-
Stand der Technik
-
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, wobei diese zwei Elektroden, welche mittels eines ionenleitenden Elektrolyten voneinander separiert sind, aufweist. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel direkt in Elektrizität um. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen. Ein spezieller Brennstoffzellentyp ist insbesondere die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-FC).
-
Bei einer PEM-FC kann an zwei sich gegenüberliegenden Seiten einer Polymerelektrolytmembran jeweils eine Elektrode mit einer Katalysatorschicht angrenzen. Weiter kann die PEM-FC zwei Gasdiffusionslagen umfassen, welche die Polymerelektrolytmembran und die zwei Elektroden mit der Katalysatorschicht beidseitig begrenzen. Die Polymerelektrolytmembran, die beiden Elektroden mit der Katalysatorschicht und die beiden Gasdiffusionslagen können eine sog. Membranelektrodeneinheit (MEA) bilden. Diese MEA kann zusätzlich in einer Dichtung, insbesondere sogenannte Randverstärkung, eingefasst sein. Weiter begrenzen Bipolarplatten(hälften) wiederum beidseitig die MEA. Ein Brennstoffzellenstapel ist aus abwechselnd übereinander angeordneten MEA und Bipolarplatten aufgebaut. Auf einer Anodenseite einer Bipolarplatte findet mit Reaktionskanälen eine Verteilung eines Brennstoffes, bspw. Wasserstoff, und auf einer Kathodenseite der Bipolarplatte mit Reaktionskanälen eine Verteilung eines Oxidationsmittels, bspw. Luft/Sauerstoff, statt. Weiter kann eine Bipolarplatte ein Kühlmittel zur Temperierung einer Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenstapels verteilen, wobei das Kühlmittel insbesondere in einem Zwischenraum zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite der Bipolarplatte durch Kühlmittelkanäle geführt ist. Mittels Öffnungen, insbesondere sogenannten Ports, in einer Bipolarplatte und/oder einer Randverstärkung können die Systemfluide Brennstoff, Oxidationsmittel und/oder Kühlmittel entlang einer Stapelrichtung eines Brennstoffzellenstapels geführt werden. Es herrscht insbesondere ein ständiges Interesse Bipolarplatten zu optimieren.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung zeigt ein eine Bipolarplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Brennstoffzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, ein sowie ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
-
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 Bipolarplatte beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Bipolarplatte einen inaktiven Bereich mit einem ersten inaktiven Bereich an einem ersten Ende der Bipolarplatte aufweist. Der erste inaktive Bereich umfasst eine Kühlmittelöffnung zum Führen eines Kühlmittels, eine erste Reaktionsgasöffnung zum Führen eines ersten Reaktionsgases und eine zweite Reaktionsgasöffnung zum Führen eines zweiten Reaktionsgases in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels. Ferner umfasst der erste inaktive Bereich einen an einem ersten aktiven Verteilbereich eines aktiven Bereichs der Bipolarplatte angeordneten, ersten inaktiven Verteilbereich mit Kühlmittelkanälen zum Führen des Kühlmittels zwischen der an dem ersten inaktiven Bereich angeordneten Kühlmittelöffnung und einer ersten Stirnseite des aktiven Bereiches der Bipolarplatte und mit ersten Reaktionsgaskanälen zum Führen des ersten Reaktionsgases zwischen der an dem ersten inaktiven Bereich angeordneten ersten Reaktionsgasöffnung und der ersten Stirnseite des aktiven Bereiches der Bipolarplatte. Weiter umfasst der inaktive Bereich einen zweiten inaktiven Bereich an einem dem ersten Ende der Bipolarplatte gegenüberliegenden zweiten Ende der Bipolarplatte. Der zweite inaktive Bereich umfasst eine Kühlmittelöffnung zum Führen des Kühlmittels, eine erste Reaktionsgasöffnung zum Führen des ersten Reaktionsgases und eine zweite Reaktionsgasöffnung zum Führen des zweiten Reaktionsgases in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels. Außerdem umfasst der zweite inaktive Bereich einen an einen zweiten aktiven Verteilbereich des aktiven Bereichs der Bipolarplatte angeordneten, zweiten inaktiven Verteilbereich mit Kühlmittelkanälen zum Führen des Kühlmittels zwischen einer der ersten Stirnseite des aktiven Bereiches gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des aktiven Bereiches der Bipolarplatte und der an dem zweiten inaktiven Bereich angeordneten Kühlmittelöffnung und mit ersten Reaktionsgaskanälen zum Führen des ersten Reaktionsgases zwischen der zweiten Stirnseite des aktiven Bereiches der Bipolarplatte und der an dem zweiten inaktiven Bereich angeordneten ersten Reaktionsgasöffnung. Die Bipolarplatte weist weiter den aktiven Bereich zum Erzeugen elektrischer Energie auf. Der aktive Bereich umfasst den ersten aktiven Verteilbereich an einem ersten Ende des aktiven Bereiches. Der erste aktive Verteilbereich umfasst Kühlmittelkanäle und erste Reaktionsgaskanäle zum Verteilen des Kühlmittels und des ersten Reaktionsgases über eine Breite der Bipolarplatte und zum Führen des Kühlmittels und des ersten Reaktionsgases zwischen dem ersten inaktiven Verteilbereich und einer ersten Stirnseite eines Hauptaktivbereiches der Bipolarplatte. Außerdem umfasst der erste Verteilbereich zweite Reaktionsgaskanäle zum Verteilen des zweiten Reaktionsgases über die Breite der Bipolarplatte und zum Führen des zweiten Reaktionsgases zwischen der zweiten Reaktionsgasöffnung und der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereiches der Bipolarplatte. Weiter umfasst der aktive Bereich den zweiten aktiven Verteilbereich an einem dem ersten Ende des aktiven Bereichs gegenüberliegenden zweiten Ende des aktiven Bereiches. Der zweite aktive Verteilbereich umfasst Kühlmittelkanäle und erste Reaktionsgaskanäle zum Sammeln des Kühlmittels und des ersten Reaktionsgases über die Breite der Bipolarplatte und zum Führen des Kühlmittels und des ersten Reaktionsgases zwischen einer der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereiches gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereiches der Bipolarplatte und dem zweiten inaktiven Verteilbereich. Weiter umfasst der zweite aktive Verteilbereich zweite Reaktionsgaskanäle zum Sammeln des zweiten Reaktionsgases über die Breite der Bipolarplatte und zum Führen des zweiten Reaktionsgases zwischen der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereiches der Bipolarplatte und der zweiten Reaktionsgasöffnung des zweiten Reaktionsgases. Außerdem umfasst der aktive Bereich den zwischen dem ersten aktiven Verteilbereich und dem zweiten aktiven Verteilbereich liegenden Hauptaktivbereich mit Kühlmittelkanälen, ersten Reaktionsgaskanälen und zweiten Reaktionsgaskanälen für ein Führen des Kühlmittels, des ersten Reaktionsgases und des zweiten Reaktionsgases zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereiches.
