DE102023203776A1

DE102023203776A1 - Separatorplatte, Anordnung für ein elektrochemisches System, elektrochemisches System und Herstellverfahren

Info

Publication number: DE102023203776A1
Application number: DE102023203776.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gaugler; Kurt Höhe; Franz Schweiggart; Christoph Specht; Andre Speidel; Stephan Wenzel
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2023-04-25
Publication date: 2023-10-26
Also published as: DE202022102212U1; US20230343972A1; CN116960384A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte und eine Anordnung für ein elektrochemisches System, beispielsweise für eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur. Derartige Separatorplatten werden auch als Bipolarplatten bezeichnet und üblicherweise in Form eines Stapels von Separatorplatten und Zellen bzw. Membranelektrodeneinheiten zu einem elektrochemischen System verbunden. Die Anordnungen für ein elektrochemisches System weisen ein- oder mehrlagige Separatorplatten sowie Membranelektrodeneinheiten auf. Die Erfindung betrifft auch ein elektrochemisches System mit derartigen Separatorplatten. Bei dem elektrochemischen System kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem, einen elektrochemischen Kompressor, eine Redox-Flow-Batterie oder um einen Elektrolyseur handeln. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Separatorplatte, einer solchen Anordnung und/oder eines solchen elektrochemischen Systems.

Description

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte und eine Anordnung für ein elektrochemisches System, beispielsweise für eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur. Derartige Separatorplatten werden auch als Bipolarplatten bezeichnet und üblicherweise in Form eines Stapels von Separatorplatten und Zellen bzw. Membranelektrodeneinheiten zu einem elektrochemischen System verbunden. Die Anordnungen für ein elektrochemisches System weisen ein- oder mehrlagige Separatorplatten sowie Membranelektrodeneinheiten auf. Die Erfindung betrifft auch ein elektrochemisches System mit derartigen Separatorplatten. Bei dem elektrochemischen System kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem, einen elektrochemischen Kompressor, eine Redox-Flow-Batterie oder um einen Elektrolyseur handeln. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Separatorplatte, einer solchen Anordnung und/oder eines solchen elektrochemischen Systems.
Derartige Separatorplatten weisen üblicherweise Strukturen auf, die zur Versorgung mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten dienen.
Insbesondere weisen derartige Separatorplatten einen aktiven Bereich mit Flusskanälen für Reaktionsmedien entlang ihrer Außenseiten auf. Weiterhin weisen derartige Separatorplatten Durchgangsöffnungen zum Zuleiten von Reaktionsmedien zu dem aktiven Bereich auf. Diese Durchgangsöffnungen und der aktive Bereich können über weitere Strukturen miteinander verbunden sein, beispielsweise sogenannte Verteil- und/oder Sammelbereiche mit Kanälen zur Führung eines Reaktionsmediums von einer Durchgangsöffnung zu den Kanälen eines aktiven Bereiches bzw. umgekehrt.
Typischerweise weisen derartige Separatorplatten zwei metallische Lagen, eine erste metallische Lage und eine benachbart angeordnete zweite metallische Lage auf, die miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt sind. Für manche Anwendungen werden jedoch einlagige Separatorplatten vorgezogen.
Die Einzellagen der Separatorplatte werden beispielsweise mittels Prägens, insbesondere Hubprägens und/oder Rollprägens mit den oben genannten Strukturen versehen. Bei nicht zu großen flächigen Dimensionen der einzelnen Lagen ist ein Hubprägen der Lagen möglich. Bei zunehmender Größe der einzelnen Lage werden auch die Kräfte, die zum Hubprägen dieser Lage erforderlich sind, größer, so dass ein Hubprägen der Lage zunehmend schwierig wird und jenseits bestimmter Abmessungen, die wiederum von der Blechstärke und der Verformbarkeit des Blechs abhängen, nicht mehr mit verfügbaren Pressen möglich ist. Zudem sind die für das Hubprägen benötigten Prozesszeiten für große Stückzahlen, insbesondere große Stückzahlen großer Platten, nicht akzeptabel oder es wird eine Vielzahl von Pressen erforderlich, was nicht wirtschaftlich ist.
Als Alternative hierzu wird im Stand der Technik, z.B. in der DE 10 2004 016 318 A , bereits das Rollprägen zur Ausformung von Kanalstrukturen, zwischen denen jeweils das selbe Medium geführt wird, das auch in andere Kanalstrukturen übertreten darf, genannt. Bei derartigen mittels Rollprägens teilgefertigten Separatorplatten erfolgt die Abdichtung mittels separater Elemente, wie beispielsweise aufgebrachter oder angespritzter Elastomerprofile. Das Rollprägen bringt den Vorteil mit sich, dass die Berührflächen, die auf einmal umgeformt werden, bei gleicher Werkzeugbreite wesentlich kleiner sind als beim Hubprägen und damit weniger Krafteintrag erfordern.
Nachteilig am Rollprägen gegenüber dem Hubprägen ist jedoch die mit der aktuell bekannten und verfügbaren Technik geringere Maßhaltigkeit der mittels einmaligem Rollprägen erzeugten Strukturen. Rollprägen wird daher nur in Bereichen eingesetzt, die eine geringe Prägegenauigkeit erfordern. Es ist auch möglich, zur Herstellung eines Bauteils Rollprägen und Hubprägen zu kombinieren. Grundsätzlich ist es jedoch bevorzugt, wenn eine ausreichend präzise Formgebung in nur einem Fertigungsschritt erfolgt.
Im Hinblick auf eine sichere Abdichtung und ebenso auf eine sichere Passage von Reaktionsmedien von Durchgangsöffnungen zu einem aktiven Bereich einer Separatorplatte hat es sich gezeigt, dass geprägte Dichtsicken aufgebrachten oder aufgelegten Elastomerprofilen als Dichtelemente deutlich überlegen sind. Gleiches gilt für die Abdichtung sämtlicher fluidführender Bereiche einer Separatorplatte gegenüber der Umgebung, wobei die dort eingesetzten Dichtsicken auch als Perimetersicken bezeichnet werden können.
Derartige Dichtsicken erfordern jedoch für eine sichere Dichtwirkung eine sehr hohe Genauigkeit der geprägten Strukturen, so dass bisher in diesem Bereich zum Prägen von Dichtsicken ein Rollprägeverfahren nicht in Frage kommt. Denn beim Rollprägen einer Vertiefung variieren die Flankenwinkel der Vertiefung, d. h. Einlaufwinkel und Auslaufwinkel, aufgrund der Rollrichtung und damit der Prägerichtung der Lage durch das Rollprägewerkzeug. Zur Vergleichmäßigung der Steifigkeit von Sicken, insbesondere zur Erzielung eines optimalen und gleichmäßigen Federverhaltens wurden etliche Maßnahmen ergriffen, beispielsweise die Verwendung wellenförmiger Sicken, die über langgestreckte Sicken eine ähnliche Steifigkeit wie deren Eckbereiche aufweisen, vgl. DE 102 48 531 A1 oder spezielle Gestaltungen einer solchen Wellenform, wie sie etwa in der DE 20 2014 008 375 U1 gezeigt sind. Dies zeigt, dass eine sehr hohe Präzision sowohl bei der Auslegung als auch bei der praktischen Ausformung der Dichtsicken vonnöten ist. Selbst wenn die Variabilität der Flankenwinkel scheinbar gering ist, kann die Steifigkeit einer Dichtsicke durch variierende Flankenwinkel ihrer Sickenflanken erheblich beeinträchtigt werden und die Sicken können zum Kippen neigen. Daher sind bisher keine rollgeprägten Separatorplatten mit geprägten Dichtsicken verfügbar.
Eine alternative Möglichkeit ist es, bei der Ausgestaltung des Werkzeugs für ein Rollprägeverfahren das Werkzeug so anzupassen, dass die damit geprägten Separatorplatten trotz der Anisotropie der Rollprägung gleichmäßig ausgeformt werden. Dies erfordert jedoch einen komplexen, beispielsweise mehrstufigen Auslegungsprozess des Werkzeugs und verteuert damit die Prägewerkzeuge sehr.
