DE102022126790A1 - Electrochemical device - Google Patents

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Abstract

Um eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend einen Stapel aus mehreren, längs einer Stapelrichtung aufeinanderfolgenden elektrochemischen Einheiten, die jeweils eine elektrochemisch aktive Membran-Elektroden-Anordnung, eine Bipolarplatte und eine Dichtungsanordnung umfassen, wobei die Dichtungsanordnung eine äußerste Dichtlinie umfasst, welche einem äußeren Rand der Bipolarplatte am nächsten liegt, und wobei jede elektrochemische Einheit einen Elastomerkörper umfasst, welcher mit einer ersten Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und mit einer zweiten Bipolarplatte einer benachbarten elektrochemischen Einheit in Kontakt steht, zu schaffen, bei welcher eine unerwünschte Abweichung der Bipolarplatten in dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten von ihrer Planlage in dem Stapel verringert oder vermieden wird, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Bipolarplatten, mit welchen der Elastomerkörper in Kontakt steht, mindestens ein Kompressionselement aufweist, längs welchem der Elastomerkörper im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, wobei das mindestens eine Kompressionselement zwischen der äußersten Dichtlinie der Dichtungsanordnung und dem äußeren Rand der jeweiligen Bipolarplatte angeordnet ist.In order to create an electrochemical device comprising a stack of several electrochemical units arranged one after the other along a stacking direction, each of which comprises an electrochemically active membrane electrode arrangement, a bipolar plate and a sealing arrangement, wherein the sealing arrangement comprises an outermost sealing line which is closest to an outer edge of the bipolar plate, and wherein each electrochemical unit comprises an elastomer body which is in contact with a first bipolar plate of the electrochemical unit and with a second bipolar plate of an adjacent electrochemical unit, in which an undesirable deviation of the bipolar plates in the stack of electrochemical units from their flat position in the stack is reduced or avoided, it is proposed that at least one of the bipolar plates with which the elastomer body is in contact has at least one compression element along which the elastomer body is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device, wherein the at least one compression element is arranged between the outermost sealing line of the sealing arrangement and the outer edge of the respective bipolar plate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Vorrichtung, die einen Stapel aus mehreren, längs einer Stapelrichtung aufeinanderfolgenden elektrochemischen Einheiten umfasst, wobei die elektrochemischen Einheiten jeweils eine elektrochemisch aktive Membran-Elektroden-Anordnung, eine Bipolarplatte und eine Dichtungsanordnung umfassen,
wobei die Dichtungsanordnung eine äußerste Dichtlinie umfasst, welche einem äußeren Rand der Bipolarplatte am nächsten liegt, und
wobei jede elektrochemische Einheit einen Elastomerkörper umfasst, welcher mit einer ersten Bipolarplatte der elektrochemischen Einheit und mit einer zweiten Bipolarplatte einer benachbarten elektrochemischen Einheit in Kontakt steht.The present invention relates to an electrochemical device comprising a stack of several electrochemical units arranged successively along a stacking direction, wherein the electrochemical units each comprise an electrochemically active membrane electrode arrangement, a bipolar plate and a sealing arrangement,
wherein the sealing arrangement comprises an outermost sealing line which is closest to an outer edge of the bipolar plate, and
wherein each electrochemical unit comprises an elastomer body which is in contact with a first bipolar plate of the electrochemical unit and with a second bipolar plate of an adjacent electrochemical unit.

Insbesondere dann, wenn die Bipolarplatten der elektrochemischen Einheiten einer solchen elektrochemischen Vorrichtung aus dünnen metallischen Folien in einem Stanz- und Prägeprozess hergestellt werden, ergeben sich in der ausgestanzten und umgeformten Bipolarplatte Spannungen, die zu einer Verformung, insbesondere einer Durchbiegung, der unbelasteten Bipolarplatte führen.In particular, when the bipolar plates of the electrochemical units of such an electrochemical device are manufactured from thin metallic foils in a punching and embossing process, stresses arise in the punched and formed bipolar plate, which lead to deformation, in particular deflection, of the unloaded bipolar plate.

Das Auftreten dieser mechanischen Spannungen in der Bipolarplatte ist häufig damit verbunden, dass die ausgestanzten und umgeformten Bipolarplatten bei Auftreten einer entsprechenden mechanischen Belastung zwischen zwei stabilen Zuständen wechseln können, wobei dieses Phänomen umgangssprachlich als „Knackfrosch“ bezeichnet wird.The occurrence of these mechanical stresses in the bipolar plate is often associated with the fact that the punched and formed bipolar plates can switch between two stable states when a corresponding mechanical load occurs, a phenomenon colloquially referred to as "clicking frog".

Wird eine Bipolarplatte durch Verschweißung zweier Bipolarplattenlagen hergestellt, welche beide solche mechanischen Spannungen und eine entsprechende Verformung aufweisen, ist ein gegebenenfalls vorhandener Knackfrosch in der Regel noch ausgeprägter, und die für die Herstellung einer planen Ausrichtung der Bipolarplatten, bei welcher die Hauptflächen der Bipolarplatten senkrecht zu der Stapelrichtung des Stapels aus elektrochemischen Einheiten ausgerichtet sind, erforderliche Kraft höher.If a bipolar plate is manufactured by welding two bipolar plate layers, both of which have such mechanical stresses and a corresponding deformation, any cracking frog that may be present is usually even more pronounced and the force required to produce a flat alignment of the bipolar plates, in which the main surfaces of the bipolar plates are aligned perpendicular to the stacking direction of the stack of electrochemical units, is higher.

Das beschriebene Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass durch die Umformung der an der Bipolarplatte vorhandenen Strukturen mit dreidimensionalen Geometrien (Stege, Kanäle, Vollsicken, Halbsicken) mechanische Spannungen und/oder Rückstellkräfte in der umgeformten, insbesondere geprägten, Bipolarplatte verbleiben, insbesondere dann, wenn die Strukturen mit den dreidimensionalen Geometrien einander kreuzende Verläufe aufweisen. Diese Spannungen und/oder Rückstellkräfte resultieren in Auslenkungen der Bipolarplatte aus ihrer Planlage im Stapel aus elektrochemischen Einheiten.The phenomenon described is due to the fact that the deformation of the structures with three-dimensional geometries (webs, channels, full beads, half beads) on the bipolar plate results in mechanical stresses and/or restoring forces remaining in the deformed, in particular embossed, bipolar plate, especially when the structures with the three-dimensional geometries have intersecting courses. These stresses and/or restoring forces result in deflections of the bipolar plate from its flat position in the stack of electrochemical units.

Aus der unerwünschten Verformung der Bipolarplatten ergeben sich Nachteile im Assemblierungsprozess der elektrochemischen Vorrichtung, bei welchem in wechselnder Folge Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) aufeinander gestapelt werden.The undesirable deformation of the bipolar plates results in disadvantages in the assembly process of the electrochemical device, in which bipolar plates and membrane electrode assemblies (MEAs) are stacked on top of each other in alternating sequence.

Die Komponenten des Stapels kommen dann im verbogenen Zustand in Kontakt miteinander und führen bei der Verpressung des Stapels eine Relativbewegung zueinander aus.The components of the stack then come into contact with each other in the bent state and perform a relative movement to each other when the stack is pressed together.

Die Verformung durch den „Knackfrosch“-Effekt ist häufig im äußeren Randbereich der Bipolarplatten besonders stark. Da bei der Verspannung der elektrochemischen Einheiten des Stapels hohe Kräfte längs der Stapelrichtung im Bereich der Strömungsfelder, wo die Gasdiffusionslagen die Stege der Bipolarplatten kontaktieren, und im Bereich der Dichtungsanordnungen, welche die Strömungsfelder und die parallel zu der Stapelrichtung verlaufenden Mediumkanäle der elektrochemischen Vorrichtung umgeben, und somit mit großem Abstand zum äußeren Rand der Bipolarplatten in den Stapel eingeleitet werden, kann auch nach der Verpressung der elektrochemischen Einheiten des Stapels eine Verformung der Bipolarplatten in deren äußerem Randbereich erhalten bleiben.The deformation caused by the "clicking frog" effect is often particularly strong in the outer edge area of the bipolar plates. Since, when the electrochemical units of the stack are clamped together, high forces are introduced into the stack along the stack direction in the area of the flow fields, where the gas diffusion layers contact the webs of the bipolar plates, and in the area of the sealing arrangements that surround the flow fields and the medium channels of the electrochemical device that run parallel to the stack direction, and thus at a large distance from the outer edge of the bipolar plates, a deformation of the bipolar plates in their outer edge area can remain even after the electrochemical units of the stack have been pressed together.

Die relativ kleinen Kräfte, die zum Plandrücken einer einzelnen Bipolarplatte erforderlich sind, addieren sich in einem Stapel mit beispielsweise einigen hundert elektrochemischen Einheiten auf, so dass die unerwünschten Verformungen der Bipolarplatten auch in einem verpressten Stapel aus elektrochemischen Einheiten erhalten bleiben können, was negative Auswirkungen auf die Abdichtwirkung der Dichtungsanordnungen und auf andere Aspekte der elektrochemischen Vorrichtungen, die eine exakte Ausrichtung und eine exakte Beabstandung der elektrochemischen Einheiten innerhalb des Stapels verlangen, haben kann.The relatively small forces required to flatten a single bipolar plate add up in a stack of, for example, several hundred electrochemical units, so that the undesirable deformations of the bipolar plates can persist even in a pressed stack of electrochemical units, which can have a negative impact on the sealing effectiveness of the gasket assemblies and on other aspects of the electrochemical devices that require precise alignment and spacing of the electrochemical units within the stack.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine unerwünschte Abweichung der Bipolarplatten in dem Stapel aus elektrochemischen Einheiten von ihrer Planlage in dem Stapel verringert oder vermieden wird.The present invention is based on the object of creating an electrochemical device of the type mentioned at the outset, in which an undesirable deviation of the bipolar plates in the stack of electrochemical units from their flat position in the stack is reduced or avoided.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrochemischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der Bipolarplatten, mit welchen der Elastomerkörper in Kontakt steht, mindestens ein Kompressionselement aufweist, längs welchem der Elastomerkörper im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, wobei das mindestens eine Kompressionselement zwischen der äußersten Dichtlinie der Dichtungsanordnung und dem äußeren Rand der jeweiligen Bipolarplatte angeordnet ist.This object is achieved in an electrochemical device having the features of the preamble of claim 1 in that at least one of the bipolar plates with which the elastomer body is in contact has at least one compression element, longitudinally to which the elastomer body is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device, wherein the at least one compression element is arranged between the outermost sealing line of the sealing arrangement and the outer edge of the respective bipolar plate.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Konzept zugrunde, im Bereich des äußeren Umfangs der elektrochemischen Einheiten eine Kompressionskraft einzubringen, die relativ klein ist gegenüber der Kraft, die über die Strömungsfelder der Bipolarplatten eingebracht wird, und relativ klein ist gegenüber der Kraft, die über die Dichtlinien der Dichtungsanordnung eingebracht wird.The present invention is based on the concept of introducing a compression force in the region of the outer circumference of the electrochemical units which is relatively small compared to the force introduced via the flow fields of the bipolar plates and is relatively small compared to the force introduced via the sealing lines of the sealing arrangement.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass entlang eines ausgedehnten linienförmigen Kompressionselements längenspezifisch kleine Kompressionskräfte eingebracht werden.This can be achieved, for example, by applying small compression forces specific to the length of an extended linear compression element.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass spezifisch größere Kompressionskräfte über lokal begrenzte Kompressionselemente eingebracht werden, wobei jedoch stets die insgesamt resultierende Kompressionskraft immer noch klein sein soll gegenüber der Flächenpressungskraft im elektrochemisch aktiven Bereich der elektrochemischen Einheit.Alternatively or in addition to this, it can also be provided that specifically larger compression forces are introduced via locally limited compression elements, whereby, however, the overall resulting compression force should always still be small compared to the surface pressure force in the electrochemically active region of the electrochemical unit.