-
Das erste Reaktionsgas ist insbesondere ein Brennstoff, bspw. Wasserstoff und das zweite Reaktionsgas ist insbesondere ein Oxidationsmittel, bspw. ein sauerstoffhaltiges Fluid wie Luft. Es ist auch denkbar, dass das erste Reaktionsgas das Oxidationsmittel und das zweite Reaktionsgas der Brennstoff ist. Das erste Reaktionsgas kann in dem Hauptaktivbereich in eine gleiche Richtung wie das zweite Reaktionsgas strömen oder in eine entgegengesetzte Richtung.
-
Die Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellenstapel weisen insbesondere einen inaktiven Bereich mit einem ersten inaktiven Verteilbereich und einem zweiten inaktiven Verteilbereich und ferner einen aktiven Bereich mit einem ersten aktiven Verteilbereich, einem zweiten aktiven Verteilbereich und einem Hauptaktivbereich auf. Der aktive Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere der Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels, in welchem eine Energie einer chemischen Reaktion eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel in elektrische Energie umgewandelt wird. Der inaktive Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere der Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels, in welchem keine Energie einer chemischen Reaktion des Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel in elektrische Energie umgewandelt wird, bspw. kann ein Teil eines inaktiven Bereichs eine Öffnung zum Führen eines Reaktionsgases in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels sein. Die Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellenstapel kann somit aktive Bereiche und inaktive Bereich aufweisen, wobei sich die aktiven Bereiche und die inaktiven Bereiche vorzugsweise in der Stapelrichtung der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels erstrecken.
-
Der inaktive Bereich der Bipolarplatte ist somit insbesondere der Bereich der Bipolarplatte, welcher in einem inaktiven Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels ist. Ferner sind somit der erste inaktive Bereich, der zweite inaktive Bereich, der erste inaktive Verteilbereich, der zweite inaktive Verteilbereich, die Kühlmittelöffnungen, die ersten Reaktionsgasöffnungen sowie die zweiten Reaktionsgasöffnungen insbesondere Bereiche, welche in einem inaktiven Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels liegen.
-
Weiter ist der aktive Bereich der Bipolarplatte vorzugsweise der Bereich der Bipolarplatte, welcher in einem aktiven Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels zum Erzeugen elektrischer Energie ist. Ferner sind somit der erste aktive Verteilbereich, der zweite aktive Verteilbereich und der Hauptaktivbereich insbesondere Bereiche, welche in einem aktiven Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels zum Erzeugen elektrischer Energie liegen.
-
Vorzugsweise ist die Bipolarplatte derart ausgestaltet, dass in dem ersten inaktiven Verteilbereich nur Kühlmittelkanäle zum Führen des Kühlmittels und erste Reaktionsgaskanäle zum Führen des ersten Reaktionsgases sind und/oder dass in dem zweiten inaktiven Verteilbereich nur Kühlmittelkanäle zum Führen des Kühlmittels und erste Reaktionsgaskanäle zum Führen des ersten Reaktionsgases sind.
-
Die Bipolarplatte weist insbesondere eine erste Bipolarplattenhälfte und eine zweite Bipolarplattenhälfte auf, wobei die erste Bipolarplattenhälfte und die zweite Bipolarplattenhälfte zu der Bipolarplatte aneinander angeordnet sind. Eine erste Bipolarplattenebene ist insbesondere eine Ebene der ersten Bipolarplattenhälfte der Bipolarplatte, wobei vorzugsweise die erste Bipolarplattenhälfte die erste Bipolarplattenebene ausbildet. Weiter ist insbesondere eine zweite Bipolarplattenebene eine Ebene der zweiten Bipolarplattenhälfte der Bipolarplatte, wobei vorzugsweise die zweite Bipolarplattenhälfte die zweite Bipolarplattenebene ausbildet. Die erste Bipolarplattenhälfte und/oder die zweite Bipolarplattenhälfte kann eine metallbasierende Platte, bspw. ein Blech, und/oder eine graphitische Platte und/oder eine Graphit-Compound Platte aufweisen, insbesondere eine metallbasierende Platte, bspw. ein Blech, und/oder eine graphitische Platte und/oder eine Graphit-Compound Platte sein, wobei vorzugsweise die erste Bipolarplattenhälfte und die zweite Bipolarplattenhälfte aus dem gleichen Material bzw. Werkstoff ausgestaltet sind. Die erste Bipolarplattenhälfte umfasst insbesondere an einer ersten Seite zumindest bereichsweise erste Reaktionsgaskanäle und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Bipolarplattenhälfte zumindest bereichsweise wenigstens einen Teil der Kühlmittelkanäle. Vorzugsweise weist die erste Bipolarplattenhälfte im gesamten ersten inaktiven Verteilbereich, im gesamten zweiten inaktiven Verteilbereich und im gesamten aktiven Bereich an der ersten Seite erste Reaktionsgaskanäle und/oder an der zweiten Seite Kühlmittekanäle auf. Die zweite Bipolarplattenhälfte umfasst insbesondere an einer ersten Seite zumindest bereichsweise zweite Reaktionsgaskanäle und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte zumindest bereichsweise wenigstens einen Teil der Kühlmittelkanäle. Vorzugsweise weist die zweite Bipolarplattenhälfte im gesamten ersten inaktiven Verteilbereich, im gesamten zweiten inaktiven Verteilbereich und im gesamten aktiven Bereich an der ersten Seite zweite Reaktionsgaskanäle und/oder an der zweiten Seite Kühlmittekanäle auf. Die zweite Seite der ersten Bipolarplattenhälfte und die zweite Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte sind insbesondere derart zu der Bipolarplatte aneinander angeordnet, dass zumindest bereichsweise die Kühlmittelkanäle ausgebildet werden. Das Kühlmittel ist insbesondere zumindest bereichsweise in den Kühlmittelkanälen zwischen der ersten Bipolarplattenhälfte und der zweiten Bipolarplattenhälfte geführt. Vorzugsweise ist die erste Bipolarplattenhälfte punksymmetrisch ausgestaltet und/oder die zweite Bipolarplattenhälfte ist punktsymmetrisch ausgestaltet.