Damit stellt sich das Problem, dass bei sehr großen Lagen einer Separatorplatte Hubprägeverfahren an ihre Grenzen stoßen und andererseits, wenn diese Lagen auch Dichtsicken aufweisen, Rollprägeverfahren die Folge haben, dass die Abdichtung durch diese Dichtsicken bisher unzureichend ist.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Separatorplatte, eine Anordnung, ein elektrochemisches System mit derartigen Separatorplatten sowie ein Herstellungsverfahren für diese zur Verfügung zu stellen, die mit geringerem Aufwand, insbesondere geringeren Kräften zu fertigen sind bei hohen Anforderungen an die Dichtwirkung der mittels Rollprägens geprägten Dichtsicken. Diese Aufgabe wird durch die Separatorplatte nach Anspruch 1, die Anordnung für ein elektrochemisches System nach einem der Ansprüche 12 und 13, das elektrochemische System nach Anspruch 14 und das Herstellungsverfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Separatorplatte, der erfindungsgemäßen Anordnung und des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Die erfindungsgemäße Separatorplatte ist in einer ersten Variante eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System, beispielsweise eine Brennstoffzelle, einen elektrochemischen Kompressor, eine Redox-Flow-Batterie oder einen Elektrolyseur. Insbesondere für Elektrolyseure, in jüngster Zeit aber auch für Brennstoffzellen, stellt sich das Problem, dass die Einzellagen einer erfindungsgemäßen Separatorplatte eine großflächige Ausdehnung aufweisen und daher nur schwer durch Hubprägen geformt werden können.
Die erfindungsgemäße Separatorplatte weist nun eine erste metallische Lage und eine zweite metallische Lage auf, beispielsweise eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte. Beide metallischen Lagen sind benachbart zueinander und übereinander angeordnet. In Systemen, die eine Kühlung erfordern, kann zwischen diesen beiden metallischen Lagen ein Kühlmittel geführt werden. Beispielsweise bei Elektrolyseuren ist dies prozessbedingt oft nicht erforderlich, die Zweilagigkeit kann jedoch auch hier vorteilhaft sein, damit die Strukturen der Anodenplatte und der Kathodenplatte unabhängig voneinander ausgestaltet werden können.
Die einzelnen Lagen weisen erfindungsgemäß einen aktiven Bereich auf, der jeweils eine Schar von geprägten Flusskanälen für ein Reaktionsmedium aufweist, die jeweils auf der Außenseite der Separatorplatte längs der jeweiligen metallischen Lage verlaufen. Weiterhin weist jede der Lagen eine erste Durchgangsöffnung zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu dem aktiven Bereich auf. Zwischen der ersten Durchgangsöffnung und dem aktiven Bereich können weitere Abschnitte angeordnet sein, über die das Reaktionsmedium auf seinem Weg von der ersten Durchgangsöffnung zum aktiven Bereich fließt. Beispielsweise sind Verteilbereiche mit Verteilkanälen möglich, über die das über die erste Durchgangsöffnung zugeführte Reaktionsmedium verteilt und den Kanälen des aktiven Bereichs gleichmäßig zugeführt wird. Auf der anderen Seite der Separatorplatte kann der Abfluss über einen Sammelbereich erfolgen.
In jeder der metallischen Lagen ist die erste Durchgangsöffnung von einer Dichtsicke umschlossen. Diese Dichtsicke dichtet in einem elektrochemischen System, bei dem eine Vielzahl von Separatorplatten und Membranelektrodeneinheiten alternierend in Form eines Stapels angeordnet sind, die durch den Stapel reichende Abfolge von Durchgangsöffnungen in Separatorplatten und Membranelektrodeneinheiten im Bereich des Verstärkungsrandes der Membranelektrodeneinheit zum die Dichtsicke umgebenden Raum hin ab.
Derartige Dichtsicken verlaufen beispielsweise um eine, mehrere oder jede der Durchgangsöffnungen. Zur Abdichtung gegenüber der Umgebung der Platte kann sich eine vergleichbare Dichtsicke in Form einer sog. Perimetersicke beabstandet zum und längs des Umfangsrandes der jeweiligen Lage in sich geschlossen in der Lage erstrecken. Eine Perimetersicke dichtet den Zwischenraum zwischen einander benachbarten Separatorplatten und Membranelektrodeneinheiten bzw. deren Verstärkungsrand in einem Stapel eines elektrochemischen Systems gegenüber der Umgebung des Stapels ab.
Neben einer ersten Durchgangsöffnung zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu dem aktiven Bereich weisen die metallischen Lagen der Separatorplatte auch eine zweite Durchgangsöffnung zum Ableiten des Reaktionsmediums oder von Reaktionsprodukten aus dem aktiven Bereich auf. Zwischen dem aktiven Bereich und der zweiten Durchgangsöffnung können wiederum weitere Leitungsstrukturen, beispielsweise Fließkanäle in einem Sammelbereich verlaufen, die das Reaktionsmedium oder Reaktionsprodukte aus dem aktiven Bereich sammeln und zu der zweiten Durchgangsöffnung führen. In gleicher Weise wie bei der ersten Durchgangsöffnung kann die zweite Durchgangsöffnung von einer Dichtsicke umschlossen sein.
Es ist dabei bereits aus dem Stand der Technik bekannt, dass die metallischen Lagen eines elektrochemischen Systems zumindest abschnittsweise rollgeprägt sein können, sie werden jedoch in Kombination mit anderen Dichtsystemen verwendet, beispielsweise mit aufgespritzten oder aufgelegten Elastomerdichtprofilen.
Bei der vorliegenden Erfindung werden nun jedoch mindestens eine der oben genannten Dichtsicken, gegebenenfalls jedoch auch mehrere oder sämtliche der oben genannten Dichtsicken durch Rollprägen in die jeweilige Lage eingebracht. Dabei erfolgt das für Dichtsicken an sich nachteilige Rollprägen der ersten Lage und der zweiten Lage nun derart, dass die beiden metallischen Lagen der Separatorplatte, bezogen auf ihre Transportrichtungen beim Rollprägen zur Herstellung der Separatorplatte einander entgegengesetzt angeordnet werden.
Durch die einander entgegengesetzte Anordnung der beiden metallischen Lagen einer Separatorplatte, die zumindest in den Bereichen einer ihrer Dichtsicken rollgeprägt sind, sind diese Dichtsicken, die in der Separatorplatte aufeinander angeordnet sind, nun so angeordnet, dass die eine Dichtsicke der ersten Lage den beim Rollprägen erzeugten Einlaufwinkel dort aufweist, wo die Dichtsicke der zweiten Lage den durch das Rollprägen erzeugten Auslaufwinkel aufweist. In entsprechender Weise sind Auslaufwinkel einer Dichtsicke der ersten metallischen Lage mit dem Einlaufwinkel einer Dichtsicke der zweiten metallischen Lage miteinander kombiniert. Es hat sich dabei herausgestellt, dass eine derartige Anordnung der metallischen Lagen einer Separatorplatte zu einer reduzierten Kippneigung der Dichtsicken, einem symmetrisierten Verpressungsverhalten des elektrochemischen Systems und damit einer erheblich verbesserten Dichtigkeit der Abdichtung durch die benachbarten Dichtsicken der ersten und der zweiten metallischen Lage ebenso wie des elektrochemischen Systems führen.
Vorteilhafterweise können eine, mehrere oder alle der rollgeprägten Dichtsicken der ersten metallischen Lage und der zweiten metallischen Lage zumindest teilweise oder auch vollständig mit einer elastomerbasierten, ggf. geschäumten Beschichtung versehen sein, um die Mikroabdichtung der Dichtsicken zu verbessern. Alternativ kann eine solche Beschichtung auch auf die an die Dichtsicke angrenzende Oberfläche des Verstärkungsrands der Membranelektrodeneinheit aufgebracht werden.