Der Elastomerkörper bildet vorzugsweise eine weiche und elastische Komponente, die durch das mindestens eine Kompressionselement lokal verformt wird.The elastomer body preferably forms a soft and elastic component which is locally deformed by the at least one compression element.

Aufgrund der Elastizität des Elastomerkörpers treten zur Reduktion oder Vermeidung der unerwünschten Verformungen der Bipolarplatte in deren äußerem Randbereich nur kleine Gesamtkräfte auf, so dass für die Verpressung der elektrochemischen Einheiten in deren elektrochemisch aktivem Bereich noch eine ausreichende Verpresskraft zur Verfügung steht.Due to the elasticity of the elastomer body, only small total forces occur to reduce or avoid undesirable deformations of the bipolar plate in its outer edge area, so that sufficient pressing force is still available for pressing the electrochemical units in their electrochemically active area.

Der zwischen einer ersten Bipolarplatte einer elektrochemischen Einheit und einer zweiten Bipolarplatte einer benachbarten elektrochemischen Einheit angeordnete Elastomerkörper weist vorzugsweise eine Breite (das heißt eine Ausdehnung senkrecht zu der Stapelrichtung und senkrecht zu den Dichtlinien der Dichtungsanordnung) auf, welche größer ist als die Breite des im verspannten Zustand des Stapels zwischen den beiden Bipolarplatten verbleibenden Zwischenraums.The elastomer body arranged between a first bipolar plate of an electrochemical unit and a second bipolar plate of an adjacent electrochemical unit preferably has a width (i.e. an extension perpendicular to the stacking direction and perpendicular to the sealing lines of the sealing arrangement) which is greater than the width of the gap remaining between the two bipolar plates in the clamped state of the stack.

Ein Kompressionselement der ersten Bipolarplatte und/oder ein Kompressionselement der zweiten Bipolarplatte kann unstrukturiert und/oder eben ausgebildet sein.A compression element of the first bipolar plate and/or a compression element of the second bipolar plate can be unstructured and/or flat.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Kompressionselement der ersten Bipolarplatte als eine Sicke, insbesondere als eine Vollsicke, ausgebildet sein.Alternatively or additionally, a compression element of the first bipolar plate can be designed as a bead, in particular as a full bead.

Ein Kompressionselement der zweiten Bipolarplatte kann ebenfalls als eine Sicke, beispielsweise als eine Vollsicke, ausgebildet sein.A compression element of the second bipolar plate can also be designed as a bead, for example as a full bead.

Vorzugsweise sind die Sicken des Kompressionselements der ersten Bipolarplatte und des Kompressionselements der zweiten Bipolarplatte gleichsinnig ausgerichtet, das heißt die Sickenkuppen dieser Sicken sind gegenüber den Sickenfüßen der Sicken in derselben Richtung versetzt.Preferably, the beads of the compression element of the first bipolar plate and the compression element of the second bipolar plate are aligned in the same direction, i.e. the bead crests of these beads are offset in the same direction relative to the bead feet of the beads.

In diesem Fall bilden die Sickenoberkanten der unter dem Elastomerkörper angeordneten Sicke und die Sickenunterkanten der oberhalb des Elastomerkörpers angeordneten Sicke Kompressionslinien, längs welcher der Elastomerkörper komprimiert wird.In this case, the upper edges of the bead arranged below the elastomer body and the lower edges of the bead arranged above the elastomer body form compression lines along which the elastomer body is compressed.

Längs dieser Kompressionslinien liegt der geringste Abstand (längs der Stapelrichtung) zwischen der ersten Bipolarplatte und der zweiten Bipolarplatte vor. In den den Kompressionslinien benachbarten Bereichen ist der Abstand zwischen der ersten Bipolarplatte und der zweiten Bipolarplatte vorzugsweise größer als die Höhe des Elastomerkörpers (das heißt dessen Ausdehnung längs der Stapelrichtung).The smallest distance (along the stacking direction) between the first bipolar plate and the second bipolar plate is along these compression lines. In the areas adjacent to the compression lines, the distance between the first bipolar plate and the second bipolar plate is preferably greater than the height of the elastomer body (i.e. its extension along the stacking direction).

Das Elastomermaterial des Elastomerkörpers kann von den Kompressionslinien aus in deren Nachbarschaft ausbauchen.The elastomer material of the elastomer body can bulge from the compression lines into their vicinity.

Die linienförmigen Kompressionselemente können sich in den Elastomerkörper eingraben.The linear compression elements can dig into the elastomer body.

Die längs der linienförmigen Kompressionselemente in den Elastomerkörper eingebrachte Kraft ist insgesamt nur klein, so dass der Kontaktwiderstand der elektrochemischen Einheiten nicht erhöht wird und die Abdichtwirkung der Dichtungsanordnung nicht verringert wird.The force introduced into the elastomer body along the linear compression elements is overall only small, so that the contact resistance of the electrochemical units is not increased and the sealing effect of the sealing arrangement is not reduced.

Der Elastomerkörper bildet vorzugsweise einen Teil der Dichtungsanordnung und kann insbesondere einstückig mit einem oder mit mehreren Dichtelementen der Dichtungsanordnung ausgebildet sein.The elastomer body preferably forms part of the sealing arrangement and can in particular be formed integrally with one or more sealing elements of the sealing arrangement.

Die Sicken, welche die Kompressionselemente der ersten Bipolarplatte beziehungsweise der zweiten Bipolarplatte bilden, laufen vorzugsweise um die jeweilige Bipolarplatte nahe an deren äußeren Umrandung um.The beads which form the compression elements of the first bipolar plate or the second bipolar plate preferably run around the respective bipolar plate close to its outer edge.

Statt als Vollsicken können diese Sicken auch als Halbsicken ausgeführt sein.Instead of full beads, these beads can also be designed as half beads.

Alternativ zu einem ringförmig geschlossen um die jeweilige Bipolarplatte umlaufenden Kompressionselement kann auch vorgesehen sein, dass das Kompressionselement lokal begrenzt ausgebildet ist.As an alternative to a compression element that is ring-shaped and runs around the respective bipolar plate, it can also be provided that the compression element is designed to be locally limited.

Das Kompressionselement einer Bipolarplatte kann auch als eine Schneidekante ausgebildet sein, welche sich in den Elastomerkörper eingräbt.The compression element of a bipolar plate can also be designed as a cutting edge that digs into the elastomer body.

Lokal ausgebildete Kompressionselemente können beispielsweise rotationssymmetrisch ausgeformt sein.Locally formed compression elements can, for example, be rotationally symmetrical.

Ein Kompressionselement einer Bipolarplatte kann auch als eine aus der Bipolarplatte ausgestanzte und ausgestellte Lasche ausgebildet sein.A compression element of a bipolar plate can also be designed as a tab punched out of the bipolar plate and flared out.

Die elastische Rückstellkraft der Lasche, welche ein Verbiegen der Lasche verhindert, kann dabei die mittels des Kompressionselements übertragene Kompressionskraft erhöhen.The elastic restoring force of the tab, which prevents bending of the tab, can increase the compression force transmitted by the compression element.

Der Elastomerkörper kann einen Bestandteil der Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit bilden.The elastomer body can form part of the sealing arrangement of an electrochemical unit.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper stoffschlüssig mit mindestens einer der benachbarten Bipolarplatten verbunden ist.Alternatively or additionally, it can also be provided that the elastomer body is materially connected to at least one of the adjacent bipolar plates.

Wenn die Dichtungsanordnung ein Rahmenelement aus einer im Vergleich zu einem Elastomermaterial harten Material umfasst, so kann der Elastomerkörper formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit einem solchen Rahmenelement verbunden sein.If the sealing arrangement comprises a frame element made of a material that is hard compared to an elastomer material, the elastomer body can be connected to such a frame element in a form-fitting and/or material-fitting manner.

Besonders günstig ist es, wenn im Assemblierungsprozess des Stapels aus elektrochemischen Einheiten das mindestens eine Kompressionselement der einen dem Elastomerkörper benachbarten Bipolarplatte in Eingriff mit dem Elastomerkörper kommt, bevor die Dichtungsanordnung und/oder eine Gasdiffusionslage der elektrochemischen Einheit in Kontakt mit einer darauf gestapelten nächsten Bipolarplatte einer benachbarten elektrochemischen Einheit des Stapels kommt. Auf diese Weise kann die Bipolarplatte der betreffenden elektrochemischen Einheit in die ebene oder plane Form gebracht werden, bevor die übrigen Funktionselemente der elektrochemischen Einheit aufeinander ausgerichtet werden.It is particularly advantageous if, in the assembly process of the stack of electrochemical units, the at least one compression element of the bipolar plate adjacent to the elastomer body comes into engagement with the elastomer body before the sealing arrangement and/or a gas diffusion layer of the electrochemical unit comes into contact with a next bipolar plate of an adjacent electrochemical unit of the stack stacked thereon. In this way, the bipolar plate of the electrochemical unit in question can be brought into the flat or planar shape before the other functional elements of the electrochemical unit are aligned with one another.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Elastomerkörper eine Verdickung oder eine Lippe aufweist, die längs der Stapelrichtung über die Dichtlippen der Dichtungsanordnung vorsteht, so dass die Verdickung oder Lippenstruktur des Elastomerkörpers während des Assemblierungsprozesses in Kontakt mit der nächsten auf den Elastomerkörper gestapelten Bipolarplatte kommt, bevor diese weitere Bipolarplatte in Kontakt mit den Dichtlippen der Dichtungsstruktur kommt.This can be achieved, for example, by the elastomer body having a thickening or a lip that protrudes along the stacking direction beyond the sealing lips of the sealing arrangement, so that the thickening or lip structure of the elastomer body comes into contact with the next bipolar plate stacked on the elastomer body during the assembly process before this further bipolar plate comes into contact with the sealing lips of the sealing structure.

Bei Beginn des Assemblierungsprozesses sollte eine erste Bipolarplatte, die - gegebenenfalls mit einer dazwischen angeordneten Dichtung - auf eine Endplatte oder ein anderes Randelement, das den Stapel aus elektrochemischen Einheiten begrenzt, gestapelt wird, bereits so abgestützt werden, dass durch die Krafteinleitung der auf diese erste Bipolarplatte gestapelten Bauteile eine plane Ausrichtung der ersten Bipolarplatte erzwungen werden kann.At the start of the assembly process, a first bipolar plate, which is stacked - possibly with a seal arranged in between - on an end plate or another edge element that delimits the stack of electrochemical units, should already be supported in such a way that a flat alignment of the first bipolar plate can be enforced by the force introduction of the components stacked on this first bipolar plate.

Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Endplatte in den Bereichen, welche die Krafteinleitung bestimmen, dieselbe Geometrie wie die Bipolarplatte aufweist und dass zwischen der Endplatte und der ersten Bipolarplatte dieselbe Dichtungsanordnung eingesetzt wird wie zwischen zwei längs der Stapelrichtung aufeinanderfolgenden Bipolarplatten, einschließlich des Elastomerkörpers, welcher mittels der Kompressionselemente der dem Elastomerkörper benachbarten Bipolarplatten komprimiert wird. Ist die den Elastomerkörper umfassende Dichtungsanordnung in einer elektrochemischen Einheit an deren Membran-Elektroden-Anordnung und/oder an eine von deren Gasdiffusionslagen angebunden, so sollte auch an der Endplatte in entsprechender Weise eine solche Membran-Elektroden-Anordnung oder Gasdiffusionslage angeordnet werden, wobei der Katalysator der katalysatorbeschichteten Membran gegebenenfalls weggelassen werden kann oder die katalysatorbeschichtete Membran insgesamt durch eine elektrochemisch inaktive Folie ersetzt werden kann, um Kosten einzusparen.This is achieved, for example, by the end plate having the same geometry as the bipolar plate in the areas that determine the introduction of force and by the same sealing arrangement being used between the end plate and the first bipolar plate as between two bipolar plates arranged one after the other along the stacking direction, including the elastomer body, which is compressed by means of the compression elements of the bipolar plates adjacent to the elastomer body. If the sealing arrangement comprising the elastomer body is connected in an electrochemical unit to its membrane electrode arrangement and/or to one of its gas diffusion layers, such a membrane electrode arrangement or gas diffusion layer should also be arranged on the end plate in a corresponding manner, whereby the catalyst of the catalyst-coated membrane can be omitted if necessary or the catalyst-coated membrane can be replaced entirely by an electrochemically inactive film in order to save costs.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beide Bipolarplatten, mit welchen der Elastomerkörper in Kontakt steht, jeweils ein Kompressionselement aufweisen, längs welchem der Elastomerkörper im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that both bipolar plates with which the elastomer body is in contact each have a compression element along which the elastomer body is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device.

Vorzugsweise steht mindestens eines der Kompressionselemente längs mindestens einer linienförmigen Kompressionsstelle mit dem Elastomerkörper in Kontakt.Preferably, at least one of the compression elements is in contact with the elastomer body along at least one linear compression point.

Dabei kann die linienförmige Kontaktstelle in sich geschlossen ausgebildet sein.The linear contact point can be designed to be self-contained.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die linienförmige Kontaktstelle sich von einem Anfang bis zu einem Ende erstreckt, ohne in sich geschlossen ausgebildet zu sein.Alternatively, it can be provided that the linear contact point extends from a beginning to an end without being self-contained.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eines der Kompressionselemente als eine Versteifungssicke ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one of the compression elements is designed as a stiffening bead.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mindestens eines der Kompressionselemente als eine Vollsicke ausgebildet ist.For example, it can be provided that at least one of the compression elements is designed as a full bead.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Kompressionselemente als eine Halbsicke ausgebildet ist.Alternatively or additionally, it can be provided that at least one of the compression elements is designed as a half-bead.

Vorzugsweise sind die Kompressionselemente der ersten Bipolarplatte und der zweiten Bipolarplatte beide als Vollsicke oder beide als Halbsicke ausgebildet.Preferably, the compression elements of the first bipolar plate and the second bipolar plate are both designed as full bead or both as half bead.

Eine erste linienförmige Kompressionsstelle, an welcher der Elastomerkörper mit der ersten Bipolarplatte in Kontakt steht, kann längs der Stapelrichtung über oder unter einer zweiten linienförmigen Kompressionsstelle liegen, an welcher der Elastomerkörper mit der zweiten Bipolarplatte in Kontakt steht.A first linear compression point at which the elastomer body is in contact with the first bipolar plate can be located along the stacking direction above or below a second linear compression point at which the elastomer body is in contact with the second bipolar plate.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine erste linienförmige Kompressionsstelle, an welcher der Elastomerkörper mit der ersten Bipolarplatte in Kontakt steht, von einem äußeren Rand der ersten Bipolarplatte einen ersten Abstand aufweist, der kleiner oder größer ist als ein zweiter Abstand, den eine zweite linienförmige Kompressionsstelle, an welcher der Elastomerkörper mit der zweiten Bipolarplatte in Kontakt steht, von dem äußeren Rand der zweiten Bipolarplatte aufweist.Alternatively or additionally, it can be provided that a first linear compression point, at which the elastomer body is in contact with the first bipolar plate, has a first distance from an outer edge of the first bipolar plate, which is smaller or larger than a second distance that a second linear compression point, at which the elastomer body is in contact with the second bipolar plate, has from the outer edge of the second bipolar plate.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elastomerkörper über den äußeren Rand der ersten Bipolarplatte und/oder über den äußeren Rand der zweiten Bipolarplatte nach außen übersteht.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the elastomer body projects outward beyond the outer edge of the first bipolar plate and/or beyond the outer edge of the second bipolar plate.

Der Elastomerkörper ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.The elastomer body is preferably formed in one piece.

Der Elastomerkörper ist vorzugsweise vollständig aus einem Elastomermaterial gebildet.The elastomer body is preferably formed entirely from an elastomer material.

Der Elastomerkörper kann insbesondere durch ein Spritzgießverfahren aus einem Elastomermaterial gebildet sein.The elastomer body can be formed from an elastomer material in particular by an injection molding process.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elastomerkörper einstückig mit einem Dichtelement der Dichtungsanordnung ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the elastomer body is formed integrally with a sealing element of the sealing arrangement.

Um ein Durchbiegen des Elastomerkörpers zu vermeiden, ist es günstig, wenn der Elastomerkörper einen Abstützsockel umfasst, mit welchem der Elastomerkörper sich an der ersten Bipolarplatte oder an der zweiten Bipolarplatte abstützt.In order to avoid bending of the elastomer body, it is advantageous if the elastomer body comprises a support base with which the elastomer body is supported on the first bipolar plate or on the second bipolar plate.

Um eine Erhöhung des Kontaktwiderstands der elektrochemischen Einheiten und/oder eine Verminderung der Abdichtwirkung der Dichtungsanordnungen der elektrochemischen Einheiten zu vermeiden, ist es günstig, wenn im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung die Summe der Kompressionskräfte, welche von einer der Bipolarplatten an dem mindestens einen Kompressionselement auf den Elastomerkörper ausgeübt werden, kleiner ist als die Summe der Kontaktkräfte, welche von einem Strömungsfeld der Bipolarplatte auf die Membran-Elektroden-Anordnung, mit welcher die Bipolarplatte in Kontakt steht, ausgeübt werden und/oder kleiner ist als die Summe der Dichtkräfte, welche von der Bipolarplatte an den Dichtlinien auf die Dichtungsanordnung, mit welcher die Bipolarplatte in Kontakt steht, ausgeübt werden.In order to avoid an increase in the contact resistance of the electrochemical units and/or a reduction in the sealing effect of the sealing arrangements of the electrochemical units, it is advantageous if, in the operating state of the electrochemical device, the sum of the compression forces exerted by one of the bipolar plates on the at least one compression element on the elastomer body is smaller than the sum of the contact forces exerted by a flow field of the bipolar plate on the membrane electrode arrangement with which the bipolar plate is in contact and/or is smaller than the sum of the sealing forces exerted by the bipolar plate at the sealing lines on the sealing arrangement with which the bipolar plate is in contact.

Vorzugsweise ist im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung die Summe der Kompressionskräfte, welche von einer der Bipolarplatten an dem mindestens einen Kompressionselement auf den Elastomerkörper ausgeübt werden, kleiner als ein Drittel, insbesondere kleiner als ein Fünftel, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der Summe der Kontaktkräfte, welche von einem Strömungsfeld der Bipolarplatte auf die Membran-Elektroden-Anordnung, mit welcher die Bipolarplatte in Kontakt steht, ausgeübt werden, und/oder kleiner als ein Drittel, insbesondere kleiner als ein Fünftel, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der Summe der Dichtkräfte, welche von der Bipolarplatte an den Dichtlinien auf die Dichtungsanordnung, mit welcher die Bipolarplatte in Kontakt steht, ausgeübt werden.Preferably, in the operating state of the electrochemical device, the sum of the compression forces exerted by one of the bipolar plates on the at least one compression element on the elastomer body is less than a third, in particular less than a fifth, particularly preferably less than a tenth, of the sum of the contact forces exerted by a flow field of the bipolar plate on the membrane electrode arrangement with which the bipolar plate is in contact, and/or less than a third, in particular less than a fifth, particularly preferably less than a tenth, of the sum of the sealing forces exerted by the bipolar plate at the sealing lines on the sealing arrangement with which the bipolar plate is in contact.

Die erfindungsgemäße elektrochemische Vorrichtung kann insbesondere als eine Brennstoffzellenvorrichtung oder als ein Elektrolyseur ausgebildet sein.The electrochemical device according to the invention can be designed in particular as a fuel cell device or as an electrolyzer.

Die elektrochemische Vorrichtung kann insbesondere als eine Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzellenvorrichtung ausgebildet sein.The electrochemical device can in particular be designed as a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell device.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine Draufsicht von oben längs der Stapelrichtung eines Brennstoffzellenstapels einer Brennstoffzellenvorrichtung auf einen Teil des Brennstoffzellenstapels, welcher zwei in der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels aufeinanderfolgende Brennstoffzelleneinheiten und eine über den beiden Brennstoffzelleneinheiten liegende Bipolarplatte einer dritten Brennstoffzelleneinheit umfasst;
  • 2 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch den Teil des Brennstoffzellenstapels aus 1, längs der Linie 2 - 2 in 1, wobei jede Brennstoffzelleneinheit einen Elastomerkörper umfasst, welcher mit einer ersten Bipolarplatte der Brennstoffzelleneinheit und mit einer zweiten Bipolarplatte einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit in Kontakt steht, wobei die Bipolarplatten jeweils ein Kompressionselement aufweisen, längs welchem der Elastomerkörper im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird und welches als eine Vollsicke ausgebildet ist;
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 2;
  • 4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 2;
  • 5 eine Draufsicht von oben längs der Stapelrichtung eines Brennstoffzellenstapels einer Brennstoffzellenvorrichtung auf einen Teil des Brennstoffzellenstapels gemäß einer zweiten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei der Teil des Brennstoffzellenstapels zwei in der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels aufeinanderfolgende Brennstoffzelleneinheiten und eine über den beiden Brennstoffzelleneinheiten liegende Bipolarplatte einer dritten Brennstoffzelleneinheit umfasst;
  • 6 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch den Teil des Brennstoffzellenstapels aus 5, längs der Linie 6 - 6 in 5, wobei jede Brennstoffzelleneinheit einen Elastomerkörper umfasst, welcher mit einer ersten Bipolarplatte der Brennstoffzelleneinheit und mit einer zweiten Bipolarplatte einer benachbarten Brennstoffzelleneinheit in Kontakt steht, wobei jede der Bipolarplatten jeweils ein Kompressionselement aufweist, längs welchem der Elastomerkörper im Betriebszustand der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird und welches als eine Halbsicke ausgebildet ist;
  • 7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III aus 6; und
  • 8 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung, welche sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Dichtungsanordnung ein Rahmenelement aus einem im Vergleich zu einem Elastomermaterial härteren Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial, umfasst, wobei der Elastomerkörper formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rahmenelement verbunden ist und der Elastomerkörper lokale Aufdickungen aufweist.
The drawings show:
  • 1 a plan view from above along the stacking direction of a fuel cell stack of a fuel cell device of a part of the fuel cell stack which comprises two fuel cell units arranged consecutively in the stacking direction of the fuel cell stack and a bipolar plate of a third fuel cell unit lying above the two fuel cell units;
  • 2 a partial longitudinal section through the part of the fuel cell stack 1 , along line 2 - 2 in 1 , wherein each fuel cell unit comprises an elastomer body which is in contact with a first bipolar plate of the fuel cell unit and with a second bipolar plate of an adjacent fuel cell unit, wherein the bipolar plates each have a compression element along which the elastomer body is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device and which is designed as a full bead;
  • 3 an enlarged view of area I from 2 ;
  • 4 an enlarged view of area II from 2 ;
  • 5 a plan view from above along the stacking direction of a fuel cell stack of a fuel cell device of a part of the fuel cell stack according to a second embodiment of the fuel cell device, wherein the part of the fuel cell stack comprises two fuel cell units arranged one after the other in the stacking direction of the fuel cell stack and a bipolar plate of a third fuel cell unit lying above the two fuel cell units;
  • 6 a partial longitudinal section through the part of the fuel cell stack 5 , along line 6 - 6 in 5 , wherein each fuel cell unit comprises an elastomer body which is in contact with a first bipolar plate of the fuel cell unit and with a second bipolar plate of an adjacent fuel cell unit, wherein each of the bipolar plates has a compression element along which the elastomer body is subjected to a compression force in the operating state of the fuel cell device and which is designed as a half-bead;
  • 7 an enlarged view of area III from 6 ; and
  • 8th a partial longitudinal section through a third embodiment of an electrochemical device, which differs from the one shown in the 1 to 4 illustrated first embodiment in that the sealing arrangement comprises a frame element made of a material that is harder than an elastomer material, in particular a plastic material, wherein the elastomer body is positively and/or materially connected to the frame element and the elastomer body has local thickenings.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are designated by the same reference numerals in all figures.