-
Die Bipolarplatte weist in einem Horizontalschnitt vorzugsweise eine im Wesentlichen rechteckige Form, insbesondere eine rechteckige Form auf. Die Breite der Bipolarplatte ist insbesondere die Ausdehnung der Bipolarplatte von einer ersten Längsseite der Bipolarplatte zu einer der ersten Längsseite der Bipolarplatte gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Bipolarplatte.
-
Die Kühlmittelöffnungen, die ersten Reaktionsgasöffnungen und die zweiten Reaktionsgasöffnungen sind insbesondere jeweils sich in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels erstreckende Durchbrüche in der Bipolarplatte. Weiter bildet im ersten inaktiven Bereich zumindest ein Teil der Kühlmittelöffnung, zumindest ein Teil der ersten Reaktionsgasöffnung und zumindest ein Teil der zweiten Reaktionsgasöffnung eine erste Stirnseite der Bipolarplatte. Ferner bildet im zweiten inaktiven Bereich zumindest ein Teil der Kühlmittelöffnung, zumindest ein Teil der ersten Reaktionsgasöffnung und zumindest ein Teil der zweiten Reaktionsgasöffnung eine der ersten Stirnseite der Bipolarplatte gegenüberliegende zweite Stirnseite der Bipolarplatte.
-
Weiter sind auch die ersten Reaktionsgaskanäle insbesondere eine Vielzahl an einzelnen ersten Reaktionsgaskanälen, welche vorzugsweise bereichsweise parallel zueinander in einer Bipolarplattenebene, insbesondere einer ersten Bipolarplattenebene, angeordnet sind. Ferner sind auch die zweiten Reaktionsgaskanäle insbesondere eine Vielzahl an einzelnen zweiten Reaktionsgaskanälen, welche vorzugsweise bereichsweise parallel zueinander in einer weiteren Bipolarplattenebene, vorzugsweise einer zweiten Bipolarplatteneben, angeordnet sind. Die Kühlmittelkanäle sind insbesondere eine Vielzahl an einzelnen Kühlmittelkanälen, welche insbesondere bereichsweise parallel zueinander in einer weiteren Bipolarplattenebene, insbesondere zumindest teilweise in einer ersten und/oder in einer zweiten Bipolarplattenebene, angeordnet sind.
-
In dem Hauptaktivbereich der Bipolarplatte verlaufen die Kühlmittelkanäle, die ersten Reaktionsgaskanäle und die zweiten Reaktionsgaskanäle insbesondere von der ersten Stirnseite des aktiven Bereichs in einer Richtung zu der zweiten Stirnseite des aktiven Bereiches, wobei die Kühlmittelkanäle, die ersten Reaktionsgaskanäle und die zweiten Reaktionsgaskanäle insbesondere parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten Reaktionskanäle und die zweiten Reaktionskanäle können sich insbesondere direkt gegenüberliegen.
-
Vorteilhafterweise kann mit einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte das Kühlmittel in den Kühlmittelkanälen und das erste Reaktionsgas in den ersten Reaktionsgaskanälen in dem ersten und zweiten inaktiven Verteilbereich und in dem aktiven Bereich, insbesondere dem ersten und dem zweiten aktiven Verteilbereich, der Bipolarplatte besonders vorteilhaft geführt werden. Weiter kann das zweite Reaktionsgas in den zweiten Reaktionsgaskanälen in aktiven Bereich, insbesondere in dem ersten und dem zweiten aktiven Verteilbereich, der Bipolarplatte besonders vorteilhaft geführt werden. Somit kann ein Druckverlust des Kühlmittels, des ersten Reaktionsgases und des zweiten Reaktionsgases besonders geringgehalten werden und eine besonders gleichmäßige Verteilung dieser Fluide erfolgen. Ferner kann der Anteil des aktiven Bereiches der Bipolarplatte bzw. der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels besonders groß sein und eine besonders vorteilhafte Geometrie, bspw. eine rechteckige Geometrie, aufweisen. Ferner kann somit eine Membran-Elektroden-Einheit der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels eine besonders vorteilhafte Geometrie, bspw. eine im Wesentlichen rechteckige Geometrie, aufweisen. Ein Verschnitt, der bspw. beim Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit durch Ausschneiden aus einer Membran-Elektroden-Einheit Rolle anfällt, kann somit besonders geringgehalten werden. Außerdem kann ein Anteil einer Katalysatorschicht einer Membran-Elektroden-Einheit in einem inaktiven Bereich der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystem besonders klein sein. Somit kann mit einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellensystem vorteilhafterweise besonders einfach und besonders kostengünstig sein.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte der aktive Bereich rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig, ausgestaltet ist oder die Form eines Parallelogramms oder im Wesentlichen eines Parallelogramms aufweist. Somit kann die Bipolarplatte besonders einfach ausgestaltet sein. Eine Membran-Elektroden-Einheit einer Brennstoffzelle kann somit ebenfalls rechteckig ausgestaltet werden oder die Form eines Parallelogramms aufweisen. Somit kann eine Brennstoffzelle besonders kostengünstig sein. Als im Wesentlichen rechteckig wird im Sinne der Erfindung eine Form der aktiven Fläche angesehen, bei welchen gegenüberliegenden Seiten der aktiven Fläche um weniger als 10 Grad, vorzugweise weniger als 5 Grad, geneigt zueinander verlaufen. Gleiches gilt für ein Parallelogramm. Im Sinne der Erfindung wird eine leichte Abweichung in der Parallelität von sich gegenüberliegenden Seiten eines Parallelogramms noch als parallel angehen und eine derartige Fläche als Parallelogramm bezeichnet. Auch leichte Wellen oder Ausbeulungen in einer Seite eines Rechtecks oder eines Parallelogramms ändern nichts in der Auslegung, dass diese Formen als im Wesentlichen ein Rechteck oder im Wesentlichen ein Parallelogramm angesehen werden.
