilung erfüllen.
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Dabei kann es insbesondere vorkommen, dass unterschiedliche Anforderungen bezüglich der einzelnen Medien und/oder Seiten einer Bipolarplatte bestehen, welche auch gegenläufig und möglicherweise unvereinbar sind, bspw. nach einer erhöhten Festigkeit bei ebenfalls verringertem Gewicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Separatorstrukturvorrichtung für eine Bipolarplatte von Brennstoffzellen, aufweisend eine formfeste Separatorstruktur mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite, sowie eine elektrische Durchkontaktierung in der Separatorstruktur, welche die Anodenseite mit der Kathodenseite verbindet, vorgesehen. Die Separatorstrukturvorrichtung ermöglicht so eine besonders große Variabilität bei der Fertigung von Bipolarplatten bzw. Brennstoffzellen. Dabei stellt die formfeste Separatorstruktur der Separatorstrukturvorrichtung eine Art Armierung dar, wie sie etwa bei Stahlbeton vorgesehen ist. Auf diese Separatorstruktur können dann weitere Bestandteile aufgebracht werden, die zur Herstellung der Bipolarplatte nötig sind. Ebenfalls möglich ist es, mehrere Separatorstrukturvorrichtungen miteinander zu kombinieren. Die Durchkontaktierung der Anodenseite und der Kathodenseite ermöglicht es dabei, die beiden Seiten der Separatorstruktur elektrisch miteinander zu verbinden. So wäre eine elektrisch leitende Verteilerstruktur auf einer Seite, z.B. der Anodenseite der Separatorstruktur, bspw. mit einer weiteren Verteilerstruktur, z.B. einer Verteilerstruktur für das Kühlmittel auf der Kathodenseite der Separatorstruktur, elektrisch verbindbar. Eine weitere Separatorstruktur kann weitere Verteilerstrukturen für Kühlmittel oder etwa für eine Kathodenverteilerstruktur aufweisen, welche über die Durchkontaktierungen und/oder den elektrisch leitenden Verteilerstrukturen miteinander verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Separatorstruktur ist formfest. Mit anderen Worten handelt es sich dabei um einen Festkörper, welcher unterschiedliche Formen aufweisen kann und mit anderen Festkörpern, insbesondere Verteilerstrukturen, verbindbar ist. Dabei kann die Separatorstruktur flexibel ausgebildet sein; insbesondere kann vorgesehen sein, dass sie in einer Erstreckungsrichtung steif und in einer anderen Erstreckungsrichtung flexibel ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Separatorstruktur flächig, insbesondere rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Separatorstruktur eine Seite haben, die wesentlich kürzer als die anderen beiden Raumerstreckungen ist, wobei insbesondere die längeren Raumerstreckungen zueinander im rechten Winkel ausgebildet sein können. Dadurch wird ermöglicht, dass die Separatorstruktur mit neuen, aber auch bestehenden Konzepten von Verteilerstrukturen verbindbar ist und diese, ohne einen größeren Bauraum zu beanspruchen als herkömmliche Bipolarplatten, aufnehmen kann.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Separatorstrukturvorrichtung beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte und/oder der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Weiterhin kann bei der Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass die Separatorstruktur aus einem Kunststoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff und/oder einen Elastomer besteht. Dabei ist „besteht aus“ so zu verstehen, dass der wesentliche Hauptbestandteil der Separatorstrukturvorrichtung ein Kunststoff ist. Kunststoffe sind in der Regel besonders leicht und/oder weisen ein besonders gutes Stärke zu Gewicht Verhältnis auf. Thermoplasten lassen sich besonders einfach verarbeiten und in die gewünschte Form bringen. Elastomere sind besonders flexibel und können sich selbst bei größeren Verformungen wieder in die ursprüngliche Form zurückformen. Mit anderen Worten lässt sich durch die Verwendung von Kunststoffen für die Separatorstruktur ein besonders hoher Grad an Flexibilität in der Ausgestaltung und der Anpassung an Anforderungen erreichen.
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Ebenfalls kann bei einer Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass die Separatorstruktur ein Netz und/oder Gewebe und/oder eine perforierte Folie aufweist, wobei die elektrische Durchkontaktierung in den Maschen des Netzes und/oder Gewebes und/oder der Perforationen der Folie angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache Fertigung ermöglicht, da Separatorstrukturdurchgänge, durch welche die elektrische Kontaktierung der Anoden- mit der Kathodenseite erfolgt, im Falle von Netz und Gewebe schon bei Fertigung vorhanden sind oder im Falle der Folie besonders einfach durch eine Perforation angelegt werden.