Eine in den 1 und 2 ausschnittsweise dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung, beispielsweise eine Brennstoffzellenvorrichtung 102 oder ein Elektrolyseur, umfasst einen Stapel 104 von elektrochemischen Einheiten 106, beispielsweise von Brennstoffzelleneinheiten 108 oder Elektrolyseureinheiten, wobei der Stapel 104 mehrere in einer Stapelrichtung 110 aufeinanderfolgende elektrochemischen Einheiten 106 und eine (nicht dargestellte) Spannvorrichtung zum Beaufschlagen der elektrochemischen Einheiten 106 mit einer längs der Stapelrichtung 110 gerichteten Spannkraft umfasst (siehe insbesondere 2).One in the 1 and 2 An electrochemical device, shown in detail and designated as a whole by 100, for example a fuel cell device 102 or an electrolyzer, comprises a stack 104 of electrochemical units 106, for example of fuel cell units 108 or electrolyzer units, wherein the stack 104 comprises a plurality of electrochemical units 106 arranged in succession in a stacking direction 110 and a clamping device (not shown) for applying a clamping force directed along the stacking direction 110 to the electrochemical units 106 (see in particular 2 ).

Wie am besten aus der Schnittdarstellung in 2 zu ersehen ist, umfasst jede elektrochemische Einheit 106 der elektrochemischen Vorrichtung 100 jeweils eine Bipolarplatte 112 und eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 114.As best seen from the sectional view in 2 As can be seen, each electrochemical unit 106 of the electrochemical device 100 comprises a bipolar plate 112 and a membrane electrode assembly (MEA) 114.

Die Membran-Elektroden-Anordnung 114 umfasst beispielsweise eine katalysatorbeschichtete Membran („Catalyst Coated Membrane“; CCM) und zwei Gasdiffusionslagen 116 und 118, wobei die erste Gasdiffusionslage 116 beispielsweise kathodenseitig und die zweite Gasdiffusionslage 118 beispielsweise anodenseitig angeordnet ist.The membrane electrode arrangement 114 comprises, for example, a catalyst-coated membrane (“Catalyst Coated Membrane”; CCM) and two gas diffusion layers 116 and 118, wherein the first gas diffusion layer 116 is arranged, for example, on the cathode side and the second gas diffusion layer 118 is arranged, for example, on the anode side.

Die Bipolarplatte 112 ist beispielsweise aus einem metallischen Material gebildet.The bipolar plate 112 is formed, for example, from a metallic material.

Wie am besten aus 1 zu ersehen ist, weist die Bipolarplatte 112 mehrere Medium-Durchtrittsöffnungen 120 auf, durch welche jeweils ein der elektrochemischen Vorrichtung 100 zuzuführendes fluides Medium (im Fall eines Brennstoffzellenstapels beispielsweise ein Brenngas oder Anodengas, ein Oxidationsmittel oder Kathodengas oder ein Kühlmittel) durch die Bipolarplatte 112 hindurchtreten kann. Die Medium-Durchtrittsöffnungen 120 der im Stapel 104 aufeinanderfolgenden Bipolarplatten 112 und die in der Stapelrichtung 110 zwischen den Medium-Durchtrittsöffnungen 120 liegenden Zwischenräume bilden zusammen jeweils einen Mediumkanal 122.How best to 1 As can be seen, the bipolar plate 112 has a plurality of medium passage openings 120, through each of which a fluid medium to be supplied to the electrochemical device 100 (in the case of a fuel cell stack, for example a fuel gas or anode gas, an oxidizing agent or cathode gas or a coolant) can pass through the bipolar plate 112. The medium passage openings 120 of the bipolar plates 112 arranged one after the other in the stack 104 and the intermediate spaces lying between the medium passage openings 120 in the stacking direction 110 together form a medium channel 122.

Jedem Mediumkanal 122, durch welchen ein fluides Medium der elektrochemischen Vorrichtung 100 zuführbar ist, ist jeweils mindestens ein anderer Mediumkanal 122 zugeordnet, durch welchen das betreffende fluide Medium aus der elektrochemischen Vorrichtung 100 abführbar ist.Each medium channel 122 through which a fluid medium can be supplied to the electrochemical device 100 is assigned at least one other medium channel 122 through which the respective fluid medium can be discharged from the electrochemical device 100.

Durch ein dazwischen liegendes Strömungsfeld 124, welches vorzugsweise an einer Oberfläche einer benachbarten Bipolarplatte 112 oder (beispielsweise im Falle eines Kühlmittel-Strömungsfeldes) im Zwischenraum zwischen den Lagen einer mehrlagigen Bipolarplatte 112 ausgebildet ist, kann das Medium aus dem ersten Mediumkanal 122 quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, zu der Stapelrichtung 110 durch das jeweilige Strömungsfeld 124 zu dem zweiten Mediumkanal 122 strömen.Through an intermediate flow field 124, which is preferably formed on a surface of an adjacent bipolar plate 112 or (for example in the case of a coolant flow field) in the space between the layers of a multi-layer bipolar plate 112, the medium can flow from the first medium channel 122 transversely, preferably substantially perpendicularly, to the stacking direction 110 through the respective flow field 124 to the second medium channel 122.

In 1 ist beispielsweise ein Anodengas-Zuführkanal 126, ein Anodengas-Abführkanal 128, ein Kathodengas-Zuführkanal 130, ein Kathodengas-Abführkanal 132, ein Kühlmittel-Zuführkanal 134 und ein Kühlmittel-Abführkanal 136 dargestellt.In 1 For example, an anode gas supply channel 126, an anode gas discharge channel 128, a cathode gas supply channel 130, a cathode gas discharge channel 132, a coolant supply channel 134 and a coolant discharge channel 136 are shown.

Jedes Strömungsfeld 124 steht über jeweils einen Verbindungskanal in Verbindung mit einem Medium-Zuführkanal und mit einem Medium-Abführkanal. Die Strömungsfelder 124 für Anodengas und für Kathodengas werden an ihrem äußeren Rand von jeweils einem Randsteg 138 begrenzt, welcher flächig an einer benachbarten Membran-Elektroden-Anordnung 114 anliegt.Each flow field 124 is connected to a medium feed channel and to a medium discharge channel via a connecting channel. The flow fields 124 for anode gas and for cathode gas are each delimited at their outer edge by an edge web 138, which lies flat against an adjacent membrane electrode arrangement 114.

Jede Bipolarplatte 112 umfasst bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform eine erste Bipolarplattenlage 140 und eine zweite Bipolarplattenlage 142, die längs Verbindungslinien 144, welche senkrecht zu der Zeichenebene der 2 verlaufen, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Verschwei-ßung, beispielsweise durch Laserschweißung, fluiddicht aneinander festgelegt sind.Each bipolar plate 112 comprises, in the embodiment shown in the drawing, a first bipolar plate layer 140 and a second bipolar plate layer 142, which are connected along connecting lines 144 which are perpendicular to the plane of the drawing of the 2 run, preferably materially bonded, in particular by welding, for example by laser welding, and are fixed to one another in a fluid-tight manner.

Ein unerwünschtes Austreten der fluiden Medien aus den Strömungsfeldern 124 der elektrochemischen Vorrichtung 100 wird in jeder elektrochemischen Einheit 106 durch eine Dichtungsanordnung 146 verhindert, welche sich längs der Umfangsrichtung 148 der Strömungsfelder 124 um die Strömungsfelder 124 herum erstreckt.An undesirable leakage of the fluid media from the flow fields 124 of the electrochemical device 100 is prevented in each electrochemical unit 106 by a sealing arrangement 146 which extends around the flow fields 124 along the circumferential direction 148 of the flow fields 124.

Die Dichtungsanordnung 146 umfasst vorzugsweise zwei Dichtelemente 150, wobei ein erstes Dichtelement 152 vorzugsweise an der kathodenseitigen ersten Gasdiffusionslage 116 und ein zweites Dichtelement 154 vorzugsweise an der anodenseitigen zweiten Gasdiffusionslage 118 der Membran-Elektroden-Anordnung 114 festgelegt ist.The sealing arrangement 146 preferably comprises two sealing elements 150, wherein a first sealing element 152 is preferably fixed to the cathode-side first gas diffusion layer 116 and a second sealing element 154 is preferably fixed to the anode-side second gas diffusion layer 118 of the membrane electrode arrangement 114.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Dichtelemente 152 und 154 an die jeweils zugeordnete Gasdiffusionslage 116 bzw. 118 angespritzt oder angegossen sind.For example, it can be provided that the sealing elements 152 and 154 are injection-molded or cast onto the respectively associated gas diffusion layer 116 or 118.

Das erste Dichtelement 152 weist vorzugsweise eine oder mehrere Dichtlippen 156 auf, mit welchen das erste Dichtelement 152 fluiddicht an der ersten Bipolarplattenlage 140 einer ersten benachbarten Bipolarplatte 112 anliegt, um jeweils eine Dichtlinie 158 zu bilden, welche sich um ein Strömungsfeld 124 der elektrochemischen Vorrichtung 100 herum erstreckt, so dass ein Entweichen von Medium aus dem Strömungsfeld 124 in die Umgebung oder in einen der Mediumkanäle 122, welche anderen Medien zugeordnet sind als das betreffende Strömungsfeld 124, verhindert wird (siehe 3).The first sealing element 152 preferably has one or more sealing lips 156, with which the first sealing element 152 rests fluid-tight against the first bipolar plate layer 140 of a first adjacent bipolar plate 112 in order to form a sealing line 158 which extends around a flow field 124 of the electrochemical device 100, so that an escape of medium from the flow field 124 into the environment or into one of the medium channels 122, which are assigned to other media than the relevant flow field 124, is prevented (see 3 ).

Das zweite Dichtelement 154 weist vorzugsweise eine oder mehrere Dichtlippen 160 auf, mit welchen das zweite Dichtelement 154 fluiddicht an der zweiten Bipolarplattenlage 142 einer zweiten Bipolarplatte 112' einer benachbarten elektrochemischen Einheit 106' anliegt, um jeweils eine Dichtlinie 162 zu bilden, welche sich um ein Strömungsfeld 124 der elektrochemischen Vorrichtung 100 herum erstreckt, so dass ein Entweichen von Medium aus dem betreffenden Strömungsfeld 124 in die Umgebung oder in Mediumkanäle 122, welche anderen Medien zugeordnet sind als das betreffende Strömungsfeld 124, verhindert wird.The second sealing element 154 preferably has one or more sealing lips 160, with which the second sealing element 154 rests fluid-tight against the second bipolar plate layer 142 of a second bipolar plate 112' of an adjacent electrochemical unit 106' in order to form a sealing line 162 which extends around a flow field 124 of the electrochemical device 100, so that escape of medium from the relevant flow field 124 into the environment or into medium channels 122 which are associated with other media than the relevant flow field 124 is prevented.