-
Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte zumindest ein Teil der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereichs und/oder der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereichs konvex ausgestaltet sein. Somit kann die Bipolarplatte besonders einfach und vorteilhaft ausgebildet sein. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teil der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereichs und/oder zumindest ein Teil der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereichs nach außen gewölbt. Der zumindest eine konvexe Teil der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereichs und/oder der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereichs ist insbesondere einem Mittelpunkt der Bipolarplatte abgewandt bzw. wölbt sich von dem Mittelpunkt der Bipolarplatte weg. Vorzugsweise ist die erste Stirnseite des Hauptaktivbereichs und die zweite Stirnseite des Hauptaktivbereichs konvex ausgestaltet. Somit kann die Biopolarplatte besonders vorteilhaft ausgebildet sein. Die an die erste Stirnseite des Hauptaktivbereichs angeordnete Seite des ersten aktiven Verteilbereichs ist insbesondere entsprechend komplementär zu der ersten Stirnseite des Hauptaktivbereichs ausgebildet. Weiter ist die an die zweite Stirnseite des Hauptaktivbereichs angeordnete Seite des zweiten aktiven Verteilbereichs insbesondere entsprechend komplementär zu der zweiten Stirnseite des Hauptaktivbereichs ausgebildet.
-
Mit besonderem Vorteil kann bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte der Hauptaktivbereich eine Sechseckform und der erste aktive Verteilbereich und der zweite aktive Verteilbereich jeweils eine konkave Fünfeckform aufweisen. Somit kann eine Bipolarplatte besonders vorteilhaft ausgebildet sein und ein Druckverlust des Kühlmittels, des ersten Reaktionsgases und des zweiten Reaktionsgases besonders geringgehalten werden. Der sechseckige Hauptaktivbereich und die beiden fünfeckigen aktiven Verteilbereiche können einen rechteckigen aktiven Bereich bilden. Eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel kann somit besonders einfach und kostengünstig ausgebildet sein. Der fünfeckige, erste aktive Verteilbereich und/oder der fünfeckige, zweite aktive Verteilbereich sind vorzugsweise plan-konkav ausgestaltet. Der Anteil des Hauptaktivbereichs am aktiven Bereich ist vorzugsweise größer als der Anteil des ersten aktiven Verteilbereichs am aktiven Bereich zusammen mit dem Anteil des zweiten aktiven Verteilbereichs am aktiven Bereich. Somit kann das Kühlmittel, das erste Reaktionsgas und das zweite Reaktionsgas besonders vorteilhaft gleichmäßig über die aktive Fläche der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels verteilt werden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich zumindest die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle bereichsweise abwechselnd nebeneinander angeordnet sein, wobei insbesondere die Kühlmittelkanäle in einer ersten Bipolarplattenebene der Bipolarplatte und/oder einer zweiten Bipolarplattenebene der Bipolarplatte angeordnet sind, wobei ferner insbesondere die ersten Reaktionsgaskanäle in der ersten Bipolarplattenebene der Bipolarplatte angeordnet sind. Somit kann ein Druckverlust des Kühlmittels, des ersten Reaktionsgases und des zweiten Reaktionsgases in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich besonders geringgehalten werden und die Verteilung dieser Fluide besonders gleichmäßig erfolgen. Weiter können die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle bereichsweise zusätzlich parallel zueinander in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich angeordnet sein. Außerdem sind die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich insbesondere jeweils zumindest einmal, vorzugweise mehrfach, gewinkelt ausgestaltet, um das Kühlmittel bzw. das erste Reaktionsgases über die Breite der Bipolarplatte besonders einfach und vorteilhaft zu verteilen bzw. sammeln. Die gewinkelten Kühlmittelkanäle bzw. die gewinkelten ersten Reaktionsgaskanäle sind insbesondere jeweils im Wesentlichen rechtwinklig gewinkelt, insbesondere rechtwinklig gewinkelt, ausgestaltet.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die zweiten Reaktionsgaskanäle zumindest bereichsweise die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich kreuzen, vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig kreuzen, wobei insbesondere in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich die zweiten Reaktionsgaskanäle in einer zu der ersten Bipolarplattenebene benachbarten zweiten Bipolarplattenebene der Bipolarplatte angeordnet sind. Die zumindest bereichsweise die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich kreuzenden zweiten Reaktionskanäle verlaufen insbesondere schräg zu den Kühlmittelkanälen und den ersten Reaktionskanälen in dem ersten und/oder in dem zweiten inaktiven Verteilbereich. Eine Anordnung der Kühlmittelkanäle in der ersten und/oder zweiten Bipolarplattenebene und eine Anordnung der ersten Reaktionsgaskanäle in der erste Bipolarplattenebene sowie eine Anordnung der zweiten Reaktionsgaskanäle in der zweiten Bipolarplattenebene, kann zu einer besonders vorteilhaften Verteilung des Kühlmittels, des ersten Reaktionsgases und des zweiten Reaktionsgases führen. Somit kann auch eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel besonders vorteilhaft betrieben werden. Vorteilhafterweise werden die Bereiche in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich, in welchen die zweiten Reaktionsgaskanäle die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle kreuzen, klein gehalten. Vorzugsweise ist die Bipolarplatte derart ausgestaltet, dass in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich die ersten Reaktionsgaskanäle, die zweiten Reaktionsgaskanäle und die Kühlmittelkanäle zumindest bereichsweise parallel zueinander verlaufen. Somit kann das Kühlmittel, das erste Reaktionsgas und das zweite Reaktionsgas besonders vorteilhaft geführt werden. Insbesondere kann das Kühlmittel somit zumindest bereichsweise in Kühlmittelkanälen in der ersten und der zweiten Bipolarplattenebene zwischen der ersten Bipolarplattenhälfte und der zweiten Bipolarplattenhälfte geführt werden. Außerdem sind auch die zweiten Reaktionsgaskanäle in dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten aktiven Verteilbereich insbesondere jeweils zumindest einmal, vorzugweise mehrfach, gewinkelt ausgestaltet, um das zweite Reaktionsgas über die Breite der Bipolarplatte besonders einfach und vorteilhaft zu verteilen bzw. sammeln. Die gewinkelten zweiten Reaktionsgaskanäle sind insbesondere jeweils im Wesentlichen rechtwinklig gewinkelt, insbesondere rechtwinklig gewinkelt, ausgestaltet.