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Bei einer Separatorstrukturvorrichtung ist weiterhin denkbar, dass wenigstens eine elektrisch leitende Verteilerstruktur an der Anodenseite und/oder an der Kathodenseite angeordnet ist. Verteilerstruktur meint eine formfeste Struktur, welche geeignet ist, die Strömungsrichtung eines Fluides in eine vorbestimmte Richtung zu lenken und das Fluid an bestimmten Positionen abzugeben. Die Verteilerstruktur kann als zumindest ein Kanal ausgebildet sein, welcher über eine Seite der Separatorstruktur verläuft. Der Kanal kann zumindest tlw. offen sein, sodass ein Fluid an vordefinierten Stellen in den Kanal ein- oder ausströmen kann.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Kanäle die Verteilerstruktur bilden, welche nicht untereinander fluidverbunden sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die formfeste Separatorstruktur auf der Anodenseite mit einer Anodenverteilerstruktur und/oder Anodenkühlmittelverteilerstruktur und/oder Kathodenseite mit einer Kathodenverteilerstruktur und/oder einer Kathodenkühlmittelverteilerstruktur verbindbar ist. Die Anodenverteilerstruktur erlaubt das Verteilen von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, in Richtung einer Elektrolytmembran. Die Kathodenverteilerstruktur erlaubt das Verteilen eines Reaktionspartners, insbesondere Luft oder Sauerstoff in Richtung der Elektrolytmembran. Anstatt oder zusätzlich zur Anoden- oder Kathodenverteilerstruktur kann eine Anoden- oder Kathodenkühlmittelverteilerstruktur vorgesehen sein, welche dazu geeignet ist Kühlmittel innerhalb auf einer Seite der Separatorstruktur zu verteilen. Anoden-, Kathoden-, Anodenkühlmittel-, und Kathodenkühlmittelverteilerstrukturen sind also spezielle Verteilerstrukturen. Die Separatorstruktur muss also nicht zwangsläufig auf der Anodenseite eine Anodenverteilerstruktur und auf der Kathodenseite eine Kathodenverteilerstruktur aufweisen. Es kann bspw. ebenso vorgesehen sein, dass nur auf der Kathodenseite oder auf der Anodenseite eine Kathoden- oder Anodenverteilerstruktur und auf der gegenüberliegenden Anoden- oder Kathodenseite eine Kühlmittelverteilerstruktur vorgesehen ist.
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Vorteilhaft kann bei einer Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass die Verteilerstruktur eine Verteilerunterstruktur aufweist, welche auf der Seite der Verteilerstruktur angeordnet ist, welche der Separatorstruktur abgewandt ist. Mit anderen Worten können Verteilerstrukturen unterschiedlicher Größe vorgesehen sein, wobei die Verteilerstruktur insbesondere zumindest eine Größenordnung größer ist als die der Verteilerunterstruktur. Bspw. kann vorgesehen sein, dass die Verteilerstruktur eine Größe von 1 mm aufweist, und diese mit einer Verteilerunterstruktur versehen sind, welche eine Größe von 0,1 mm aufweisen. Dies ermöglicht eine noch größere Auswahl an Anpassungsmöglichkeiten an Voraussetzungen der Bipolarplatte bzw. Brennstoffzelle.
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Es kann bei einer Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass die Separatorstruktur zumindest einen elektrischen Abgriffskontakt aufweist. Mit anderen Worten kann ein elektrischer Kontakt an der Separatorstruktur vorgesehen sein, an welchem die Spannung, die an der Separatorstruktur anliegt, abgegriffen werden kann. Dadurch kann an jeder solchen Separatorstruktur die Spannung gemessen und/oder die Leistung einer entsprechenden Brennstoffzelle abgegriffen werden.
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Weiter ist es bei einer Separatorstrukturvorrichtung denkbar, dass die Separatorstrukturvorrichtung ferner einen Rahmen aufweist, welcher die Separatorstruktur trägt. Mit anderen Worten kann die Separatorstruktur in einem formfesten, die Separatorstruktur umgebenden Element verspannt sein. Dies bietet den Vorteil, dass mehr Freiheiten bei Wahl der Ausgestaltung der Separatorstruktur bestehen. Weiterhin kann die Fertigung vereinfacht und eine größere Stabilität der Separatorstrukturvorrichtung gewährleistet werden.