Eine, mehrere oder sämtliche der rollgeprägten Sicken der ersten und/oder zweiten metallischen Lage können als Vollsicken ausgebildet sein. Vollsicken weisen ein Sickendach und zu dem Sickendach im Querschnitt durch die Sicke beidseits benachbarte Sickenfüße auf, wobei sich zwischen dem Sickendach und jedem der Sickenfüße eine Sickenflanke erstreckt. Werden derartige Sicken zur Verbesserung ihrer Mikroabdichtung beschichtet, ist es ausreichend, lediglich auf ihrem Sickendach, ggf. zumindest auf einem Abschnitt des Sickendaches in Breitenrichtung des Sickendaches, eine elastomerbasierte Beschichtung aufzubringen, z.B. aufzudrucken, aufzuspritzen oder anzuspritzen.
Für die erfindungsgemäßen Dichtsicken sind unterschiedliche Orientierungen möglich. Zum einen können die rollgeprägten Sicken der ersten und der zweiten Lage, die in Aufsicht auf die Separatorplatte übereinander angeordnet sind, mit ihren Sickendächern einander zugewandt sein. Dies bedeutet, dass bei benachbarten Separatorplatten in einem Stapel eines elektrochemischen Systems, die benachbarten Dichtsicken benachbarter Separatorplatten zueinander mit ihren Sickenfüßen mittelbar unter Zwischenfassung des Verstärkungsrandes der Membranelektrodeneinheit benachbart sind. Alternativ können die rollgeprägten Sicken benachbarter metallischer Lagen derselben Separatorplatte mit ihren Sickendächern einander abgewandt angeordnet sein. In diesem Fall sind benachbarte Sicken zweier benachbarter Separatorplatten in einem Stapel eines elektrochemischen Systems mit ihren Sickendächern mittelbar einander benachbart oder aufeinander angeordnet, unter Zwischenfassung des Verstärkungsrandes der Membranelektrodeneinheit.
Die Sickendächer der Vollsicken müssen, im Querschnitt der Sicke betrachtet, nicht unbedingt gerade verlaufen, sondern können auch gekrümmt sein, beispielsweise eine mittige Vertiefung aufweisen. In einer solchen mittigen Vertiefung kann eine Elastomerfüllung angeordnet sein, beispielsweise als eingespritzte oder angespritzte Füllung. Diese Füllung mit Elastomer kann in einer ersten Ausführungsform so ausgebildet sein, dass sie über das Sickendach ragt, d. h. im unverpressten Zustand eine größere Höhe aufweist als die beiden beidseitig im Querschnitt benachbarten Sickendachabschnitte. In einer alternativen Ausführungsform kann die Elastomerfüllung jedoch auch eine vergleichbare Höhe wie die benachbarten Sickendachabschnitte aufweisen. In beiden Fällen weist eine derartig gefüllte Sicke in Abhängigkeit von ihrem Verpressungsgrad unterschiedliche Federsteifigkeiten auf. Auch ist es möglich, dass die Krümmung des Sickendaches von den Sickenfüßen wegweist.
Durch die bezüglich der Rollpräge- bzw. Transportrichtung entgegengesetzte Anordnung der ersten metallischen Lage und der zweiten metallischen Lage in der erfindungsgemäßen Separatorplatte wird bewirkt, dass zumindest abschnittsweise bei senkrechter Aufsicht auf die Separatorplatte übereinander angeordnete Abschnitte der rollgeprägten Sicke der ersten Lage und der rollgeprägten Sicke der zweiten Lage, übereinander angeordnete Sickenflanken unterschiedlicher Flankenwinkel aufweisen bzw. bei einem Querschnitt durch die jeweilige Dichtsicke die Flankenwinkel zu beiden Seiten einer Dichtsicke unterschiedlich sind. Die Unterschiede bezüglich der Flankenwinkel brauchen dabei nicht besonders groß zu sein, in der Praxis werden sich die Flankenwinkel meist um weniger als 5°, in vielen Fällen um weniger als 2,5°, insbesondere um weniger als 1,5° unterscheiden.
Die unterschiedliche Transportrichtung beim Rollprägen lässt sich nicht nur anhand unterschiedlicher Einlauf- und Auslaufwinkel der Sickenflanken feststellen, sondern auch anhand von anisotropen Gefügeänderungen der mittels Rollprägens umgeformten Dichtsicken.
In beiden Fällen können die übereinander angeordneten Dichtsicken der ersten und der zweiten Lage im Querschnitt durch die Separatorplatte bezüglich ihrer Sickenflanken eine im Wesentlichen punktsymmetrische Ausbildung aufweisen.
In Bereichen, in denen eine oder mehrere der Dichtsicken in einer oder mehreren der Sickenflanken Unterbrechungen aufweisen, beispielsweise Öffnungen in der jeweiligen metallischen Lage oder in Bereichen, in denen die Dichtsicke eine seitliche Erstreckung, Ausbuchtung oder abzweigende weitere Prägestrukturen aufweisen, fehlt es der jeweiligen Dichtsicke über einen beträchtlichen Bereich ihrer Erstreckung von Sickendach zu Sickenfuß an der oben beschriebenen Sickenflanke, so dass keine Aussage bezüglich des jeweiligen Flankenwinkels getroffen werden kann. Überdies ist das Federverhalten der Sicke von diesen die Sickenflanke unterbrechenden Elementen dominiert, so dass im Hinblick auf sich ergänzende Flankenwinkel nur solche Bereiche eines Sickenverlaufes in beiden Lagen einer Separatorplatte betrachtet werden, in denen keine der beiden Sicken, d.h. weder die Sicke der ersten Lage noch die Sicke der zweiten Lage, eine solche Unterbrechung aufweist.
Vorteilhafterweise wird die erste Lage und/oder die zweite Lage vollständig durch Rollprägen strukturiert. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn die Transportrichtung beim Rollprägen im Wesentlichen oder genau senkrecht oder im Wesentlichen oder genau parallel zur Längserstreckung zumindest eines Teils der Flusskanäle für das Reaktionsmedium im aktiven Bereich verläuft. „Im Wesentlichen“ schließt hier Abweichungen von ± 10°, ± 5° und insbesondere ± 3° von einer Senkrechten zur Längserstreckung oder von einer Parallelen zur Längserstreckung mit ein.
Da die Flusskanäle sich nicht nur geradlinig, sondern auch wellenförmig, zickzack-förmig, mäandrierend oder in jeder beliebigen anderen Form längs erstrecken können, bezieht sich die Rollrichtung in diesen Fällen auf eine mittlere Erstreckungsrichtung der Flusskanäle im aktiven Bereich. Es ist jedoch auch möglich, die Transportrichtung unter jedem beliebigen weiteren Winkel gegenüber der mittleren Erstreckungsrichtung der Flusskanäle im aktiven Bereich vorzusehen.
Die oben genannten Dichtsicken sind als umlaufende und in sich geschlossene Dichtsicken ausgebildet. Sie können Bereiche aufweisen, in denen die Sicken parallel bzw. gegenläufig zur Transportrichtung verlaufen und damit keine wesentlichen Unterschiede in ihrem Verpressungsverhalten bzw. ihrer Flankenneigung zwischen den beiden Lagen aufweisen. Die entgegengesetzte Anordnung der ersten Lage und der zweiten Lage ist somit lediglich in entsprechenden Abschnitten der jeweiligen Dichtsicken, die teilweise, weitgehend oder vollständig quer zur jeweiligen Transportrichtung verlaufen, für das Verpressungsverhalten wirksam.