-
Vorteilhafterweise kann bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte der erste inaktive Verteilbereich und/oder der zweite inaktive Verteilbereich im Wesentlichen dreieckig, insbesondere dreieckig, ausgestaltet sein. Somit kann der Anteil der inaktiven Fläche der Bipolarplatte besonders geringgehalten werden und das Führen des Kühlmittels und des ersten Reaktionsgases in dem ersten inaktiven Bereich und/oder in dem zweiten inaktiven Bereich besonders vorteilhaft sein. Die Kühlmittelöffnung in dem ersten inaktiven Bereich ist insbesondere an eine Seite des im Wesentlichen dreieckig ausgestalteten ersten inaktiven Verteilbereichs angeordnet. Ferner ist die erste Reaktionsgasöffnung in dem ersten inaktiven Bereich vorzugsweise an eine zweite Seite des im Wesentlichen dreieckig ausgestalteten ersten inaktiven Verteilbereichs im Wesentlichen direkt angeordnet. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen direkt“ soll hier ausgedrückt, werden, dass zwischen der ersten Reaktionsgasöffnung in dem ersten inaktiven Bereich und dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder dass zwischen der ersten Reaktionsgasöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich und dem zweiten aktiven Verteilbereich jeweils noch ein Verbindungsbereich zum Führen des ersten Reaktionsgases zwischen der ersten Reaktionsöffnung an die Seite der Bipolarplatte, an welcher die ersten Reaktionsgaskanäle ausgebildet sind, sein kann. Ebenfalls ist die Kühlmittelöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich insbesondere an eine Seite des im Wesentlichen dreieckig ausgestalteten zweiten inaktiven Verteilbereichs angeordnet. Ferner ist die erste Reaktionsgasöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich vorzugsweise an eine zweite Seite des im Wesentlichen dreieckig ausgestalteten zweiten inaktiven Verteilbereichs angeordnet. Der im Wesentlichen dreieckige, erste inaktive Verteilbereich und/oder der im Wesentlichen dreieckige, zweite inaktive Verteilbereich kann zumindest eine gebogene Seite für ein verbessertes Einströmen des Kühlmittels und/oder des ersten Reaktionsgases aufweisen. Es ist weiter denkbar, dass der dreieckige, erste inaktive Verteilbereich und/oder der dreieckige, erste inaktive Verteilbereich eine Form eines unregelmäßigen Dreiecks, insbesondere eines unregelmäßigen, stumpfwinkligen Dreiecks aufweist. Somit kann die Bipolarplatte besonders vorteilhaft ausgebildet sein.
-
Mit besonderem Vorteil können bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte sich die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem ersten inaktiven Verteilbereich und/oder können sich die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem zweiten inaktiven Verteilbereich kreuzen, insbesondere zumindest bereichsweise kreuzen. Mit anderen Worten verlaufen die Kühlmittelkanäle und die ersten Reaktionsgaskanäle in dem ersten und/oder in dem zweiten inaktiven Verteilbereich insbesondere schräg zueinander, vorzugsweise schräg zueinander und übereinander, in dem ersten und/oder in dem zweiten inaktiven Verteilbereich. Somit kann der Anteil des ersten inaktiven Verteilbereiches und des zweiten inaktiven Verteilbereiches an der Bipolarplatte besonders klein gehalten werden. Eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel kann daher besonders vorteilhaft und kostengünstig sein.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte zumindest die zweite Reaktionsgasöffnung in dem ersten inaktiven Bereich im Wesentlichen direkt, insbesondere direkt, an den ersten aktiven Verteilbereich angeordnet sein und/oder kann zumindest die zweite Reaktionsgasöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich direkt an den zweiten aktiven Verteilbereich angeordnet sein. Insbesondere ist nur die zweite Reaktionsgasöffnung in dem ersten inaktiven Bereich und/oder nur die zweite Reaktionsöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich im Wesentlichen direkt, insbesondere direkt, an den ersten aktiven Verteilbereich bzw. den zweiten aktiven Verteilbereich angeordnet. Somit kann der Anteil des inaktiven Bereichs an der Bipolarplatte bzw. der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels besonders klein gehalten werden. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen direkt“ soll hier ausgedrückt, werden, dass zwischen der zweiten Reaktionsgasöffnung in dem ersten inaktiven Bereich und dem ersten aktiven Verteilbereich und/oder dass zwischen der zweiten Reaktionsgasöffnung in dem zweiten inaktiven Bereich und dem zweiten aktiven Verteilbereich jeweils noch ein Verbindungsbereich zum Führen des zweiten Reaktionsgases zwischen der zweiten Reaktionsöffnung an die Seite der Bipolarplatte, an welcher die zweiten Reaktionsgaskanäle ausgebildet sind, sein kann.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle zumindest zwei erfindungsgemäß ausgestaltete Bipolarplatten aufweist. Weiter weist die Brennstoffzelle eine zwischen den beiden Bipolarplatten angeordnete Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Membran-Elektroden-Einheit zumindest die Abmessungen des aktiven Bereichs der Bipolarplatte aufweist, wobei insbesondere die Membran-Elektroden-Einheit zumindest die Abmessungen des aktiven Bereichs der Bipolarplatte zusammen mit dem ersten inaktiven Verteilbereich und dem zweiten inaktiven Verteilbereich aufweist.
-
Weist die Membran-Elektroden-Einheit zumindest die Abmessungen des aktiven Bereichs der Bipolarplatte auf, so ist vorzugsweise die Membran-Elektroden-Einheit in einer Dichtung, insbesondere einer Randverstärkung (Gasket), eingefasst. Die Dichtung erstreckt sich hier insbesondere zusätzlich über den ersten inaktiven Verteilbereich und/oder über den zweiten inaktiven Verteilbereich. Weiter kann sich die Dichtung insbesondere noch zusätzlich über einen Verbindungsbereich zum Führen des ersten Reaktionsgases und über einen Verbindungsbereich zum Führen des zweiten Reaktionsgases in dem ersten inaktiven Bereich erstrecken. Ebenso kann sich die Dichtung insbesondere noch zusätzlich über einen Verbindungsbereich zum Führen des ersten Reaktionsgases und über einen Verbindungsbereich zum Führen des zweiten Reaktionsgases in dem zweiten inaktiven Bereich erstrecken.