Eine der Dichtlinien 158 und 162, welche - vom Zentrum der Strömungsfelder 124 der elektrochemischen Vorrichtung aus gesehen - am weitesten außen, das heißt am nächsten zum äußeren Rand 164 der Bipolarplatten 112 hin, gelegen ist, bildet eine äußerste Dichtlinie 166 der Dichtungsanordnung 146.One of the sealing lines 158 and 162, which is located furthest outward, i.e. closest to the outer edge 164 of the bipolar plates 112, as viewed from the center of the flow fields 124 of the electrochemical device, forms an outermost sealing line 166 of the sealing arrangement 146.

Wenn mehrere der Dichtlinien 158 und 162 längs der Stapelrichtung 110 genau übereinander liegen, kann eine Dichtungsanordnung 146 auch mehrere, längs der Stapelrichtung 110 übereinander liegende äußerste Dichtlinien 166 aufweisen.If several of the sealing lines 158 and 162 lie exactly one above the other along the stacking direction 110, a sealing arrangement 146 can also have several outermost sealing lines 166 lying one above the other along the stacking direction 110.

In 2 sind die Dichtlippen 156, 160 in ihrem verpressten Zustand dargestellt, welchen dieselben einnehmen, wenn die elektrochemischen Einheiten 106 des Stapels 104 gegeneinander verspannt worden sind.In 2 the sealing lips 156, 160 are shown in their pressed state, which they assume when the electrochemical units 106 of the stack 104 have been clamped against each other.

In diesem verpressten Zustand sind die Kuppen der Dichtlippen 156, 160 abgeflacht. Die Dichtlinien 158, 162 der Dichtungsanordnung 146 verlaufen dann ungefähr dort, wo im unverpressten Zustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 die Kuppen der Dichtlippen 156, 160 lagen.In this pressed state, the tips of the sealing lips 156, 160 are flattened. The sealing lines 158, 162 of the sealing arrangement 146 then run approximately where the tips of the sealing lips 156, 160 were in the unpressed state of the electrochemical device 100.

Wie aus 2 zu ersehen ist, umfasst ferner jede elektrochemische Einheit 106 des Stapels 104 jeweils einen Elastomerkörper 168, welcher mit jeweils einer ersten Bipolarplatte 112 derselben elektrochemischen Einheit 106 und mit einer zweiten Bipolarplatte 112' einer benachbarten elektrochemischen Einheit 106' in Kontakt steht.As from 2 As can be seen, each electrochemical unit 106 of the stack 104 further comprises each have an elastomer body 168 which is in contact with a first bipolar plate 112 of the same electrochemical unit 106 and with a second bipolar plate 112' of an adjacent electrochemical unit 106'.

Ein der Membran-Elektroden-Anordnung 114 der elektrochemischen Einheit 106 abgewandter äußerer Rand 169 des Elastomerkörpers 168 ist vorzugsweise gegenüber den äußeren Rändern 164 der dem Elastomerkörper 168 benachbarten Bipolarplatten 112, 112' nach außen versetzt.An outer edge 169 of the elastomer body 168 facing away from the membrane electrode arrangement 114 of the electrochemical unit 106 is preferably offset outwardly relative to the outer edges 164 of the bipolar plates 112, 112' adjacent to the elastomer body 168.

Jede der Bipolarplatten 112, 112', mit welchen der Elastomerkörper 168 in Kontakt steht, weist jeweils ein Kompressionselement 170 auf, längs welchem der Elastomerkörper 168 im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird.Each of the bipolar plates 112, 112' with which the elastomer body 168 is in contact has a compression element 170 along which the elastomer body 168 is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device 100.

Die erste Bipolarplatte 112 umfasst ein erstes Kompressionselement 170a, welches als eine Versteifungssicke 172 in der ersten Bipolarplattenlage 140 der Bipolarplatte 112 ausgebildet ist (siehe 4).The first bipolar plate 112 comprises a first compression element 170a, which is formed as a stiffening bead 172 in the first bipolar plate layer 140 of the bipolar plate 112 (see 4 ).

Die Versteifungssicke 172 ist bei dieser Ausführungsform als eine Vollsicke 174 ausgebildet, welche eine dem Strömungsfeld 124 zugewandte innere erste Sickenkante 176, eine gegenüber der inneren ersten Sickenkante 176 in einer senkrecht zur Stapelrichtung 110 ausgerichteten Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 zu der zweiten Bipolarplattenlage 142 der Bipolarplatte 112 hin versetzte innere zweite Sickenkante 178, eine gegenüber der inneren zweiten Sickenkante 178 in der Versatzrichtung 180 nach außen versetzte äußere zweite Sickenkante 182 und eine gegenüber der äußeren zweiten Sickenkante 182 in der Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 von der zweiten Bipolarplattenlage 142 der Bipolarplatte 112 weg versetzte äußere erste Sickenkante 184 aufweist.In this embodiment, the stiffening bead 172 is designed as a full bead 174 which has an inner first bead edge 176 facing the flow field 124, an inner second bead edge 178 offset outwards from the inner first bead edge 176 in an offset direction 180 oriented perpendicular to the stacking direction 110 and along the stacking direction 110 towards the second bipolar plate layer 142 of the bipolar plate 112, an outer second bead edge 182 offset outwards from the inner second bead edge 178 in the offset direction 180 and an outer first bead edge 184 offset outwards from the outer second bead edge 182 in the offset direction 180 and away from the second bipolar plate layer 142 of the bipolar plate 112 along the stacking direction 110.

Die innere erste Sickenkante 176, die innere zweite Sickenkante 178, die äußere zweite Sickenkante 182 und die äußere erste Sickenkante 184 erstrecken sich längs der Umfangsrichtung 148 um die Strömungsfelder 124 der jeweiligen elektrochemischen Einheit 106 herum und sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The inner first bead edge 176, the inner second bead edge 178, the outer second bead edge 182 and the outer first bead edge 184 extend along the circumferential direction 148 around the flow fields 124 of the respective electrochemical unit 106 and are preferably self-contained.

Die innere erste Sickenkante 176 und die innere zweite Sickenkante 178 begrenzen eine innere Sickenflanke 186 der Versteifungssicke 172.The inner first bead edge 176 and the inner second bead edge 178 delimit an inner bead flank 186 of the stiffening bead 172.

Die äußere zweite Sickenkante 182 und die äußere erste Sickenkante 184 begrenzen eine äußere Sickenflanke 188 der Versteifungssicke 172.The outer second bead edge 182 and the outer first bead edge 184 delimit an outer bead flank 188 of the stiffening bead 172.

Die innere zweite Sickenkante 178 und die äußere zweite Sickenkante 182 begrenzen eine Sickenkuppe 190 der Versteifungssicke 172.The inner second bead edge 178 and the outer second bead edge 182 delimit a bead crest 190 of the stiffening bead 172.

Wie aus 4 zu ersehen ist, bilden die innere erste Sickenkante 176 und die äußere erste Sickenkante 184 der Versteifungssicke 172 jeweils eine linienförmige Kompressionsstelle 192, längs welcher das als Versteifungssicke 172 ausgebildete Kompressionselement 170 der ersten Bipolarplatte 112 mit dem Elastomerkörper 168 in Kontakt steht.As from 4 As can be seen, the inner first bead edge 176 and the outer first bead edge 184 of the stiffening bead 172 each form a linear compression point 192, along which the compression element 170 of the first bipolar plate 112 designed as a stiffening bead 172 is in contact with the elastomer body 168.

Die durch die innere erste Sickenkante 176 und die äußere erste Sickenkante 184 gebildeten linienförmigen Kompressionsstellen 192 sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The linear compression points 192 formed by the inner first bead edge 176 and the outer first bead edge 184 are preferably designed to be closed in themselves.

Das zweite Kompressionselement 170b, mit welchem die zweite Bipolarplatte 112' mit dem Elastomerkörper 168 in Kontakt steht, ist als eine Versteifungssicke 172' in der zweiten Bipolarplattenlage 142 der zweiten Bipolarplatte 112' ausgebildet.The second compression element 170b, with which the second bipolar plate 112' is in contact with the elastomer body 168, is formed as a stiffening bead 172' in the second bipolar plate layer 142 of the second bipolar plate 112'.

Bei der in den 1 und 4 dargestellten ersten Ausführungsform ist auch dieses zweite Kompressionselement 170b als eine Vollsicke 174' ausgebildet.In the 1 and 4 In the first embodiment shown, this second compression element 170b is also designed as a full bead 174'.

Die Versteifungssicke 172' weist eine innere erste Sickenkante 194, eine gegenüber der inneren ersten Sickenkante 194 in der Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 von der ersten Bipolarplattenlage 140 der zweiten Bipolarplatte 112' weg versetzte innere zweite Sickenkante 196, eine gegenüber der inneren zweiten Sickenkante 196 in der Versatzrichtung 180 nach außen versetzte äußere zweite Sickenkante 198 und eine gegenüber der äußeren zweiten Sickenkante 198 in der Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 zu der ersten Bipolarplattenlage 140 der zweiten Bipolarplatte 112' hin versetzte äußere erste Sickenkante 200 auf (siehe 4).The stiffening bead 172' has an inner first bead edge 194, an inner second bead edge 196 offset from the inner first bead edge 194 in the offset direction 180 outwards and along the stacking direction 110 away from the first bipolar plate layer 140 of the second bipolar plate 112', an outer second bead edge 198 offset from the inner second bead edge 196 in the offset direction 180 outwards and an outer first bead edge 200 offset from the outer second bead edge 198 in the offset direction 180 outwards and along the stacking direction 110 towards the first bipolar plate layer 140 of the second bipolar plate 112' (see 4 ).

Die innere erste Sickenkante 194, die innere zweite Sickenkante 196, die äußere zweite Sickenkante 198 und die äußere zweite Sickenkante 200 erstrecken sich jeweils längs der Umfangsrichtung 148 um die Strömungsfelder 124 der betreffenden elektrochemischen Einheit 106 herum und sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The inner first bead edge 194, the inner second bead edge 196, the outer second bead edge 198 and the outer second bead edge 200 each extend along the circumferential direction 148 around the flow fields 124 of the respective electrochemical unit 106 and are preferably designed to be closed in themselves.

Die innere erste Sickenkante 194 und die innere zweite Sickenkante 196 begrenzen eine innere Sickenflanke 202 der Versteifungssicke 172'.The inner first bead edge 194 and the inner second bead edge 196 delimit an inner bead flank 202 of the stiffening bead 172'.

Die äußere zweite Sickenkante 198 und die äußere erste Sickenkante 200 begrenzen eine äußere Sickenflanke 206 der Versteifungssicke 172'.The outer second bead edge 198 and the outer first bead edge 200 delimit an outer bead flank 206 of the stiffening bead 172'.

Die innere zweite Sickenkante 196 und die äußere zweite Sickenkante 198 begrenzen eine Sickenkuppe 204 der Versteifungssicke 172'.The inner second bead edge 196 and the outer second bead edge 198 delimit a bead crest 204 of the stiffening bead 172'.