Die Erfindung betrifft in einer Variante eine Anordnung für ein elektrochemisches System mit einer ersten Separatorplatte und einer zweiten Separatorplatte, bei der zwischen den beiden Separatorplatten eine Membranelektrodeneinheit angeordnet ist. Diese Separatorplatten weisen jeweils eine erste metallische Lage und einer zur ersten metallischen Lage senkrecht zur Lagenebene benachbart angeordnete zweite metallische Lage auf. In jeder dieser Separatorplatten ist dabei ein aktiver Bereich mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder Außenseite der Separatorplatte sowie wenigstens eine erste Durchgangsöffnung zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen und eine zweite Durchgangsöffnung zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen ausgebildet. Weiter ist in jeder der beiden Separatorplatten zumindest die erste Durchgangsöffnung in jeder der metallischen Lagen oder die zweite Durchgangsöffnung in jeder der metallischen Lagen von einer rollgeprägten Dichtsicke umschlossen und von dieser abgedichtet. In den zueinander weisenden Lagen der ersten und zweiten Separatorplatte sind diese rollgeprägten Dichtsicken bezogen auf die Erstreckungsebene der Membranelektrodeneinheit in senkrechter Richtung übereinander angeordnet. Zur Homogenisierung der Elastizität der Dichtelemente sind die rollgeprägten Dichtsicken in den zueinander weisenden Lagen der ersten und zweiten Separatorplatte so angeordnet, dass sie eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Dabei ist die erste dieser Lagen mit einer ersten Transportrichtung rollgeprägt und die zweite dieser Lagen mit einer zweiten Transportrichtung rollgeprägt, wobei diese beiden metallischen Lagen bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
Die erste Variante kann dabei mit dieser Variante kombiniert werden, so dass sämtliche Lagen der zweilagigen Separatorplatten rollgeprägte Dichtsicken aufweisen, bei denen die unmittelbar bzw. unter Zwischenfassens eines Verstärkungsrandes einer Membranelektrodeneinheit übereinander zu liegen kommenden Dichtsicken jeweils unterschiedliche Transportrichtungen aufweisen.
Neben den vorgenannten Separatorplatten mit zwei metallischen Lagen kommen in einigen elektrochemischen Systemen, insbesondere in über die Reaktionsmedien gekühlten elektrochemischen Systemen auch Anordnungen vor, bei denen zwischen den einander nächstliegenden Membranen jeweils nur eine einlagige Separatorplatte angeordnet ist. Das zuvor für zweilagige Separatorplatten Gesagte gilt, soweit es auch eine metallische Lage allein betrifft, auch für einlagige Separatorplatten. Auch in einem derartigen System lassen sich die Dichtelemente der nunmehr einlagigen Separatorplatten mittels Rollprägens als Sicken in die Platte einformen. Hieraus ergibt sich eine weitere Variante der Erfindung. Auch ist es möglich, dass innerhalb eines Stapels zwei einander nächstliegende Zellen durch eine zweilagige Separatorplatte getrennt sind, während ein anderes Paar einander nächstliegender Zellen durch eine einlagige Separatorplatte getrennt sind.
Eine dementsprechende Variante umfasst entsprechend eine Anordnung für ein elektrochemisches System mit einer ersten Separatorplatte und einer zweiten Separatorplatte, zwischen denen eine Membranelektrodeneinheit angeordnet ist. Mindestens eine diese Separatorplatten, vorzugsweise aber beide der Separatorplatten weist/weisen genau eine metallische Lage auf. In jeder dieser beiden Separatorplatte ist ein aktiver Bereich mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder Außenseite der Separatorplatte, wenigstens eine erste Durchgangsöffnung zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen und eine zweite Durchgangsöffnung zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen ausgebildet. Weiter ist in jeder der beiden Separatorplatten zumindest die erste Durchgangsöffnung von einer rollgeprägten Dichtsicke umschlossen ist. Wie in der zweiten Variante sind die rollgeprägten Dichtsicken in der ersten und zweiten Separatorplatte, ggf. in den einander nächstliegenden Lagen der ersten und zweiten Separatorplatte, bezogen auf die Erstreckungsebene der Membranelektrodeneinheit in senkrechter Richtung übereinander angeordnet. Wie in beiden vorangehenden Varianten weisen die rollgeprägten Dichtsicken in der ersten und zweiten Separatorplatte eine unterschiedliche Orientierung auf. Dabei ist die erste Separatorplatte mit einer ersten Transportrichtung rollgeprägt und die zweite Separatorplatte mit einer zweiten Transportrichtung rollgeprägt, und diese beiden Separatorplatten sind bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte, einer Anordnung oder eines elektrochemischen Systems wie vorstehend beschrieben, wobei zumindest die Ausbildung der geprägten Dichtsicken in der ersten Lage und in der zweiten Lage der Separatorplatte durch Rollprägen erfolgt. Dabei wird die erste Lage mit einer ersten Transportrichtung rollgeprägt und die zweite Lage mit einer zweiten Transportrichtung rollgeprägt. Dabei werden die erste und die zweite Lage zur Ausbildung der Separatorplatte bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet. Die Lagen können dabei bereits vor Aufbau des elektrochemischen Systems miteinander verbunden werden, beispielsweise verschweißt werden. Alternativ können die Lagen beim Aufbau des elektrochemischen Systems unverbunden aber mit vorgenannter Orientierung verbaut werden oder beim Aufbau des elektrochemischen Systems miteinander verbunden werden.
Im Folgenden werden Beispiele für erfindungsgemäße Separatorplatten gegeben. Dabei werden gleiche und ähnliche Elemente der Separatorplatten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung nicht immer wiederholt wird. In den folgenden Beispielen finden sich die erfindungsgemäßen Merkmale zusammen mit einer oder mehreren optionalen erfindungsgemäßen Verbesserungen und Weiterentwicklungen. Es ist jedoch möglich, einzelne Elemente dieser Verbesserungen und Weiterentwicklungen auch unabhängig von den weiteren Elementen der jeweiligen Beispiele oder auch in Kombination mit einzelnen der weiteren Elemente des selben Beispiels oder anderer Beispiele zu verwenden und hierdurch die Erfindung weiter zu verbessern.
Es zeigen:

1 und 2 ein elektrochemisches System gemäß der Erfindung;
3 einen Querschnitt durch ein bekanntes elektrochemisches System;
4 in drei 4A, 4B und 4C eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahren der Separatorplatten gemäß der Erfindung sowie in einer weiteren 4D einen abschnittsweisen Querschnitt durch eine metallische Lage eines elektrochemischen Systems gemäß der Erfindung;
5 bis 10 Querschnitte durch Abschnitte elektrochemischer Systeme gemäß der Erfindung.

1 zeigt ein elektrochemisches System 1 mit einer Mehrzahl von baugleichen Separatorplatten 2, im Folgenden auch als Bipolarplatten 2 bezeichnet. Die Bipolarplatten 2 sind in einem Stapel 6 angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt. Die Bipolarplatten 2 des Stapels 6 sind zwischen zwei Endplatten 3, 4 eingespannt. Die z-Richtung 7 wird auch Stapelrichtung genannt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Bipolarplatten 2 des Stapels schließen also zwischen sich eine elektrochemische Zelle ein, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Zur Ausbildung der elektrochemischen Zellen des Systems 1 ist zwischen benachbarten Bipolarplatten 2 des Stapels jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) angeordnet (siehe z. B. 2). Die MEA beinhalten typischerweise jeweils eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.
Alternativ kann das in 1 und 2 dargestellte System 1 ebenso als Elektrolyseur, elektrochemischer Verdichter oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Bipolarplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Bipolarplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Bipolarplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Bipolarplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Verdichter oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können. Insbesondere ist es bei einem Elektrolyseur nicht unbedingt notwendig die Separatorplatten separat zu kühlen. Die entsprechenden Zuleitungen und Durchleitungen für ein Kühlmittel, beispielsweise die Anschlüsse 5' in der Endplatte 4 und die später noch eingeführten Durchgangsöffnungen 11a in den Separatorplatten einschließlich der dazugehörigen gesonderten Dichtelemente und Leitungen können dann also entfallen. Wird kein eigenes Kühlmittel benötigt, ist es auch möglich, einlagige Separatorplatten anstelle von Bipolarplatten einzusetzen.
Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Bipolarplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene E, in der sich die sie bildenden metallischen Lagen berühren. Auch die metallischen Lagen bilden in ihren nicht-umgeformten Bereichen ihre eigene Plattenebene, wobei die Plattenebenen sowohl der Bipolarplatten als auch der metallischen Lagen jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Stapelrichtung bzw. zur z-Achse 7 ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5, 5' auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder ggf. Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
2 zeigt perspektivisch zwei aus dem Stand der Technik bekannte benachbarte Bipolarplatten 2 eines elektrochemischen Systems von der Art des Systems 1 aus 1 sowie eine zwischen diesen benachbarten Bipolarplatten 2 angeordnete aus dem Stand der Technik bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10, wobei die MEA 10 in 2 zum größten Teil durch die dem Betrachter zugewandte Bipolarplatte 2 verdeckt ist. Die Bipolarplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten metallischen Lagen 2a, 2b gebildet, von denen in 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte erste metallische Lage 2a sichtbar ist, die die zweite metallische Lage 2b verdeckt. Die metallischen Lagen 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech oder einem Blech aus einer Titanlegierung. Die Bleche können dabei abschnittsweise oder vollflächig beschichtet oder plattiert sein, beispielsweise mittels einer korrosionshemmenden und/oder die Leitfähigkeit erhöhenden Beschichtung. Die metallischen Lagen 2a, 2b können z. B. stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, verlötet oder verklebt sein, insbesondere durch Laserschweißverbindungen verbunden sein. Einander benachbarte Bipolarplatten 2 begrenzen in der vorliegenden Betrachtungsweise jeweils eine elektrochemische Zelle, die MEA wird hier also als Zelle verstanden.