-
Weist die Membran-Elektroden-Einheit die Abmessungen des aktiven Bereichs der Bipolarplatte zusammen mit dem ersten inaktiven Verteilbereich und dem zweiten inaktiven Verteilbereich auf, so kann vorteilhafterweise auf eine Dichtung, insbesondere ein sogenanntes Gasket, zum Einfassen der Membran-Elektroden-Einheit verzichtet werden. Weiter kann sich die Membran-Elektroden-Einheit insbesondere noch zusätzlich über einen Verbindungsbereich zum Führen des ersten Reaktionsgases und über einen Verbindungsbereich zum Führen des zweiten Reaktionsgases in dem ersten inaktiven Bereich erstrecken. Ebenso kann sich die Membran-Elektroden-Einheit insbesondere noch zusätzlich über einen Verbindungsbereich zum Führen des ersten Reaktionsgases und über einen Verbindungsbereich zum Führen des zweiten Reaktionsgases in dem zweiten inaktiven Bereich erstrecken. Weiter wird insbesondere auf einen Kathoden-Katalysator in dem ersten inaktiven Verteilbereich und/oder in dem zweiten inaktiven Verteilbereich verzichtet. Eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellensystem kann somit besonders kostengünstig hergestellt werden. Es ist auch denkbar, dass eine in dem ersten und/oder zweiten inaktiven Verteilbereich Katalysator-aufweisende Membran-Elektroden-Einheit in dem ersten und/oder zweiten inaktiven Verteilbereich eine impermeable Gasbarriere zum Deaktivieren des Katalysators aufweist.
-
Die Brennstoffzelle ist insbesondere ein Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl an abwechselnd übereinander in einer Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels aneinander angeordneten erfindungsgemäßen Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten.
-
Die Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
-
Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer Karosserie und mit zumindest einem Brennstoffzellenstapel, wobei der zumindest eine Brennstoffzellenstapel zumindest eine erfindungsgemäß ausgestaltete Bipolarplatte aufweist oder wobei der zumindest eine Brennstoffzellenstapel zumindest eine erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffzelle aufweist.
-
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Automobil wie ein Pkw oder ein Lkw.
-
Das Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
-
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, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen 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 Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte,
- 2 schematisch die Verläufe der Kühlmittelmittelkanäle 20 und der ersten Reaktionsgaskanäle 10 der in 1 dargestellten Bipolarplatte,
- 3 schematisch den Verlauf der zweiten Reaktionsgaskanäle 30 der in 1 dargestellten Bipolarplatte,
- 4 schematisch den Verlauf der ersten Reaktionskanäle 10, der Kühlmittelkanäle 20 und der zweiten Reaktionskanäle 30 über der in 1 dargestellten Bipolarplatte,
- 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einem ersten inaktiven Verteilbereich,
- 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einem ersten inaktiven Verteilbereich,
- 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einem ersten aktiven Verteilbereich,
- 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einem Hauptaktivbereich,
- 9 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, und
- 10 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges.
-
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.
-
1 bis 4 offenbaren schematisch in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte. Die Bipolarplatte weist einen inaktiven Bereich IA mit einem ersten inaktiven Bereich IA1 an einem ersten Ende der Bipolarplatte 100 und einen zweiten inaktiven Bereich IA2 an einem dem ersten Ende der Bipolarplatte 100 gegenüberliegenden zweiten Ende der Bipolarplatte 100 auf. Der erste inaktive Bereich IA1 umfasst eine Kühlmittelöffnung C1, eine erste Reaktionsgasöffnung F1 und eine zweite Reaktionsgasöffnung O1 und einen ersten inaktiven Verteilbereich IDA1. Weiter umfasst der erste inaktive Bereich IA1 zusätzlich einen Verbindungsbereich 105 zum Führen des ersten Reaktionsgases zwischen der ersten Reaktionsöffnung F1 in dem ersten inaktiven Bereich IA1 an die Seite der Bipolarplatte 100, an welcher die ersten Reaktionsgaskanäle 10 ausgebildet sind, und weiter einen Verbindungsbereich 106 zum Führen des zweiten Reaktionsgases zwischen der zweiten Reaktionsöffnung O1 in dem ersten inaktiven Bereich IA1 an die Seite der Bipolarplatte 100, an welcher die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 ausgebildet sind. Auch der zweite inaktive Bereich IA2 umfasst eine Kühlmittelöffnung C2, eine erste Reaktionsgasöffnung F2, eine zweite Reaktionsgasöffnung 02 und einen zweiten inaktiven Verteilbereich IDA2. Weiter umfasst der zweite inaktive Bereich IA2 zusätzlich einen Verbindungsbereich 115 zum Führen des ersten Reaktionsgases zwischen der ersten Reaktionsöffnung F2 in dem zweiten inaktiven Bereich IA2 an die Seite der Bipolarplatte 100, an welcher die ersten Reaktionsgaskanäle 10 ausgebildet sind, und weiter einen Verbindungsbereich 116 zum Führen des zweiten Reaktionsgases zwischen der zweiten Reaktionsöffnung 02 in dem zweiten inaktiven Bereich IA2 an die Seite der Bipolarplatte 100, an welcher die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 ausgebildet sind. Zwischen dem ersten inaktiven Bereich IA1 und dem zweiten inaktiven Bereich IA2 ist ein aktiver Bereich AA der Bipolarplatte 100 mit einer ersten Stirnseite 51 und einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 52 angeordnet. Der aktive Bereich AA weist einen ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und einen zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 auf, wobei zwischen den beiden aktiven Verteilbereichen ADA1 und ADA2 ein Hauptaktivbereich ACA mit einer ersten Stirnseite 61 und einer zweiten Stirnseite 62 angeordnet ist. Insbesondere ist der erste inaktive Verteilbereich IDA1 und der zweite inaktive Verteilbereich IDA2 dreieckig ausgebildet. Weiter sind der erste aktive Verteilbereich ADA1 und der zweite aktive Verteilbereich ADA2 jeweils fünfeckig, insbesondere plan-konkav, ausgebildet, wobei der Hauptaktivbereich ACA sechseckig, insbesondere bienenwabenförmig, ausgebildet ist. Die beiden aktiven Verteilbereiche ADA1 und ADA2 bilden zusammen mit dem Hauptaktivbereich eine rechteckige Form. Auch die Bipolarplatte 100 selbst, ist insbesondere rechteckig ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der aktive Bereich AA die Form eines Rechtecks oder eines Parallelogramms auf bzw. im Wesentlichen die Form eines Rechtecks oder eines Parallelogramms auf.