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Ebenfalls kann bei einer Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass der Rahmen zumindest ein Verbindungselement aufweist. Dieses kann so ausgebildet sein, dass es in ein entsprechendes Gegenverbindungselement in einem weiteren Rahmen eingreifen kann. Bspw. kann das Verbindungselement als Vorsprung und das Gegenverbindungselement als Ausnehmung ausgebildet sein. Hierdurch kann eine falsche Montage ausgeschlossen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle vorgesehen, wobei die Bipolarplatte zwei aneinander angeordnete erfindungsgemäße Separatorstrukturvorrichtungen aufweist. Die Bipolarplatte bietet dabei die gleichen Vorteile, welche im Zusammenhang mit der Separatorstrukturvorrichtung beschrieben wurden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte zumindest eine Verteilerstruktur, insbesondere zumindest eine Verteilerstruktur pro Separatorstrukturvorrichtung aufweist. Die Verteilerstrukturen können sich dabei voneinander unterscheiden, insbesondere können auf der Anodenseite und der Kathodenseite der Separatorstrukturvorrichtungen je zwei unterschiedliche Verteilerstrukturen vorgesehen sein.
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Weiterhin kann die Bipolarplatte steifigkeitsverstärkende Strukturen, insbesondere mit Metall und/oder Kompositmaterial und/oder Kunststoff aufweisen. Dies bietet den Vorteil, dass eine derartige Bipolarplatte besonders leicht ist und ein besonders gutes Stärke zu Gewicht Verhältnis aufweist.
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Ebenfalls kann bei der Bipolarplatte vorgesehen sein, dass die Verteilerstruktur graphitisches Material aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass eine gute Leitfähigkeit, sowohl elektrisch als auch thermisch, der Verteilerstruktur und der Bipolarplatte insgesamt sichergestellt werden kann. Darüber hinaus ist eine derartige Verteilerstruktur auch korrosionsbeständig und erlaubt fertigungstechnisch komplexe Geometrien. Die gegenüber geprägten Blechen zumeist geringere Stabilität wird durch die Verwendung der Separatorstruktur zumindest ausgeglichen.
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Bei der Bipolarplatte kann vorgesehen sein, zwischen den beiden Separatorstrukturvorrichtungen Kühlkanäle ausgebildet sind, welche insbesondere durch wenigstens eine Verteilerstruktur gebildet sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte ein Kühlsystem aufweist, welches geeignet ist, die Bipolarplatte auf eine bestimmte Temperatur einzustellen. Insbesondere können dabei zumindest tlw. offene Kanäle vorgesehen sein, welche sich zwischen den zumindest zwei Separatorstrukturvorrichtungen befinden. Hierdurch wird ermöglicht, die Bipolarplatte besonders effektiv zu temperieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzelle zum Bereitstellen elektrischer Energie, insbesondere für Fahrzeuge, aufweisend zumindest eine erste und eine zweite erfindungsgemäße Separatorstrukturvorrichtung, wobei zwischen der ersten und der zweiten Separatorstrukturvorrichtung eine Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet ist.
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Damit bringt die erfindungsgemäße Brennstoffzelle die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Separatorstrukturvorrichtung beschrieben worden sind.
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Es kann bei der Brennstoffzelle vorgesehen sein, dass die Separatorstrukturvorrichtung einen Rahmen aufweist, welcher die Separatorstruktur trägt, wobei die Stärke der Verteilerstruktur um die Stärke einer mit der Verteilerstruktur verbindbaren Membran-Elektroden-Anordnung herabgesetzt ist, sodass die Membran-Elektroden-Anordnung vom Rahmen bündig tragbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Separatorstrukturvorrichtung, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer Separatorstruktur mit einer Anodenseite und einer Kathodenseite, wobei die Separatorstruktur eine elektrische Durchkontaktierung aufweist, welche die Anodenseite mit der Kathodenseite verbindet;
- b) Aufbringen wenigstens einer Verteilerstruktur auf der Anodenseite und/oder der Kathodenseite der Separatorstruktur zur Herstellung der Separatorstrukturvorrichtung;
beansprucht.
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Das Verfahren bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die Separatorstrukturvorrichtung beschrieben worden sind.