Die metallischen Lagen 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die Durchgangsöffnungen 11a-c der Bipolarplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Bipolarplatten von der Art der Bipolarplatte 2 bilden die Durchgangsöffnungen 11a-c gemeinsam mit fluchtenden Durchgangsöffnungen in den Verstärkungsrändern der MEAs Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 7 durch den Stapel 6 erstrecken (siehe 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen 11a-c gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Ports 5, 5' in der Endplatte 4 des Systems 1. Über die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen kann z. B. Kühlmittel in den Stapel eingeleitet oder aus dem Stapel abgeleitet werden. Die von den Durchgangsöffnungen 11b, 11c gebildeten Leitungen dagegen können zur Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels 6 des Systems 1 mit Brennstoff und mit Reaktionsgas sowie zum Ableiten der Reaktionsprodukte aus dem Stapel ausgebildet sein. Die medienführenden Durchgangsöffnungen 11a-11c sind im Wesentlichen jeweils parallel zur Plattenebene ausgebildet. Die miteinander fluchtenden Durchgangsöffnungen der aufeinander folgenden Bipolarplatten eines Stapels bilden gemeinsam eine Leitung in Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Plattenebene.
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c gegenüber dem Inneren des Stapels 6 und gegenüber der Umgebung weisen die ersten metallischen Lagen 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Dichtsicken 12a-c auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 11a-c herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 11a-c jeweils vollständig umschließen. Die zweiten metallischen Lagen 2b weisen an der vom Betrachter der 2 abgewandten Rückseite der Bipolarplatten 2 entsprechende Dichtsicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c auf (nicht gezeigt).
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 weisen die ersten metallischen Lagen 2a an ihrer dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld 17 mit Strukturen (Kanälen und Stegen) 16 zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Vorderseite der metallischen Lage 2a auf. Diese Strukturen sind in 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufenden und durch die Stege begrenzten Kanälen gegeben. An der dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite der Bipolarplatten 2 weisen die ersten metallischen Lagen 2a zudem jeweils mindestens einen Verteil- oder Sammelbereich 20 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 20 umfasst Strukturen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in den Verteil- oder Sammelbereich 20 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 sind in 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. Generell können die Elemente 17, 18, 20 also als medienleitende Prägestrukturen aufgefasst werden.
Die Dichtsicken 12a-12c weisen Durchführungen 13a-13c auf, von denen die Durchführungen 13a sowohl auf der Unterseite der oben liegenden metallischen Lage 2a als auch auf der Oberseite der unten liegenden metallischen Lage 2b ausgeführt sind, während die Durchführungen 13b in der oben liegenden metallischen Lage 2a und die Durchführungen 13c in der unten liegenden metallischen Lage 2b ausgebildet sind. Beispielsweise ermöglichen die Durchführungen 13a eine Passage von Kühlmittel zwischen der Durchgangsöffnung 12a und dem Verteilbereich, so dass das Kühlmittel in den Verteilbereich zwischen den metallischen Lagen gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird. Weiterhin ermöglichen die Durchführungen 13b eine Passage von Wasserstoff zwischen der Durchgangsöffnung 12b und dem Verteilbereich auf der Oberseite der oben liegenden metallischen Lage 2a. Diese Durchführungen 13b sind durch dem Verteilbereich zugewandte, schräg zur Plattenebene verlaufende Perforationen in einem mit der Dichtsicke verbundenen Sammelkanal 43 charakterisiert, in denen sie enden. Durch die Durchführungen 13b strömt also beispielsweise Wasserstoff von der Durchgangsöffnung 12b zum Verteilbereich auf der Oberseite der oben liegenden metallischen Lage 2a oder in entgegengesetzter Richtung. Die Durchführungen 13c ermöglichen eine Passage von beispielsweise Luft zwischen der Durchgangsöffnung 12c und dem Verteilbereich, so dass Luft in den Verteilbereich auf der Unterseite der unten liegenden metallischen Lage 2b gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird. Die zugehörigen Perforationen sind hier nicht sichtbar.
Die ersten metallischen Lagen 2a weisen ferner jeweils eine weitere Dichtanordnung in Gestalt einer Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18, den Verteil- oder Sammelbereich 20 und die Durchgangsöffnungen 11b, 11c umläuft und diese gegenüber der Durchgangsöffnung 11a, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, und gegenüber der Umgebung des Systems 1 abdichtet. Die zweiten metallischen Lagen 2b umfassen jeweils entsprechende Perimetersicken 12d. Bei alternativen Plattendesigns kann die Perimetersicke auch die Kühlmittelöffnungen und damit den gesamten Kühlmittelkreislauf mit einschließen. Die Strukturen 16 des aktiven Bereichs 18, die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 und die Dichtsicken 12a-d sind jeweils einteilig mit den metallischen Lagen 2a ausgebildet und in die metallischen Lagen 2a eingeformt, z. B. in einem Präge-, Tiefzieh- oder Hydroformingprozess. Mindestens eine, mehrere oder alle der Dichtsicken 12a-d sind erfindungsgemäß durch Rollprägen in die metallischen Lagen 2a eingeformt. Dasselbe gilt für die entsprechenden Verteilstrukturen und Dichtsicken der zweiten metallischen Lagen 2b. Insbesondere können die metallischen Lagen 2a und 2b vollständig durch Rollprägen ausgeformt sein. Außerhalb des von der Perimetersicke 12d umgebenen Bereichs ergibt sich in jeder metallischen Lage 2a, 2b ein Außenrandbereich 22, in dem keine Kanäle angeordnet sind. Der Außenrandbereich 22 ist oftmals flach und verläuft im Wesentlichen parallel zur Plattenebene der jeweiligen metallischen Lage 2a, 2b, er kann jedoch in seinem äußersten Bereich unmittelbar benachbart zum Außenrand 24 eine stufenförmige Prägung 23 aufweisen.
Die beiden Durchgangsöffnungen 11b bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11b gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über Durchführungen 13b in den Dichtsicken 12b, über die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 und über das Strömungsfeld 17 im aktiven Bereich 18 der dem Betrachter der 2 zugewandten ersten metallischen Lagen 2a miteinander in Fluidverbindung. In analoger Weise sind die beiden Durchgangsöffnungen 11c bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11c gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 jeweils über entsprechende Sickendurchführungen, über entsprechende Verteilstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Betrachter der 2 abgewandten zweiten metallischen Lagen 2b miteinander in Fluidverbindung. Die Durchgangsöffnungen 11a dagegen bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über einen von den metallischen Lagen 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum 19 miteinander in Fluidverbindung. Dieser Hohlraum 19 dient jeweils zum Führen eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der Bipolarplatte 2.
Die metallischen Lagen 2a, 2b der Bipolarplatte 2 können insbesondere im Fall einer Brennstoffzelle z. B. jeweils aus einem Edelstahlblech mit einer Stärke von weniger als 100 µm gebildet sein. Im Falle eines Elektrolyseurs ist sowohl die Verwendung von Blechen aus einer Titanlegierung als auch aus vollflächig beschichtetem Edelstahl möglich. Die Blechstärken sind bei Elektrolyseuren üblicherweise größer, beispielsweise können sie 100-800 µm, 150-500 µm, insbesondere 200-300 µm betragen. Die Bipolarplatte 2 hat in der Regel eine im Wesentlichen rechteckige Form, kann jedoch auch rund oder oval sein, insbesondere bei Elektrolyseuren.