Wie aus 4 zu ersehen ist, bilden die innere zweite Sickenkante 196 und die äußere zweite Sickenkante 198 der Versteifungssicke 172' in der zweiten Bipolarplattenlage 142 der zweiten Bipolarplatte 112' jeweils eine linienförmige Kompressionsstelle 192, längs welcher das Kompressionselement 170b der zweiten Bipolarplatte 112' mit dem Elastomerkörper 168 in Kontakt steht.As from 4 As can be seen, the inner second bead edge 196 and the outer second bead edge 198 of the stiffening bead 172' in the second bipolar plate layer 142 of the second bipolar plate 112' each form a linear compression point 192, along which the compression element 170b of the second bipolar plate 112' is in contact with the elastomer body 168.

Die durch die innere zweite Sickenkante 196 und durch die äußere zweite Sickenkante 198 gebildeten linienförmigen Kompressionsstellen 192 sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The linear compression points 192 formed by the inner second bead edge 196 and by the outer second bead edge 198 are preferably designed to be closed in themselves.

Das erste Kompressionselement 170a der ersten Bipolarplatte 112 und das zweite Kompressionselement 170b der zweiten Bipolarplatte 112' sind jeweils zwischen der äußersten Dichtlinie 166 der Dichtungsanordnung 146 und dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 112 beziehungsweise der zweiten Bipolarplatte 112' angeordnet.The first compression element 170a of the first bipolar plate 112 and the second compression element 170b of the second bipolar plate 112' are each arranged between the outermost sealing line 166 of the sealing arrangement 146 and the outer edge 164 of the first bipolar plate 112 and the second bipolar plate 112', respectively.

Insbesondere sind die linienförmigen Kompressionsstellen 192 der Kompressionselemente 170a und 170b zwischen der äußersten Dichtlinie 166 der Dichtungsanordnung 146 und dem äußeren Rand 164 der Bipolarplatten 112 beziehungsweise 112' angeordnet, wenn diese Elemente auf eine senkrecht zu der Stapelrichtung 110 ausgerichtete Ebene projiziert werden.In particular, the linear compression points 192 of the compression elements 170a and 170b are arranged between the outermost sealing line 166 of the sealing arrangement 146 and the outer edge 164 of the bipolar plates 112 and 112', respectively, when these elements are projected onto a plane oriented perpendicular to the stacking direction 110.

Wie aus 4 zu ersehen ist, weist die innere erste Sickenkante 176, an welcher der Elastomerkörper 168 mit der ersten Bipolarplatte 112 in Kontakt steht, von dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 112 einen Abstand auf, der größer ist als der Abstand, den die äußere zweite Sickenkante 198, an welcher der Elastomerkörper 168 mit der zweiten Bipolarplatte 112' in Kontakt ist, von dem äußeren Rand 164 der zweiten Bipolarplatte 112' aufweist.As from 4 As can be seen, the inner first bead edge 176, at which the elastomer body 168 is in contact with the first bipolar plate 112, is at a distance from the outer edge 164 of the first bipolar plate 112 that is greater than the distance that the outer second bead edge 198, at which the elastomer body 168 is in contact with the second bipolar plate 112', is at from the outer edge 164 of the second bipolar plate 112'.

Ferner ist der Abstand der inneren ersten Sickenkante 176, an welcher der Elastomerkörper mit der ersten Bipolarplatte 112 in Kontakt steht, von dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 134 kleiner als der Abstand, den die innere zweite Sickenkante 196, an welcher der Elastomerkörper 168 mit der zweiten Bipolarplatte 112' in Kontakt steht, von dem äußeren Rand 164 der zweiten Bipolarplatte 112' aufweist.Furthermore, the distance of the inner first bead edge 176, at which the elastomer body is in contact with the first bipolar plate 112, from the outer edge 164 of the first bipolar plate 134 is smaller than the distance of the inner second bead edge 196, at which the elastomer body 168 is in contact with the second bipolar plate 112', from the outer edge 164 of the second bipolar plate 112'.

Der Abstand der äußeren ersten Sickenkante 184, an welcher der Elastomerkörper 168 mit der ersten Bipolarplatte 112 in Kontakt steht, von dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 112 ist größer als der Abstand der äußeren zweiten Sickenkante 198, an welcher der Elastomerkörper 168 mit der zweiten Bipolarplatte 112' in Kontakt steht, von dem äußeren Rand 164 der zweiten Bipolarplatte 112'.The distance of the outer first bead edge 184, at which the elastomer body 168 is in contact with the first bipolar plate 112, from the outer edge 164 of the first bipolar plate 112 is greater than the distance of the outer second bead edge 198, at which the elastomer body 168 is in contact with the second bipolar plate 112', from the outer edge 164 of the second bipolar plate 112'.

Ferner ist der Abstand der äußeren ersten Sickenkante 184, an welcher der Elastomerkörper 168 in Kontakt mit der ersten Bipolarplatte 112 steht, von dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 112 kleiner als der Abstand der inneren zweiten Sickenkante 196, an welcher der Elastomerkörper 168 in Kontakt mit der zweiten Bipolarplatte 112' steht, von dem äußeren Rand 164 der zweiten Bipolarplatte 112'.Furthermore, the distance of the outer first bead edge 184, at which the elastomer body 168 is in contact with the first bipolar plate 112, from the outer edge 164 of the first bipolar plate 112 is smaller than the distance of the inner second bead edge 196, at which the elastomer body 168 is in contact with the second bipolar plate 112', from the outer edge 164 of the second bipolar plate 112'.

Die linienförmigen Kompressionsstellen 192 des ersten Kompressionselements 170a, längs welcher der Elastomerkörper 168 im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 von der ersten Bipolarplatte 112 mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, liegen somit - bei Projektion auf eine zu der Stapelrichtung 110 senkrechte Ebene - zwischen den linienförmigen Kompressionsstellen 192' des zweiten Kompressionselements 170b, längs welcher der Elastomerkörper 168 im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 von der zweiten Bipolarplatte 112' mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird.The linear compression points 192 of the first compression element 170a, along which the elastomer body 168 is subjected to a compression force by the first bipolar plate 112 in the operating state of the electrochemical device 100, are thus located - when projected onto a plane perpendicular to the stacking direction 110 - between the linear compression points 192' of the second compression element 170b, along which the elastomer body 168 is subjected to a compression force by the second bipolar plate 112' in the operating state of the electrochemical device 100.

Die Sickenkuppe 190 der Versteifungssicke 172 des ersten Kompressionselements 170a ist schmaler als die Sickenkuppe 204 der Versteifungssicke 172' des zweiten Kompressionselements 170b.The bead crest 190 of the stiffening bead 172 of the first compression element 170a is narrower than the bead crest 204 of the stiffening bead 172' of the second compression element 170b.

Ferner ist die Versteifungssicke 172 des ersten Kompressionselements 170a zwischen der inneren Sickenflanke 202 und der äußeren Sickenflanke 206 der Versteifungssicke 172' des zweiten Kompressionselements 170b aufgenommen.Furthermore, the stiffening bead 172 of the first compression element 170a is received between the inner bead flank 202 and the outer bead flank 206 of the stiffening bead 172' of the second compression element 170b.

Die Sickenkuppe 190 der Versteifungssicke 172 des ersten Kompressionselements 170a liegt vorzugsweise, besonders bevorzugt flächig, an der Sickenkuppe 204 der Versteifungssicke 172' des zweiten Kompressionselements 170b an.The bead crest 190 of the stiffening bead 172 of the first compression element 170a preferably rests, particularly preferably flatly, on the bead crest 204 of the stiffening bead 172' of the second compression element 170b.

Hierdurch stützen sich die Versteifungssicken 172 und 172' der beiden Kompressionselemente 170a und 170b aneinander ab, wodurch die mechanische Stabilität der Kompressionselemente 170a und 170b erhöht wird.As a result, the stiffening beads 172 and 172' of the two compression elements 170a and 170b support each other, thereby increasing the mechanical stability of the compression elements 170a and 170b.

Im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 ist die Summe der Kompressionskräfte, welche von einer der Bipolarplatten 112 oder 112' auf den Elastomerkörper 168 ausgeübt werden, kleiner als die Summe der Kontaktkräfte, welche von einem Strömungsfeld 124 der Bipolarplatte 112 beziehungsweise 112' auf die Membran-Elektroden-Anordnung 114, mit welcher die Bipolarplatte 112 beziehungsweise 112' in Kontakt steht, ausgeübt werden.In the operating state of the electrochemical device 100, the sum of the compression forces exerted by one of the bipolar plates 112 or 112' on the elastomer body 168 is smaller than the sum of the contact forces exerted by a flow field 124 of the bipolar plate 112 or 112' on the membrane electrode arrangement 114 with which the bipolar plate 112 or 112' is in contact.

Ferner ist im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung 100 die Summe der Kompressionskräfte, welche von einer der Bipolarplatten 112 oder 112' auf den Elastomerkörper 168 ausgeübt werden, kleiner als die Summe der Dichtkräfte, welche von der Bipolarplatte 112 beziehungsweise 112' an den Dichtlinien 158 beziehungsweise 162 auf die Dichtungsanordnung 146, mit welcher die Bipolarplatte 112 beziehungsweise 112' in Kontakt steht, ausgeübt werden.Furthermore, in the operating state of the electrochemical device 100, the sum of the compression forces exerted by one of the bipolar plates 112 or 112' on the elastomer body 168 is smaller than the sum of the sealing forces exerted by the bipolar plate 112 or 112' at the sealing lines 158 or 162 on the sealing arrangement 146 with which the bipolar plate 112 or 112' is in contact.

Der Elastomerkörper 168 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.The elastomer body 168 is preferably formed in one piece.

Ferner ist der Elastomerkörper 168 vorzugsweise einstückig mit einem Dichtelement 150 der Dichtungsanordnung 146 ausgebildet.Furthermore, the elastomer body 168 is preferably formed integrally with a sealing element 150 of the sealing arrangement 146.

Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 ist vorgesehen, dass der Elastomerkörper 168 einstückig mit dem anodenseitigen zweiten Dichtelement 154 der Dichtungsanordnung 146 ausgebildet ist.In the embodiment of an electrochemical device 100 shown in the drawing, it is provided that the elastomer body 168 is formed integrally with the anode-side second sealing element 154 of the sealing arrangement 146.

Grundsätzlich könnte aber auch vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper 168 einstückig mit dem kathodenseitigen ersten Dichtelement 152 der Dichtungsanordnung 146 ausgebildet ist.In principle, however, it could also be provided that the elastomer body 168 is formed integrally with the cathode-side first sealing element 152 of the sealing arrangement 146.

Der Elastomerkörper 168 umfasst ferner einen Abstützsockel 208, mit welchem der Elastomerkörper 168 sich an einer der Bipolarplatten 112 oder 112' abstützt.The elastomer body 168 further comprises a support base 208, with which the elastomer body 168 is supported on one of the bipolar plates 112 or 112'.

Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich der Elastomerkörper 168 mit dem Abstützsockel 208 an der zweiten Bipolarplatte 112' ab.In the embodiment shown in the drawing, the elastomer body 168 is supported by the support base 208 on the second bipolar plate 112'.

Im Bereich des Abstützsockels 208 weist der Elastomerkörper 168 seine größte Höhe, das heißt seine größte Erstreckung längs der Stapelrichtung 110 des Stapels 104 aus elektrochemischen Einheiten 106, auf.In the region of the support base 208, the elastomer body 168 has its greatest height, that is, its greatest extension along the stacking direction 110 of the stack 104 of electrochemical units 106.

Die Höhe des Elastomerkörpers 168 im Bereich des Abstützsockels 208 entspricht ungefähr dem minimalen tolerierbaren Abstand zwischen den längs der Stapelrichtung aufeinander folgenden Bipolarplatten 112 und 112'.The height of the elastomer body 168 in the region of the support base 208 corresponds approximately to the minimum tolerable distance between the bipolar plates 112 and 112' following one another along the stacking direction.