-
In 2 sind ferner noch schematisch die Verläufe der Kühlmittelmittelkanäle 20 und der ersten Reaktionsgaskanäle 10 dargestellt. In dem ersten inaktiven Bereich IDA1 und in dem zweiten inaktiven Bereich IDA2 kreuzen sich jeweils die Kühlmittelkanäle 20 und die Reaktionskanäle 10. Wie weiter aus 2 hervorgeht, sind in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 zumindest die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionsgaskanäle 10 bereichsweise abwechselnd nebeneinander angeordnet, insbesondere abwechselnd nebeneinander und parallel angeordnet. Außerdem sind die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionsgaskanäle 10 in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 jeweils zweimal gewinkelt, insbesondere im Wesentlichen jeweils zweimal rechtwinklig gewinkelt, ausgestaltet, um das Kühlmittel bzw. das erste Reaktionsgases einerseits über die Breite der Bipolarplatte 100 und andererseits in Richtung zu dem Hauptaktivbereich ACA zu verteilen. Weiter ist zu erkennen, dass die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die Kühlmittelkanäle 20 an dem Übergang von dem ersten inaktiven Verteilbereich IDA1 zu dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 bzw. an dem Übergang von dem zweiten inaktiven Verteilbereich IDA2 zu dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 jeweils gewinkelt ausgestaltet sind, wobei der Winkel vorzugsweise größer 90° ist.
-
In 3 ist ferner noch schematisch der Verlauf der zweiten Reaktionsgaskanäle 30 dargestellt. Die zweite Reaktionsgasöffnung O1 in dem ersten inaktiven Bereich IA1 ist im Wesentlichen direkt, insbesondere direkt, an den ersten aktiven Verteilbereich ADA1 angeordnet und auch die zweite Reaktionsgasöffnung 02 in dem zweiten inaktiven Bereich IA2 direkt an den zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 angeordnet. Weiter sind in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 in einer zu der ersten Bipolarplattenebene E1 benachbarten zweiten Bipolarplattenebene E2 der Bipolarplatte 100 angeordnet, wobei die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 zumindest bereichsweise die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionsgaskanäle 10 in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 kreuzen, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig kreuzen. Weiter sind die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 insbesondere jeweils zweimal gewinkelt, insbesondere im Wesentlichen jeweils zweimal rechtwinklig gewinkelt, einerseits zum Verteilen des zweiten Reaktionsgases über die Breite der Bipolarplatte 100 und andererseits zum Verteilen des zweiten Reaktionsgases in eine Richtung zu dem Hauptaktivbereich ACA. Weiter ist zu erwähnen, dass in dem Hauptaktivbereich ACA der Bipolarplatte 100 die Kühlmittelkanäle 20, die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 von der ersten Stirnseite 51 des aktiven Bereichs AA in einer Richtung zu der zweiten Stirnseite 52 des aktiven Bereiches AA verlaufen, wobei die Kühlmittelkanäle 20, die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 insbesondere parallel zueinander angeordnet sind.
-
4 offenbart schematisch den Verlauf der ersten Reaktionskanäle 10, der Kühlmittelkanäle 20 und der zweiten Reaktionskanäle 30 über die Bipolarplatte 100. In dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1, dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 und dem Hauptaktivbereich verlaufen die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionsgaskanäle 10 bereichsweise abwechselnd nebeneinander, wobei die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 nur bereichsweise die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionsgaskanäle 10 in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 und in dem zweiten aktiven Verteilbereich ADA2 kreuzen. Im Großteil der Bipolarplatte 100 verlaufen die Kühlmittelkanäle 20, die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 parallel zueinander. Somit kann eine besonders gleichmäßige Verteilung des ersten Reaktionsgases, des zweiten Reaktionsgases und des Kühlmittels erfolgen.
-
5 und 6 zeigen jeweils in einem Vertikalschnitt (siehe Schnittlinie A-A bzw. B-B in 4; Schnitt A-A und Schnitt BB sind insbesondere im Wesentlichen 90° zueinander gedrehte Schnitte) eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100 in einem ersten inaktiven Verteilbereich IDA1. Die Bipolarplatte 100 weist eine erste Bipolarplattenhälfte 101 mit einer ersten Bipolarplattenebene E1 und eine zweite Bipolarplattenhälfte 102 mit einer zweiten Bipolarplattenebene E2 auf, wobei die erste Bipolarplattenhälfte 101 und die zweite Bipolarplattenhälfte 102 zu der Bipolarplatte 100 aneinander angeordnet sind. In dem ersten inaktiven Verteilbereich IDA1 sind in der ersten Bipolarplattenebene E1 der Bipolarplattenhälfte 101 mehrere erste Reaktionsgaskanäle 10 parallel zueinander angeordnet. Weiter sind in dem ersten inaktiven Verteilbereich IDA1 in der zweiten Bipolarplattenebene E2 der Bipolarplattenhälfte 102 mehrere Kühlmittelkanäle 20 parallel zueinander angeordnet. In dem ersten inaktiven Bereich IDA1 kreuzen sich jeweils die Kühlmittelkanäle 20 und die Reaktionskanäle 10. Vorteilhafterweise können die Kühlmittelkanäle 20 in der zweiten Bipolarplattenebene E2 angeordnet werden, da keine zweiten Reaktionsgaskanäle 30 in dem ersten inaktiven Verteilbereich IDA1 angeordnet sind. Es ist ferner denkbar, dass die Kühlmittelkanäle 20 sowohl in der zweiten Bipolarplattenebene E2 und in der erste Bipolarplattenebene E1 angeordnet sind. Mit anderen Worten können sowohl an einer zweiten Seite der ersten Bipolarplattenhälfte 101 sowie an einer zweiten Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte 102 Ausnehmungen zum Bilden von Kühlkanälen 20 ausgebildet sein (vgl. hierzu bspw. 7).