3 zeigt einen Querschnitt durch vier Bipolarplatten2, die in Stapelrichtung 7 übereinander angeordnet sind. Zwischen den Bipolarplatten 2 ist jeweils eine Membranelektrodeneinheit 10 angeordnet. Die MEA 10 weist im aktiven Bereich 18 drei Lagen auf. Mittig ist eine für Protonen permeable Membran 14 angeordnet. Zu beiden Seiten der Membran 14 ist eine Gasdiffusionslage 15 angeordnet. Auf eine Darstellung der mit der Membran verbundenen Elektroden bzw. der Katalysatorschicht wurde verzichtet. Außerhalb des aktiven Bereichs 18 besteht die MEA aus einem zweilagigen Verstärkungsrand 14', der bei Brennstoffzellen üblicherweise aus einem dünnen polymerbasierten Material besteht und den aktiven Bereich 18 umgibt. Der Ausschnitt der 3 umgibt die Durchgangsöffnung 11b für ein Reaktionsgas, er reicht dabei links aber bis an die Außenkante 24.
Am Beispiel der in der Zeichnung obersten Bipolarplatte 2 wird deren Aufbau erläutert. Dieser ist für die folgenden Bipolarplatten identisch.
Die Bipolarplatte 2 weist zwei benachbart zueinander angeordnete metallische Lagen 2a und 2b auf. Diese weisen die Durchgangsöffnung umgebend jeweils eine Dichtsicke 12a und 12a' auf, die als Vollsicken ausgebildet sind und die Durchgangsöffnung 11b in sich geschlossen umlaufend umgeben. Die Vollsicken weisen Sickenflanken 30a, 30a', 30b und 30b' auf, die in Sickenfüßen 32a, 32a', 32b und 32b' übergehen. Zwischen den Sickenflanken 30a und 30b und zwischen den Sickenflanken 30a'und 30b' befinden sich Sickendächer 31a und 31b. Die Sickendächer 31a und 31b der Sicken 12a und 12a' sind voneinander abgewandt.
4 zeigt in den 4A-4C ein Schema eines Rollprägeverfahrens für metallische Lagen 2a und 2b sowie deren Montage zur Bipolarplatte 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier wie in den nachfolgenden 5 - 10 wird neutral eine Durchgangsöffnung 11 sowie eine sie umgebende Dichtsicke 12 in der ersten metallischen Lage 2a und eine Dichtsicke 12' in der zweiten metallischen Lage 2b um eine Durchgangsöffnung betrachtet. Unabhängig von ihrem konkret zugeordneten Bezugszeichen kann diese Durchgangsöffnung, für die im Folgenden oft das Bezugszeichen 11 verwendet wird, somit jede der vorgenannten Durchgangsöffnungen 11a bis 11c sein oder repräsentieren.
4A zeigt das Rollprägen der Lage 2a mittels zweier Prägewalzen 40a und 40b. Die Transportrichtung T₁ der Lage 2a durch die Prägewalzen 40a und 40b ist in der Zeichnung von links nach rechts entsprechend der für die Prägewalzen 40a und 40b in der Figur angegebenen Drehrichtungen. D.h. die Lage 2a ist beginnend mit der Seite des aktiven Bereichs 18 in Richtung der Durchgangsöffnung 11 geprägt.
4B zeigt das Rollprägen der Lage 2b mittels derselben Prägewalzen 40a und 40b. Die Transportrichtung T₂ der Lage 2b durch die Prägewalzen 40a und 40b ist in der Zeichnung von rechts nach links entsprechend der für die Prägewalzen 40a und 40b in der Figur angegebenen Drehrichtungen. D.h. die Lage 2b ist beginnend mit der Seite der Durchgangsöffnung 11 in Richtung des aktiven Bereichs geprägt. Vor Montage mit der Lage 2a wird die Lage 2b noch gewendet.
Die Montage der beiden Lagen 2a und 2b zur Separatorplatte/Bipolarplatte 2 ist in 4C dargestellt. In 4A bis 4C sind die metallischen Lagen 2a, 2b sowie die Bipolarplatte 2 jeweils nur im Ausschnitt gezeigt.
4D stellt einen Querschnitt eines Abschnitts einer metallischen Lage 2b dar, der von einem Außenrand 24 der Lage bis zu einer Durchgangsöffnung 11 reicht und dabei eine Prägung 23 benachbart zum Außenrand, eine gewellte Sicke 12d vergleichbar einer Perimetersicke, eine im gezeigten Abschnitt gerade verlaufende Sicke 12' sowie eine zum Rand der Durchgangsöffnung 11 benachbarte Prägung 23' schneidet. Anders als in 4B weist die Transportrichtung T₂ hier vom Außenrand in Richtung der Durchgangsöffnung 11, d.h. die Perimetersicke 12d wurde vor der Sicke 12' geprägt. Bei der gewellten Sicke 12d ist die Flanke auf der Einlaufseite (rechts) flacher als auf der Auslaufseite (links), wie dies auch bei der geraden Sicke 12' zu sehen ist.
5A zeigt einen Stapel von Bipolarplatten 2 ähnlich derjenigen in 3. Im Unterschied zu dem Stapel in 3 ist jede der Bipolarplatten so wie in 4A-C dargestellt hergestellt. Durch das Rollprägen der Lagen 2a und 2b weisen in der Lage 2a die Sickenflanken 30a und 30b einen unterschiedlichen Neigungswinkel bezogen auf die Berührebene E der Lagen 2a und 2b auf, wie insbesondere in 5B gezeigt ist. In gleicher Weise weisen in der Lage 2b die Sickenflanken 30a' und 30b' einen unterschiedlichen Neigungswinkel, wiederum bezogen auf die Berührebene E der Lagen 2a, 2b auf. Die Unterschiede in den Neigungswinkeln sind in 5b stark überzeichnet dargestellt. In der Realität betragen die Unterschiede oftmals ≤ 5°, in einigen Fällen ≤ 2,5°, hier beispielsweise ≤ 1,5°.
Die unterschiedlichen Neigungswinkel der Sickenflanken 30a und 30b ergeben sich bei gleicher Ausgestaltung der Walzen 40a und 40b als Prägewerkzeug durch die Transportrichtung der Lage 2a durch die Walzen 40a und 40b. Der Einlaufwinkel α, der sich in der Sickenflanke 30b ergibt ist geringer als der Auslaufwinkel β, der sich in der Sickenflanke 30a ergibt.
Dies gilt auch für die Lage 2b, die jedoch für das Rollprägen in entgegengesetzter Richtung transportiert wurde. Dadurch ist der Einlaufwinkel γ geringer als der Auslaufwinkel δ.
Durch die Reihenschaltung der Sickenflanken mit Einlaufwinkel α der Sicke 12 mit dem Auslaufwinkel δ der Sicke 12' sowie der Sickenflanken mit Auslaufwinkel β mit dem Einlaufwinkel γ sind die beiden Seiten der Sicken 12 und 12' ähnlich gestaltet und weisen ein ähnliches Federverhalten und eine ähnliche Steifigkeit auf. Hierdurch wird das Dichtverhalten der Dichtsicken 12 und 12' stark verbessert.
Die Sickendächer 31a und 31b in 5 sind im unverpressten Zustand der Bipolarplatte 2 eben.
In 5A sind weiterhin Sickendurchführungen 13 dargestellt, die unmittelbar in den Sickenflanken der ersten metallischen Lage 2a ausgebildet sind.
Die Detailansicht der 5B ist benachbart zu den Sickendurchführungen 13 durch den Ausschnitt des Stapels 6 bzw. der Separatorplatte 2 geschnitten.
6 zeigt eine Ausführungsform, die im Hinblick auf die Sickendurchführungen 13 anders ausgestaltet ist als 5A, hier sind die Sicken der Lage 2b abschnittsweise ohne unmittelbar benachbarte Sickenfüße ausgebildet. Stattdessen wird ein Abstandsraum zu den Sickenfüßen der oberen Lage 2a geschaffen, der zusammen mit den Öffnungen 13' einen Strömungsraum aufspannt. Zwischen den Sickendurchführungen (vgl. 2) weist diese Ausführungsform jedoch wieder einen Querschnitt wie in 5B auf.