Durch das Vorhandensein des Abstützsockels 208 wird ein Durchbiegen des Elastomerkörpers 168 zu der Bipolarplatte 112' hin, an welcher der Abstützsockel 208 sich abstützt, vermieden.The presence of the support base 208 prevents the elastomer body 168 from bending towards the bipolar plate 112' on which the support base 208 is supported.

Durch das Vorhandensein der Kompressionselemente 170a und 170b an den Bipolarplatten 112, 112' des Stapels 104 aus elektrochemischen Einheiten 106 wird erreicht, dass sowohl die Bipolarplatten 112, 112' als auch die mit denselben zusammenwirkenden Flächen der Dichtungsanordnungen 146 im betriebsbereiten Stapel 104 von elektrochemischen Einheiten 106 plan liegen und insbesondere alle Flächen, welche senkrecht zu der Stapelrichtung 110 ausgerichtet sein sollen, diese zur Stapelrichtung 110 orthogonale Ausrichtung einnehmen.The presence of the compression elements 170a and 170b on the bipolar plates 112, 112' of the stack 104 of electrochemical units 106 ensures that both the bipolar plates 112, 112' and the surfaces of the sealing arrangements 146 interacting with them lie flat in the operational stack 104 of electrochemical units 106 and, in particular, all surfaces which are intended to be aligned perpendicular to the stacking direction 110 assume this alignment orthogonal to the stacking direction 110.

Dadurch, dass die mittels der Kompressionselemente 170a, 170b auf den Elastomerkörper 168 ausgeübten Kompressionskräfte kleiner sind als die an den Dichtlinien 158, 162 der Dichtungsanordnung 146 ausgeübten Dichtkräfte, wird eine Verminderung der Abdichtwirkung der Dichtungsanordnung 146 vermieden.Because the compression forces exerted on the elastomer body 168 by means of the compression elements 170a, 170b are smaller than the sealing forces exerted on the sealing lines 158, 162 of the sealing arrangement 146, a reduction in the sealing effect of the sealing arrangement 146 is avoided.

Dadurch, dass die mittels der Kompressionselemente 170a, 170b auf den Elastomerkörper 168 ausgeübten Kompressionskräfte kleiner sind als die Kräfte, mit welchen die Membran-Elektroden-Anordnung 114 von den Strömungsfeldern 124 der Bipolarplatten 112, 112' beaufschlagt wird, und vorzugsweise kleiner sind als ein Drittel, insbesondere kleiner als ein Fünftel, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der Kräfte, mit welchen die Membran-Elektroden-Anordnung 114 von den Strömungsfeldern 124 der Bipolarplatten 112, 112' beaufschlagt wird, wird eine Erhöhung des Kontaktwiderstands im Bereich der Strömungsfelder 124 der Bipolarplatten 112, 112' vermieden.Because the compression forces exerted on the elastomer body 168 by means of the compression elements 170a, 170b are smaller than the forces with which the membrane electrode arrangement 114 is acted upon by the flow fields 124 of the bipolar plates 112, 112', and are preferably smaller than a third, in particular smaller than a fifth, particularly preferably smaller than a tenth, of the forces with which the membrane electrode arrangement 114 is acted upon by the flow fields 124 of the bipolar plates 112, 112', an increase in the contact resistance in the region of the flow fields 124 of the bipolar plates 112, 112' is avoided.

Eine in den 5 bis 7 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Versteifungssicken 172, 172' der Kompressionselemente 170a, 170b der ersten Bipolarplatte 112 beziehungsweise der zweiten Bipolarplatte 112' nicht als Vollsicken 174, sondern stattdessen als Halbsicken 210 ausgebildet sind.One in the 5 to 7 The second embodiment of an electrochemical device 100 shown in FIG. 1 differs from that shown in FIGS. 1 to 4 illustrated first embodiment in that the stiffening beads 172, 172' of the compression elements 170a, 170b of the first bipolar plate 112 and the second bipolar plate 112' are not designed as full beads 174, but instead as half beads 210.

Die Halbsicke 210 des ersten Kompressionselements 170a, mit welcher die erste Bipolarplatte 112 mit dem Elastomerkörper 168 in Kontakt steht, ist in der ersten Bipolarplattenlage 140 der ersten Bipolarplatte 112 ausgebildet und weist eine dem Strömungsfeld 124 der Bipolarplatte 112 zugewandte innere Sickenlinie 212 und eine gegenüber der inneren Sickenlinie 212 in der Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 von der zweiten Bipolarplattenlage 142 der ersten Bipolarplatte 112 weg versetzte äußere Sickenlinie 214 auf.The half-bead 210 of the first compression element 170a, with which the first bipolar plate 112 is in contact with the elastomer body 168, is formed in the first bipolar plate layer 140 of the first bipolar plate 112 and has an inner bead line 212 facing the flow field 124 of the bipolar plate 112 and an outer bead line 214 offset from the inner bead line 212 in the offset direction 180 outward and along the stacking direction 110 away from the second bipolar plate layer 142 of the first bipolar plate 112.

Die innere Sickenlinie 212 und die äußere Sickenlinie 214 der Halbsicke 210 erstrecken sich längs der Umfangsrichtung 148 um die Strömungsfelder 124 der Bipolarplatten 112, 112' herum und sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The inner bead line 212 and the outer bead line 214 of the half bead 210 extend along the circumferential direction 148 around the flow fields 124 of the bipolar plates 112, 112' and are preferably self-contained.

Die innere Sickenlinie 212 und die äußere Sickenlinie 214 der Halbsicke 210 begrenzen eine Sickenflanke 215 der Halbsicke 210.The inner bead line 212 and the outer bead line 214 of the half-bead 210 delimit a bead flank 215 of the half-bead 210.

Die äußere Sickenlinie 214 der Halbsicke 210 der ersten Bipolarplatte 112 bildet eine linienförmige Kompressionsstelle 192, an welcher die erste Bipolarplatte 112 mit dem Elastomerkörper 168 in Kontakt steht.The outer bead line 214 of the half-bead 210 of the first bipolar plate 112 forms a linear compression point 192 at which the first bipolar plate 112 is in contact with the elastomer body 168.

An der Kompressionsstelle 192 tritt eine Verformung des Elastomerkörpers 168 auf, welche in der Zeichnung aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.At the compression point 192, a deformation of the elastomer body 168 occurs, which is not shown in the drawing for reasons of simplification.

Die Halbsicke 210' des zweiten Kompressionselements 170b ist in der zweiten Bipolarplattenlage 142 der zweiten Bipolarplatte 112' ausgebildet und weist eine dem Strömungsfeld 124 der zweiten Bipolarplatte 112' zugewandte innere Sickenlinie 216 und eine gegenüber der inneren Sickenlinie 216 in der Versatzrichtung 180 nach außen und längs der Stapelrichtung 110 zu der ersten Bipolarplattenlage 140 der zweiten Bipolarplatte 112' hin versetzte äußere Sickenlinie 218 auf.The half-bead 210' of the second compression element 170b is formed in the second bipolar plate layer 142 of the second bipolar plate 112' and has an inner bead line 216 facing the flow field 124 of the second bipolar plate 112' and an outer bead line 218 offset from the inner bead line 216 in the offset direction 180 outward and along the stacking direction 110 toward the first bipolar plate layer 140 of the second bipolar plate 112'.

Die innere Sickenlinie 216 und die äußere Sickenlinie 218 der Halbsicke 210 erstrecken sich längs der Umfangsrichtung 148 um die Strömungsfelder 124 der Bipolarplatten 112, 112' herum und sind vorzugsweise in sich geschlossen ausgebildet.The inner bead line 216 and the outer bead line 218 of the half-bead 210 extend along the circumferential direction 148 around the flow fields 124 of the bipolar plates 112, 112' and are preferably self-contained.

Die innere Sickenlinie 216 und die äußere Sickenlinie 218 begrenzen eine Sickenflanke 220 der Halbsicke 210'.The inner bead line 216 and the outer bead line 218 delimit a bead flank 220 of the half-bead 210'.

Die innere Sickenlinie 216 der Halbsicke 210' bildet eine linienförmige Kompressionsstelle 192', längs welcher die zweite Bipolarplatte 112' eine Kompressionswirkung auf den Elastomerkörper 168 ausübt.The inner bead line 216 of the half-bead 210' forms a linear compression point 192', along which the second bipolar plate 112' exerts a compression effect on the elastomer body 168.

Diese linienförmige Kompressionsstelle 192' ist ringförmig geschlossen ausgebildet.This linear compression point 192' is formed in a closed ring shape.

Wie aus 7 zu ersehen ist, ist der Abstand der äußeren Sickenlinie 214 der Halbsicke 210 des ersten Kompressionselements 170a der ersten Bipolarplatte 112 von dem äußeren Rand 164 der ersten Bipolarplatte 112 größer als der Abstand der inneren Sickenlinie 216 der Halbsicke 210' des zweiten Kompressionselements 170b der zweiten Bipolarplatte 112' von dem äußeren Rand 164 der zweiten Bipolarplatte 112'.As from 7 As can be seen, the distance of the outer bead line 214 of the half-bead 210 of the first compression element 170a of the first bipolar plate 112 from the outer edge 164 of the first bipolar plate 112 is greater than the distance of the inner bead line 216 of the half-bead 210' of the second compression element 170b of the second bipolar plate 112' from the outer edge 164 of the second bipolar plate 112'.

Bei dieser Ausführungsform liegt somit die linienförmige Kompressionsstelle 192 des ersten Kompressionselements 170a der ersten Bipolarplatte 112 weiter vom äußeren Rand 164 der Bipolarplatten 112, 112' entfernt als die linienförmige Kompressionsstelle 192' des zweiten Kompressionselements 170b der zweiten Bipolarplatte 112'.In this embodiment, the linear compression point 192 of the first compression element 170a of the first bipolar plate 112 is thus further away from the outer edge 164 of the bipolar plates 112, 112' than the linear compression point 192' of the second compression element 170b of the second bipolar plate 112'.

Bei Verwendung eines anderen Flankenwinkels bei den Halbsicken 210 und 210' und/oder aufgrund von Fertigungs- oder Stapeltoleranzen kann die linienförmige Kompressionsstelle 192 des ersten Kompressionselements 170a der ersten Bipolarplatte 112 aber auch gleich weit entfernt oder weniger weit entfernt vom äußeren Rand der Bipolarplatten 112, 112' entfernt liegen als die linienförmige Kompressionsstelle 192' des zweiten Kompressionselements 170b der zweiten Bipolarplatte 112'.When using a different flank angle for the half beads 210 and 210' and/or due to manufacturing or stacking tolerances, the linear compression point 192 of the first compression element 170a of the first bipolar plate 112 can also be located the same distance away or less far away from the outer edge of the bipolar plates 112, 112' than the linear compression point 192' of the second compression element 170b of the second bipolar plate 112'.

Ferner ist bei der in den 5 bis 7 dargestellten zweiten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 der Elastomerkörper 168 einstückig mit dem kathodenseitigen ersten Dichtelement 152 der Dichtungsanordnung 146 ausgebildet.Furthermore, the 5 to 7 In the second embodiment of an electrochemical device 100 shown, the elastomer body 168 is formed integrally with the cathode-side first sealing element 152 of the sealing arrangement 146.

Der Abstützsockel 208 des Elastomerkörpers 168 steht bei dieser Ausführungsform in Kontakt mit der ersten Bipolarplattenlage 140 der ersten Bipolarplatte 112.In this embodiment, the support base 208 of the elastomer body 168 is in contact with the first bipolar plate layer 140 of the first bipolar plate 112.