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Vorteilhaft kann beim Verfahren zum Herstellen einer Separatorstrukturvorrichtung vorgesehen sein, dass die zumindest eine Verteilerstruktur mittels Gießformen auf die Separatorstruktur aufgebracht wird, wobei insbesondere thermohärtbare Graphitkomposite als Gussmasse verwendet werden. Dies ermöglicht eine besonders wirtschaftliche und verfahrenstechnisch einfache Fertigung.
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Ebenfalls kann beim Verfahren vorgesehen sein, dass die zumindest eine Verteilerstruktur mittels Spritzguss auf die Separatorstruktur aufgebracht wird, wobei insbesondere ein thermoplastischer Komposit als Spritzgussmasse verwendet wird. Dies bietet den Vorteil, dass auch hohe Stückzahlen mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden können.
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Weiterhin kann beim Verfahren vorgesehen sein, dass die zumindest eine Verteilerstruktur mittels Heißpressen auf die Separatorstruktur aufgebracht wird, wobei insbesondere die Separatorstruktur mit einem thermoformbaren Kompositfilm laminiert wird. Dies ermöglicht ebenfalls eine besonders wirtschaftliche und verfahrenstechnisch einfache Fertigung.
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Die Verfahrensschritte können dabei zumindest tlw. gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ablaufen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht auf die durch die Nummerierung definierte Reihenfolge begrenzt ist, sodass einzelne Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge durchführbar sind.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ansicht einer Bipolarplatte mit Separatorstrukturvorrichtungen,
- 2 eine Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung mit einer von einem Rahmen gehaltenen Separatorstruktur ohne Verteilerstruktur,
- 3 eine Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung mit einer von einem Rahmen gehaltenen Separatorstruktur mit zwei Verteilerstrukturen,
- 4 eine weitere Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung mit einer von einem Rahmen gehaltenen Separatorstruktur ohne Verteilerstruktur,
- 5 eine weitere Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung mit einer von einem Rahmen gehaltenen Separatorstruktur mit zwei Verteilerstrukturen,
- 6 Ansichten zweier Separatorstrukturvorrichtungen vor und nach dem Verbinden zu einer Bipolarplatte,
- 7 eine Separatorstrukturvorrichtung mit Abgriffskontakt,
- 8 einen Schnitt einer Bipolarplatte mit Separatorstruktur,
- 9 einen weiteren Schnitt einer Bipolarplatte mit Separatorstrukturdurchgängen,
- 10 eine Darstellung einer Separatorstrukturvorrichtung mit rahmenloser Separatorstruktur,
- 11 eine weitere Darstellung einer Separatorstrukturvorrichtung mit rahmenloser Separatorstruktur und aufgebrachter Verteilerstruktur,
- 12 eine Ansicht von Variationen der Separatorstruktur ohne Rahmen,
- 13 eine Ansicht einer Bipolarplatte mit Separatorstrukturen ohne Rahmen,
- 14 eine Ansicht einer Brennstoffzelle mit Bipolarplatten und mit Separatorstrukturvorrichtungen.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt im oberen Teil eine schematische Ansicht einer Bipolarplatte 100 mit Separatorstrukturvorrichtungen 110. Dabei sind an der oberen der beiden Separatorstrukturvorrichtungen 110 eine Anodenverteilerstruktur 122 sowie eine Anodenkühlmittelverteilerstruktur 140 vorgesehen. Die Durchkontaktierung 112 stellt den elektrischen Kontakt der Anodenverteilerstruktur 122 mit der Kathodenverteilerstruktur 132 her, sodass die Kathode 130 mit der Anode 120 verbunden ist und so eine Bipolarplatte 100 gebildet wird. Im unteren Teil der 1 ist Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einer flächigen Separatorstruktur 116 gezeigt, welche ebenfalls Separatorstrukturdurchgänge 111 aufweist. Durch diese können die Durchkontaktierungen 112 geführt werden, um einen Kontakt zwischen der Anode 120 und der Kathode 130 herzustellen.
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Die 2 und 3 sowie 4 und 5 zeigen jeweils Separatorstrukturvorrichtungen 110 mit und ohne zugehörige Verteilerstrukturen 122, 132, 140, 141, welche, wie in 6 dargestellt, zu einer Bipolarplatte 100 zusammenfügbar sind.