Am Beispiel der 7, aber auch bei den nachfolgenden Figuren wird erläutert, dass der Flankenwinkel vorzugsweise so bestimmt wird, dass auf halber Höhe der jeweiligen Sicke 12, 12' in einer metallischen Lage 2a, 2b eine Tangente angelegt wird und deren Winkel mit der Berührebene E der beiden Lagen 2a, 2b bestimmt wird.
7A zeigt ein weiteres Beispiel eines Abschnitts eines Stapels 6 aus Bipolarplatten 2 ähnlich demjenigen der 5. Im Unterschied zur 5 sind nun jedoch die Sickendächer 31a und 31b im unverpressten Zustand der 7A, 7B nicht eben. Vielmehr wölbt sich das Sickendach 31a und auch das Sickendach 31b in konvexer Weise nach außen.
8 zeigt ein weiteres Beispiel eines Abschnitts eines Stapels 6 aus Bipolarplatten 2 ähnlich demjenigen der 5. Im Unterschied zur 5 sind wie schon in 7 die Sickendächer 31a und 31b im unverpressten Zustand der 8B nicht eben. Vielmehr wölbt sich das Sickendach 31a und auch das Sickendach 31b in konkaver Weise sehr stark nach innen. Die dadurch entstehenden Einbuchtungen 33a in der Sicke 12 und 33b in der Sicke 12' sind mit einem elastomeren Dichtstoff gefüllt, der sich im Wesentlichen bis zur Höhe der benachbarten Abschnitte 35a und 35a' des Sickendachs 31a und der benachbarten Abschnitte 35b und 35b' des Sickendachs 31b erstreckt. Diese Elastomerwulst 34a bzw. 34b dient der weiteren Verbesserung der Abdichtung, die durch die Dichtsicke 12 bzw. 12' bewirkt wird.
9 zeigt in 9A und 9B ein weiteres Beispiel eines Abschnitts eines Stapels 6 aus Bipolarplatten 2 ähnlich demjenigen der 5. Wieder sind in der 9A Sickendurchführungen 13 gezeigt, nun jedoch in der zweiten metallischen Lage 2b. Der Schnitt der 9B liegt an einer Stelle, die keine Sickendurchführung schneidet. Auch hier sind nun jedoch die Sickendächer 31a und 31b im unverpressten Zustand der 9B nicht eben. Vielmehr wölbt sich das Sickendach 31a in konvexer Weise nach außen und das Sickendach 31b in konkaver Weise nach innen. 9 stellt ein Ausführungsbeispiel der ersten Variante der Erfindung dar. Zwischen der ersten zweilagigen Separatorplatte 2 und der zweiten zweilagigen Separatorplatte 2* ist wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine Membranelektrodeneinheit 10 angeordnet. In jeder dieser Separatorplatten ist dabei ein aktiver Bereich 18 mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder der Membranelektrodeneinheit 10 benachbarten Oberfläche der Separatorplatte 2, 2* sowie wenigstens eine erste Durchgangsöffnung 11 zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen vorhanden. In beiden Lagen 2a, 2b ist die erste Durchgangsöffnung 11 gleichermaßen in beiden Lagen 2a, 2b ausgebildet und von einer rollgeprägten Dichtsicke 12 umschlossen. In den zueinander weisenden Lagen der ersten und zweiten Separatorplatte 2, 2* sind diese rollgeprägten Dichtsicken 12 bezogen auf die Erstreckungsebene (neutrale Faser) M der Membranelektrodeneinheit 10 in senkrechter Richtung übereinander angeordnet. Zur Homogenisierung der Elastizität der Dichtelemente sind die rollgeprägten Dichtsicken in den zueinander weisenden Lagen der ersten und der zweiten Separatorplatte so angeordnet, dass sie eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Dabei ist die erste dieser Lagen mit einer ersten Transportrichtung T₁ rollgeprägt und die zweite dieser Lagen mit einer anderen, hier beispielsweise zu T₁ entgegengesetzten Transportrichtung T₃ rollgeprägt, wobei die metallischen Lagen 2b, 2a' bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet sind. Im gezeigten Ausschnitt ist die zweite Durchgangsöffnung zum Ableiten des Reaktionsmediums nicht sichtbar, sie entspricht in ihrem Aufbau jedoch im Wesentlichen der ersten Durchgangsöffnung 11.
Anders als in 5 sind hier innerhalb einer Separatorplatte 2 Sickenflanken mit flachen Einlaufwinkeln α, γ einerseits und Sickenflanken mit steileren Auslaufwinkeln β, δ andererseits in Reihe geschaltet. In den Separatorplatten 2*, die mit den Separatorplatten 2 alternieren, sind innerhalb der Reihe, in der in der Separatorplatte 2 die Einlaufwinkel α, γ Teil eines der Durchgangsöffnung naheliegenden Gesamtfederpaktes bilden, Auslaufwinkel β, δ angeordnet. In der Reihe, in der in der Separatorplatte 2 die Auslaufwinkel β, δ Teil eines von der Durchgangsöffnung weiter entfernt liegenden Gesamtfederpaktes bilden, sind in der Separatorplatte 2* Einlaufwinkel α, γ ausgebildet. Auch hier sind somit - wenn auch mittelbar über den Verstärkungsrand 14' der Membranelektrodeneinheit 10 getrennte - benachbarte Sickenflanken mit unterschiedlicher Transportrichtung rollgeprägt.
10 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Stapels 6 aus Separatorplatten 2 und Zellen 10, wie sie insbesondere in Elektrolyseuren zum Einsatz kommen. In dieser Anordnung sind anders als bei den vorgenannten Beispielen die beiden Separatorplatten 2a, 2a* einlagig ausgebildet. Auch hier sind sowohl die Strukturen 16 des aktiven Bereichs 18 mittels Rollprägens eingeformt als auch die Dichtsicken 12, 12*, die die Durchgangsöffnung 11 in der jeweiligen Separatorplatte umschließen. Zusätzlich zeigt der Ausschnitt aus dem Stapel Zellrahmen 25, die den aktiven Bereich gemeinsam mit den Dichtsicken 12, 12* zur Durchgangsöffnung 11 hin abschließen. Zwischen den beiden Separatorplatten 2a, 2a* ist je eine Membranelektrodeneinheit 10 angeordnet, die neben der Membran 14 beidseitig ein Diffusionsmedium 15 aufweist, beides wird zur Durchgangsöffnung hin bzw. zum Außenrand des Stapels hin von einem Verstärkungsrand 14' eingeschlossen. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel weisen die rollgeprägten Dichtsicken in der ersten und zweiten Separatorplatte 2a, 2a*, d.h. zu beiden Seiten der Membranelektrodeneinheit 10, eine unterschiedliche Orientierung auf. Dabei ist die erste Separatorplatte mit einer ersten Transportrichtung T₁ rollgeprägt und die zweite Separatorplatte mit einer zweiten Transportrichtung T₂ rollgeprägt, und diese beiden Separatorplatten sind bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet. Grundsätzlich weist die Anordnung auch eine zweite Durchgangsöffnung zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen auf, die im gezeigten Ausschnitt jedoch nicht sichtbar ist. In 10B sind wie in 5B die Sickenflanke mit dem Einlaufwinkel α der Sicke 12 und die Sickenflanke mit dem Auslaufwinkel δ der Sicke 12* - hier allerdings mittelbar, nämlich durch den MEA-Verstärkungsrand 14' hindurch - miteinander in Reihe geschaltet, ebenso wie die Sickenflanke mit Auslaufwinkel β mit der Sickenflanke mit dem Einlaufwinkel γ unter Zwischenfassung des MEA-Verstärkungsrands 14' in Reihe geschaltet ist. Auch bei dieser Anordnung ist eine Punktsymmetrie der Ausgestaltung der Sickenflanken vorhanden. Durch die bezüglich der Rollprägerichtung alternierende Anordnung der Separatorplatten 2, 2* wird das Dichtverhalten der Dichtsicken 12 und 12* stark verbessert und die dauerhaft sichere Abdichtung des Stapels 6 sichergestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004016318 A [0006]
DE 10248531 A1 [0009]
DE 202014008375 U1 [0009]

Claims