Im Übrigen stimmt die in den 5 bis 7 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Moreover, the 5 to 7 illustrated second embodiment of an electrochemical device 100 in terms of structure, function and method of manufacture with the one shown in the 1 to 4 illustrated first embodiment, to the above description of which reference is made in this respect.

Eine in 8 ausschnittsweise dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Dichtungsanordnung 146 jeder elektrochemischen Einheit 106 ein Rahmenelement 222 aus einem im Vergleich zu einem Elastomermaterial harten Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, umfasst, wobei der Elastomerkörper 168 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rahmenelement 222 verbunden ist.One in 8th The third embodiment of an electrochemical device 100 shown in detail differs from that shown in the 1 to 4 illustrated first embodiment in that the sealing arrangement 146 of each electrochemical unit 106 comprises a frame element 222 made of a material that is hard compared to an elastomer material, for example a plastic material, wherein the elastomer body 168 is positively and/or materially connected to the frame element 222.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper 168 an das Rahmenelement 222 angespritzt oder angegossen ist.For example, it can be provided that the elastomer body 168 is injection-molded or cast onto the frame element 222.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper 168 eine Ausnehmung 224 aufweist, in welche sich ein höhenreduzierter Bereich 226 des Rahmenelements 222, das heißt ein Bereich des Rahmenelements 222 mit einer gegenüber der Höhe eines Grundkörpers 228 des Rahmenelements 222 verringerten Ausdehnung längs der Stapelrichtung 110 der elektrochemischen Vorrichtung 100, hinein erstreckt.In particular, it can be provided that the elastomer body 168 has a recess 224 into which a height-reduced region 226 of the frame element 222, that is, a region of the frame element 222 with a height that is smaller than the Height of a base body 228 of the frame element 222 reduced extent along the stacking direction 110 of the electrochemical device 100.

Der Elastomerkörper 168 weist auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Aufdickung 230, 230' auf, über welche der Elastomerkörper 168 mit der ersten Bipolarplatte 112 beziehungsweise mit der zweiten Bipolarplatte 112' in Kontakt steht.The elastomer body 168 has a thickening 230, 230' on opposite sides, via which the elastomer body 168 is in contact with the first bipolar plate 112 or with the second bipolar plate 112'.

Dabei weist jede der Bipolarplatten 112, 122' jeweils ein Kompressionselement 170 auf, längs welchem der Elastomerkörper 168 im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, wobei die Kompressionselemente 170 zwischen dem äußeren Rand 164 der jeweiligen Bipolarplatte 112, 112' einerseits und der (in 8 nicht dargestellten, rechts von den Aufdickungen 230, 230' liegenden) äußersten Dichtlinie der Dichtungsanordnung 146 andererseits angeordnet sind.Each of the bipolar plates 112, 122' has a compression element 170 along which the elastomer body 168 is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device, the compression elements 170 being arranged between the outer edge 164 of the respective bipolar plate 112, 112' on the one hand and the (in 8th not shown, located to the right of the thickened portions 230, 230') outermost sealing line of the sealing arrangement 146 on the other hand.

Die Kompressionselemente 170 sind bei dieser Ausführungsform unstrukturiert und im Wesentlichen eben ausgebildet.In this embodiment, the compression elements 170 are unstructured and essentially flat.

Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Furthermore, the 8th illustrated third embodiment of an electrochemical device 100 in terms of structure, function and method of manufacture with the 1 to 4 illustrated first embodiment, to the above description of which reference is made in this respect.

Claims (15)

Elektrochemische Vorrichtung, umfassend einen Stapel (104) aus mehreren, längs einer Stapelrichtung (110) aufeinanderfolgenden elektrochemischen Einheiten (106), die jeweils eine elektrochemisch aktive Membran-Elektroden-Anordnung (114), eine Bipolarplatte (112) und eine Dichtungsanordnung (146) umfassen, wobei die Dichtungsanordnung (146) eine äußerste Dichtlinie (166) umfasst, welche einem äußeren Rand (164) der Bipolarplatte (112) am nächsten liegt, und wobei jede elektrochemische Einheit (106) einen Elastomerkörper (168) umfasst, welcher mit einer ersten Bipolarplatte (112) der elektrochemischen Einheit (106) und mit einer zweiten Bipolarplatte (112') einer benachbarten elektrochemischen Einheit (106') in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Bipolarplatten (112, 112'), mit welchen der Elastomerkörper (168) in Kontakt steht, mindestens ein Kompressionselement (170) aufweist, längs welchem der Elastomerkörper (168) im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung (100) mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird, wobei das mindestens eine Kompressionselement (170) zwischen der äußersten Dichtlinie (166) der Dichtungsanordnung (146) und dem äußeren Rand (164) der jeweiligen Bipolarplatte (112, 112') angeordnet ist.Electrochemical device comprising a stack (104) of a plurality of electrochemical units (106) arranged one after the other along a stacking direction (110), each of which comprises an electrochemically active membrane electrode arrangement (114), a bipolar plate (112) and a sealing arrangement (146), wherein the sealing arrangement (146) comprises an outermost sealing line (166) which is closest to an outer edge (164) of the bipolar plate (112), and wherein each electrochemical unit (106) comprises an elastomer body (168) which is in contact with a first bipolar plate (112) of the electrochemical unit (106) and with a second bipolar plate (112') of an adjacent electrochemical unit (106'), characterized in that at least one of the bipolar plates (112, 112') with which the elastomer body (168) is in contact has at least one compression element (170), along which the elastomer body (168) is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device (100), wherein the at least one compression element (170) is arranged between the outermost sealing line (166) of the sealing arrangement (146) and the outer edge (164) of the respective bipolar plate (112, 112'). Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bipolarplatten (112, 112'), mit welchen der Elastomerkörper (168) in Kontakt steht, jeweils ein Kompressionselement (170) aufweisen, längs welchem der Elastomerkörper (168) im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung (100) mit einer Kompressionskraft beaufschlagt wird.Electrochemical device according to Claim 1 , characterized in that both bipolar plates (112, 112') with which the elastomer body (168) is in contact each have a compression element (170) along which the elastomer body (168) is subjected to a compression force in the operating state of the electrochemical device (100). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kompressionselemente (170) längs mindestens einer linienförmigen Kompressionsstelle (192; 192') mit dem Elastomerkörper (168) in Kontakt steht.Electrochemical device according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that at least one of the compression elements (170) is in contact with the elastomer body (168) along at least one linear compression point (192; 192'). Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Kompressionsstelle (192; 192') in sich geschlossen ausgebildet ist.Electrochemical device according to Claim 3 , characterized in that the linear compression point (192; 192') is self-contained. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die linienförmige Kompressionsstelle (192; 192') sich von einem Anfang bis zu einem Ende erstreckt.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the linear compression point (192; 192') extends from a beginning to an end. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kompressionselemente (170) als eine Versteifungssicke (172; 172') ausgebildet ist.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that at least one of the compression elements (170) is designed as a stiffening bead (172; 172'). Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kompressionselemente (170) als eine Vollsicke (174; 174') ausgebildet ist.Electrochemical device according to Claim 6 , characterized in that at least one of the compression elements (170) is designed as a full bead (174; 174'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kompressionselemente (170) als eine Halbsicke (210; 210') ausgebildet ist.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that at least one of the compression elements (170) is designed as a half-bead (210; 210'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste linienförmige Kompressionsstelle (192), an welcher der Elastomerkörper (168) mit der ersten Bipolarplatte (112) in Kontakt steht, längs der Stapelrichtung (110) über oder unter einer zweiten linienförmigen Kompressionsstelle (192') liegt, an welcher der Elastomerkörper (168) mit der zweiten Bipolarplatte (112') in Kontakt steht.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that a first linear compression point (192), at which the elastomer body (168) is in contact with the first bipolar plate (112), lies along the stacking direction (110) above or below a second linear compression point (192'), at which the elastomer body (168) is in contact with the second bipolar plate (112'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste linienförmige Kompressionsstelle (192), an welcher der Elastomerkörper (168) mit der ersten Bipolarplatte (112) in Kontakt steht, von einem äußeren Rand (164) der ersten Bipolarplatte (112) einen ersten Abstand aufweist, der kleiner oder größer ist als ein zweiter Abstand, den eine zweite linienförmige Kompressionsstelle (192'), an welcher der Elastomerkörper (168) mit der zweiten Bipolarplatte (112') in Kontakt steht, von dem äußeren Rand (164) der zweiten Bipolarplatte (112') aufweist.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that a first linear compression point (192), at which the elastomer body (168) is in contact with the first bipolar plate (112), has a first distance from an outer edge (164) of the first bipolar plate (112), which is smaller or larger than a second distance that a second linear compression point (192'), at which the elastomer body (168) is in contact with the second bipolar plate (112'), has from the outer edge (164) of the second bipolar plate (112'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (168) über den äußeren Rand (164) der ersten Bipolarplatte (112) und/oder über den äußeren Rand (164) der zweiten Bipolarplatte (112') nach außen übersteht.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the elastomer body (168) projects outward beyond the outer edge (164) of the first bipolar plate (112) and/or beyond the outer edge (164) of the second bipolar plate (112'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (168) einstückig ausgebildet ist.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the elastomer body (168) is formed in one piece. Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (168) einstückig mit einem Dichtelement (150) der Dichtungsanordnung (146) ausgebildet ist.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 12 , characterized in that the elastomer body (168) is formed integrally with a sealing element (150) of the sealing arrangement (146). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (168) einen Abstützsockel (208) umfasst, mit welchem der Elastomerkörper (168) sich an der ersten Bipolarplatte (112) oder an der zweiten Bipolarplatte (112') abstützt.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 13 , characterized in that the elastomer body (168) comprises a support base (208) with which the elastomer body (168) is supported on the first bipolar plate (112) or on the second bipolar plate (112'). Elektrochemische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand der elektrochemischen Vorrichtung (100) die Summe der Kompressionskräfte, welche von einer der Bipolarplatten (112, 112') an dem mindestens einen Kompressionselement (170) auf den Elastomerkörper (168) ausgeübt werden, kleiner ist als die Summe der Kontaktkräfte, welche von einem Strömungsfeld (124) der Bipolarplatte (112, 112') auf die Membran-Elektroden-Anordnung (114), mit welcher die Bipolarplatte (112, 112') in Kontakt steht, ausgeübt werden und/oder kleiner ist als die Summe der Dichtkräfte, welche von der Bipolarplatte (112, 112') an den Dichtlinien (158, 162) auf die Dichtungsanordnung (146), mit welcher die Bipolarplatte (112, 112') in Kontakt steht, ausgeübt werden.Electrochemical device according to one of the Claims 1 until 14 , characterized in that in the operating state of the electrochemical device (100), the sum of the compression forces exerted by one of the bipolar plates (112, 112') on the at least one compression element (170) on the elastomer body (168) is smaller than the sum of the contact forces exerted by a flow field (124) of the bipolar plate (112, 112') on the membrane electrode arrangement (114) with which the bipolar plate (112, 112') is in contact and/or is smaller than the sum of the sealing forces exerted by the bipolar plate (112, 112') at the sealing lines (158, 162) on the sealing arrangement (146) with which the bipolar plate (112, 112') is in contact.
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009039905A1 (en) 2009-09-03 2011-03-10 Daimler Ag Membrane assembly for a fuel cell stack, fuel cell stack with the membrane assembly and method
DE102020103624A1 (en) 2020-02-12 2021-08-12 Elringklinger Ag Electrochemical device and method of making an electrochemical device
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