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In 2 ist eine schematische Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einer von einem Anodenrahmen 121 gehaltenen Separatorstruktur 116 ohne Verteilerstruktur gezeigt. Die Separatorstruktur 116 weist Separatorstrukturdurchgänge 111 auf, durch welche die Durchkontaktierungen 112 geführt werden können. Der Anodenrahmen 121 weist ferner einen Anodeneinlass 123 und auf der gegenüberliegenden Seite einen entsprechenden Anodenablass 124 auf, sodass ein Fluid über die Anodenseite 117 der Separatorstrukturvorrichtung 110 strömen kann. Der Separatorstruktur 116 wird das Fluid ausgehend vom Anodeneinlass 123 über einen Anodenzufluss 125 zugeführt und von der Separatorstruktur 116 über einen Anodenabfluss 126 zum Anodenablass 124 hin weggeführt. Eine entsprechende Struktur findet sich auch auf der Kathodenseite 118, wobei hier am Anodenrahmen 121 über einen Kühlmitteleinlass 143 ein Kühlfluid zu einem Kühlmittelzufluss 145 entlang der Separatorstruktur 116 hin zu einem Kühlmittelablass 144 über einen Kühlmittelabfluss 146 führbar ist.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einer von einem Anodenrahmen 123 gehaltenen Separatorstruktur 116. Dabei sind nun gegenüber der Darstellung in der 2 Verteilerstrukturen 122, 140 zusätzlich sichtbar. Die Separatorstrukturvorrichtung 110 weist auf der Anodenseite 117 eine Anodenverteilerstruktur 122 zum Verteilen eines Fluides, insbesondere H2, und eine Anodenkühlmittelverteilerstruktur 140 auf der Kathodenseite 118 zum Verteilen eines Kühlfluides auf.
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Die 4 offenbart eine weitere schematische Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einer von einem Kathodenrahmen 131 gehaltenen Separatorstruktur 116 ohne Verteilerstruktur, ähnlich wie sie in der 2 im Zusammenhang mit einem Anodenrahmen 121 gezeigt wurde. Die 4 zeigt, dass der Anodenrahmen 121 einen Kathodeneinlass 133 aufweist, über welchen ein Fluid, insbesondere Luft oder Sauerstoff, über einen Kathodenzufluss 135 entlang der Separatorstruktur 116 in Richtung Kathodenablass 134 über den Kathodenabfluss 136 geführt werden kann. Die entsprechenden Merkmale für Kühlmittel sind in der Figur nicht gezeigt, können aber vorgesehen sein.
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Ähnlich wie in der 3 ist in der 5 nun eine weitere schematische Ansicht einer Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einer von einem Kathodenrahmen 131 gehaltenen Separatorstruktur 116 mit einer Kathodenverteilerstruktur 132 gezeigt. Die Kathodenverteilerstruktur 132 ist auf der Kathodenseite 118 der Separatorstruktur 116 angeordnet. Auf der Anodenseite 117 ist in der Figur lediglich eine glatte Fläche dargestellt. An dieser Stelle kann ebenfalls eine Kathodenkühlmittelverteilerstruktur 141 vorgesehen sein.
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Die 6 zeigt zwei schematische Ansichten zweier Separatorstrukturvorrichtungen 110 vor (oben) und nach (unten) dem Verbinden zu einer Bipolarplatte 100. Dabei fungiert jeweils eine der Separatorstrukturvorrichtungen 110 als Anode 120 und die jeweils andere Separatorstrukturvorrichtung 110 als Kathode 130. Im dargestellten Beispiel der 6 weist die Anode 120 auf ihrer Kathodenseite 118 eine Anodenkühlmittelverteilerstruktur 140 auf, welche zusammen mit der glatten Fläche der Anodenseite 117 der Kathode 130 Kühlkanäle bildet, durch welche ein Kühlfluid strömen und die Bipolarplatte 100 temperieren kann. Wie ebenfalls in der 6 dargestellt ist, können für eine vereinfachte Montage Verbindungselemente vorgesehen sein. In der 6 sind diese als Kathodenverbindungselement 137 und Anodenverbindungselement 127 in Form von Vorsprüngen und Ausnehmungen dargestellt. Alternativ können bspw. auch übereinander anzuordnende Bohrlöcher, Markierungen, Fasen oder abgeschrägte Kanten vorgesehen sein.
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In der 7 ist schließlich eine Separatorstrukturvorrichtung 110 mit einem Abgriffskontakt 113 gezeigt, durch welchen von zumindest einer Seite der Separatorstrukturvorrichtung 110 die an der Separatorstruktur 116 anliegende Spannung abgegriffen werden kann.