-
7 zeigt in einem Vertikalschnitt (siehe Schnittlinie C-C in 4) eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100 in einem ersten aktiven Verteilbereich ADA1. Die Bipolarplatte 100 weist eine erste Bipolarplattenhälfte 101 mit einer ersten Bipolarplattenebene E1 und eine zweite Bipolarplattenhälfte 102 mit einer zweiten Bipolarplattenebene E2 auf, wobei die erste Bipolarplattenhälfte 101 und die zweite Bipolarplattenhälfte 102 zu der Bipolarplatte 100 aneinander angeordnet sind. In dem ersten aktiven Verteilbereich IDA1 sind Kühlmittelkanäle 10 in der ersten Bipolarplattenebene E1 der Bipolarplatte 100 sowie der zweiten Bipolarplattenebene E2 der Bipolarplatte 100 angeordnet. Erste Reaktionsgaskanäle 10 sind in der ersten Bipolarplattenebene E1 angeordnet. Die Kühlmittelkanäle 20 und die ersten Reaktionskanäle 10 sind abwechselnd nebeneinander angeordnet. In 7 ist ein Bereich des ersten aktiven Verteilbereichs ADA 1 dargestellt, in welchem zweite Reaktionskanäle 30 die Kühlmittelkanäle 20 sowie die ersten Reaktionsgaskanäle 10 in dem ersten aktiven Verteilbereich ADA1 kreuzen. Mit anderen Worten verlaufen die zweiten Reaktionskanäle 30 insbesondere schräg zu den Kühlmittelkanälen 20 und den ersten Reaktionskanälen 10. In dieser Ausführungsform sind die Kühlmittelkanäle 20 in der zweiten Bipolarplattenebene E2 und in der erste Bipolarplattenebene E1 angeordnet. Mit anderen Worten können sowohl an einer zweiten Seite der ersten Bipolarplattenhälfte 101 sowie an einer zweiten Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte 102 Ausnehmungen zum Bilden von Kühlkanälen 20 ausgebildet sein (vgl. hierzu bspw. 7). Die zweite Seite der ersten Bipolarplattenhälfte 101 und die zweite Seite der zweiten Bipolarplattenhälfte 102 sind insbesondere derart zu der Bipolarplatte 100 aneinander angeordnet, dass zumindest bereichsweise die Kühlmittelkanäle 20 ausgebildet werden, wobei der Anteil zum Bilden der Kühlmittelkanäle 20 der ersten Bipolarplattenhälfte 101 und der Anteil zum Bilden der Kühlmittelkanäle 20 der zweiten Bipolarplattenhälfte 102 unterschiedlich sein kann (vgl. hierzu bspw. 8).
-
8 zeigt in einem Vertikalschnitt (siehe Schnittlinie D-D in 4) eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100 in einem Hauptaktivbereich ACA. Die Bipolarplatte 100 weist eine erste Bipolarplattenhälfte 101 mit einer ersten Bipolarplattenebene E1 und eine zweite Bipolarplattenhälfte 102 mit einer zweiten Bipolarplattenebene E2 auf, wobei die erste Bipolarplattenhälfte 101 und die zweite Bipolarplattenhälfte 102 zu der Bipolarplatte 100 aneinander angeordnet sind. In dem Hauptaktivbereich ACA sind Kühlmittelkanäle 10 in der ersten Bipolarplattenebene E1 der Bipolarplatte 100 sowie der zweiten Bipolarplattenebene E2 der Bipolarplatte 100 angeordnet. Weiter sind die ersten Reaktionsgaskanäle 10 in der ersten Bipolarplattenebene E1 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 20 in der zweiten Bipolarplattenebene angeordnet. Der Anteil zum Bilden der Kühlmittelkanäle 20 der ersten Bipolarplattenhälfte 101 und der Anteil zum Bilden der Kühlmittelkanäle 20 der zweiten Bipolarplattenhälfte 102 ist hier unterschiedlich. In dem Hauptaktivbereich ACA der Bipolarplatte 100 verlaufen die Kühlmittelkanäle 20, die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 in einer Richtung von einer ersten Stirnseite 51 des aktiven Bereichs AA zu einer zweiten Stirnseite 52 des aktiven Bereiches AA, wobei die Kühlmittelkanäle 20, die ersten Reaktionsgaskanäle 10 und die zweiten Reaktionsgaskanäle 30 parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten Reaktionskanäle 10 und die zweiten Reaktionskanäle 30 liegen sich jeweils direkt gegenüber. Die Kühlmittelkanäle 20 sind in dem Hauptaktivbereich ACA insbesondere jeweils zwischen sich gegenüberliegenden zwei benachbarten ersten Reaktionsgasöffnungen 10 und zwei benachbarten zweiten Reaktionsgasöffnungen 30 angeordnet.
-
9 offenbart schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelle 200 eines Brennstoffzellenstapels 300, wobei die Brennstoffzelle 200 zumindest zwei Bipolarplatten 100a, 100b, wobei die zumindest zwei Bipolarplatten 100a, 100b jeweils nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet sind, aufweist. Weiter weist die Brennstoffzelle 200 eine zwischen den beiden Bipolarplatten 100a, 100b angeordnete Membran-Elektroden-Einheit 210 auf. Die Brennstoffzelle 200 ist insbesondere ein Brennstoffzellenstapel 300 mit einer Vielzahl an abwechselnd übereinander in einer Stapelrichtung SR des Brennstoffzellenstapels 300 aneinander angeordneten erfindungsgemäßen Bipolarplatten 200 und Membran-Elektroden-Einheiten 210.
-
10 offenbart eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 400 mit einer Karosserie 420 und mit einem Brennstoffzellenstapel 300, wobei der Brennstoffzellenstapel 300 zumindest eine erfindungsgemäße Bipolarplatte aufweist oder wobei der Brennstoffzellenstapel 300 zumindest eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle 200 aufweist.