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Die 8 zeigt eine Schnittansicht einer Bipolarplatte 100 mit Separatorstruktur 116. In dieser Ansicht wird deutlich, dass das Kühlmittel über den Kühlmitteleinlass 143 von einer weiteren (hier oberen) Separatorstrukturvorrichtung 110 oder Bipolarplatte 100 einströmen und über den Kühlmittelablass 144 zu einer weiteren (hier unteren) Separatorstrukturvorrichtung 110 oder Bipolarplatte 100 ausströmen kann. Dabei ist ebenfalls vorgesehen, dass das Kühlmittel auf zwischen den Verteilerstrukturen 122, 132 durch die Kühlmittelverteilerstruktur 142 strömt und so die Bipolarplatte 100 effektiv gekühlt wird. Die Stärke der Verteilerstrukturen 122, 132 kann dabei so gewählt sein, dass eine Elektrolytmembrananordnung, wenn diese in die Bipolarplatte eingelegt ist, mit der Bipolarplatte 100 fluchtend abschließt.
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In der 9 ist ein Schnitt einer Bipolarplatte 100 auf Höhe der Separatorstruktur 116 der 8 gezeigt. Dabei sind Separatorstrukturdurchgänge 111 sichtbar, durch welche Durchkontaktierungen 112 geführt sind. Das Kühlmittel kann von einem Kühlmitteleinlass 143 über die Kühlmittelverteilerstruktur 142, welche hier in Form von miteinander in Fluidverbindung stehenden Kühlkanälen gezeigt ist, zum Kühlmittelablass 144 strömen.
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Eine Separatorstrukturvorrichtung 110 ohne in einem Rahmen gehaltenen Separatorstruktur 116 ist in der 10 gezeigt. Diese weist ebenfalls Separatorstrukturdurchgänge 111 auf, um die Verteilerstrukturen (hier nicht gezeigt) auf der Anodenseite 117 mit denen auf der Kathodenseite 118 mittels Durchkontaktierungen 112 (hier nicht gezeigt) zu verbinden. Anodenseite 117 und Kathodenseite 118 sind hier zufällig gewählt und könnten auch vertauscht sein. Die Separatorstruktur 116 der 10 weist eine Kühlmittelverteilerstruktur 140, 141 in Form von Kühlkanälen 142 zum Verteilen von Kühlfluid auf.
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Die 11 zeigt die Separatorstrukturvorrichtung 110 der 10, wobei eine Anodenverteilerstruktur 122, auf der Separatorstruktur 116 aufgebracht ist. Diese weist in der 11 weiterhin eine Anodenverteilerunterstruktur 128 auf. Wie bereits im Zusammenhang mit der 10 beschrieben, könnte es sich hier ebenso um eine Kathodenverteilerstruktur 132 mit einer Kathodenverteilerunterstruktur 138 handeln.
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Geometrische Variationen der Separatorstrukturvorrichtung 110 sind in 12 dargestellt. Bspw. kann die eine Seite 117, 118 der Separatorstruktur 116 etwa flächig ausgebildet sein und/oder die Verteilerstruktur 122, 132 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Selbstverständlich sind auch dreieckförmige Querschnitte denkbar. Der Vorteil der Verwendung der Separatorstrukturvorrichtung 110 ist gerade, dass auch komplexe Geometrien verwendet werden können und diese sich auf den beiden Seiten einer Separatorstrukturvorrichtung 110 und zwischen mehreren Separatorstrukturvorrichtungen 110 unterscheiden können.
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Ähnlich wie in 6 ist in 13 eine schematische Ansicht einer Bipolarplatte 100 mit zwei zusammengefügten Separatorstrukturvorrichtungen 110 gezeigt. Hier werden durch das Zusammenfügen Kühlkanäle 140 gebildet. Die beiden Separatorstrukturvorrichtungen 110 weisen unterschiedliche Verteilerstrukturen auf, wobei die Anode 120 eine deutlich größere Struktur aufweist als die Kathode 130.
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Schließlich ist in der 14 eine schematische Ansicht einer Brennstoffzelle 1000 mit Bipolarplatten 100 und mit Separatorstrukturvorrichtungen 110 gezeigt.
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Dabei sind jeweils zwei Separatorstrukturvorrichtungen 110 zu einer Bipolarplatte 100 zusammengefügt. Mehrere Bipolarplatten hintereinander können dann (mit entsprechenden Elektrolytmembranen, hier nicht gezeigt) zu einer Brennstoffzelle zusammengefügt werden.