Separatorplatte (2) für ein elektrochemisches System (1) mit einer ersten metallischen Lage (2a) und einer zur ersten metallischen Lage (2a) senkrecht zur Lagenebene benachbart angeordneten zweiten metallischen Lage (2b), wobei die Separatorplatte (2) aufweist: einen aktiven Bereich (18) mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder Außenseite der Separatorplatte (2), wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (11) zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen und eine zweite Durchgangsöffnung (11) zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen, wobei zumindest die erste Durchgangsöffnung (11) in jeder der metallischen Lagen (2a, 2b) oder die zweite Durchgangsöffnung (11) in jeder der metallischen Lagen (2a, 2b) von einer rollgeprägten Dichtsicke (12) umschlossen ist, wobei die beiden rollgeprägten Dichtsicken (12) bezogen auf eine Berührebene (E) von erster und zweiter metallischer Lage (2a, 2b) in senkrechter Richtung übereinander angeordnet sind und eine unterschiedliche Orientierung aufweisen dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (2a) mit einer ersten Transportrichtung rollgeprägt ist und die zweite Lage (2b) mit einer zweiten Transportrichtung rollgeprägt ist, und die beiden metallischen Lagen (2a, 2b) bezogen auf ihre Transportrichtungen zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die rollgeprägten Sicken (12) der ersten und der zweiten Lage (2a, 2b) als Vollsicken mit einem Sickendach (31a, 31b), zu dem Sickendach benachbarten Sickenfüßen (32a, 32b, 32a', 32b') und sich zwischen dem Sickendach (31a, 31b) und jeweils einem der Sickenfüße (32a, 32b, 32a', 32b') erstreckenden Sickenflanken (30a, 30b, 30a', 30b') ausgebildet sind.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die rollgeprägten Sicken (12) der ersten und der zweiten Lage (2a, 2b) mit ihren Sickendächern (31a, 31b) einander zugewandt oder abgewandt sind.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Vollsicken (12) zumindest abschnittsweise im Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung der Vollsicke ein Sickendach (31a, 31b) aufweist, das gerade oder gekrümmt ist, insbesondere zwischen den benachbarten Sickenflanken (30a, 30b, 30a', 30b') eine Vertiefung (33a, 33b) in Richtung der Ebene der Sickenfüße (32a, 32b, 32a', 32b') aufweist.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Erstreckung der rollgeprägten Sicke (12) und/oder quer zur Richtung der Erstreckung der rollgeprägten Sicke (12) zumindest abschnittsweise in der Vertiefung (33a, 33b) ein Elastomer (34a, 34b) angeordnet ist.
Separatorplatte (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Erstreckung der rollgeprägten Sicken (12) zumindest in den Bereichen, in denen die rollgeprägten Sicken (12) mit ihren Sickendächern (31a, 31b) einander zugewandt oder abgewandt sind, zumindest abschnittsweise Sickenflanken (30a, 30b) der rollgeprägten Sicke (12) der ersten Lage (2a) und Sickenflanken (30a', 30b') der rollgeprägten Sicke (12) der zweiten Lage(2b), die unmittelbar zueinander benachbart sind, unterschiedliche Flankenwinkel (α, β, γ, δ) aufweisen.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Erstreckung der rollgeprägten Sicken (12) zumindest in den Bereichen, in denen die rollgeprägten Sicken (12) einander zugewandt sind oder in denen die rollgeprägten Sicken (12) einander abgewandt sind, zumindest abschnittsweise die einander zugewandten oder einander abgewandten Sicken (12) gemeinsam einen im Wesentlichen punktsymmetrischen Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung der ersten Sicke (12) und der zweiten Sicke (12) aufweisen.
Separatorplatte (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportrichtung (T₁, T₂) für mindestens eine der ersten Lage (2a) und der zweiten Lage (2b) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen senkrecht oder im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung mindestens einer der Scharen von Flußkanälen für ein Reaktionsmedium der jeweiligen Lage (2a, 2b) verläuft.
Separatorplatte (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schar von Flußkanälen für ein Reaktionsmedium der ersten Lage (2a) erste Nuten und benachbarte erste Stege aufweist, wobei die ersten Nuten den Boden und die ersten Stege die Wandungen der Flußkanäle für ein Reaktionsmedium bilden, und mindestens eine Schar von Flußkanälen für ein Reaktionsmedium der zweiten Lage (2b) zweite Nuten und benachbarte zweite Stege aufweisen, wobei die zweiten Nuten den Boden und die zweiten Stege die Wandungen von Flußkanälen für ein Reaktionsmedium bilden.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flußkanäle mindestens einer Schar von Flußkanälen für ein Reaktionsmedium parallel zur Lagenebene der ersten Lage (2a) und/oder zweiten Lage (2b) sich geradlinig, wellenförmig, zickzackförmig, mäandrierend oder in einer anderen beliebigen Form erstrecken.
Separatorplatte (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass, in einem Querschnitt durch Flußkanäle für ein Reaktionsmedium zumindest punktweise oder abschnittsweise erste Stege und zweite Stege paarweise einander gegenüberliegend und den ersten Stegen benachbarte erste Nuten der ersten Lage (2a) einerseits und den zweiten Stegen benachbarte zweite Nuten der zweiten Lage (2b) andererseits mit den Rückseiten ihren Nutböden zumindest punktweise oder abschnittsweise benachbart zueinander, insbesondere paarweise aufeinander liegend angeordnet sind.
Anordnung für ein elektrochemisches System (1) mit einer ersten Separatorplatte (2) und einer zweiten Separatorplatte (2*) und einer zwischen den beiden Separatorplatten (2, 2*) angeordneten Membranelektrodeneinheit (10), wobei jede dieser Separatorplatten (2, 2*) jeweils eine erste metallische Lage (2a) und eine zur ersten metallischen Lage senkrecht zur Lagenebene benachbart angeordnete zweite metallische Lage (2b) aufweist, wobei die Separatorplatten (2, 2*) jeweils aufweisen: einen aktiven Bereich (18) mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder Außenseite der Separatorplatte (2, 2*), wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (11) zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen und eine zweite Durchgangsöffnung (11) zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen, wobei in jeder der beiden Separatorplatten (2, 2*) zumindest die erste Durchgangsöffnung (11) in jeder der metallischen Lagen (2a, 2b) oder die zweite Durchgangsöffnung (11) in jeder der metallischen Lagen (2a, 2b, 2a', 2b') von einer rollgeprägten Dichtsicke (12) umschlossen ist, wobei die rollgeprägten Dichtsicken (12) in den zueinander weisenden Lagen (2b, 2a') der ersten und zweiten Separatorplatte (2, 2*) bezogen auf die Erstreckungsebene (M) der Membranelektrodeneinheit (10) in senkrechter Richtung übereinander angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass die rollgeprägten Dichtsicken (12) in den zueinander weisenden Lagen (2b, 2a') der ersten und zweiten Separatorplatte (2, 2*) eine unterschiedliche Orientierung aufweisen und die erste Lage (2b) dieser Lagen mit einer ersten Transportrichtung (T₁) rollgeprägt ist und die zweite Lage dieser Lagen (2a') mit einer zweiten Transportrichtung (T₂) rollgeprägt ist, und diese beiden metallischen Lagen (2b, 2a') bezogen auf ihre Transportrichtungen (T₁, T₂) zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
Anordnung für ein elektrochemisches System (1) mit einer ersten Separatorplatte (2a) und einer zweiten Separatorplatte (2a*) mit jeweils einer metallischen Lage und einer zwischen den beiden Separatorplatten (2a, 2a*) angeordneten Membranelektrodeneinheit (10), wobei mindestens eine diese Separatorplatten (2a, 2a*) genau eine metallische Lage aufweist, wobei die Separatorplatten (2a, 2a*) jeweils aufweisen: einen aktiven Bereich (18) mit mindestens je einer Schar von geprägten Flußkanälen für ein Reaktionsmedium entlang jeder Außenseite der Separatorplatte (2a, 2a*), wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (11) zum Zuleiten eines Reaktionsmediums zu einer der Scharen von Flußkanälen und eine zweite Durchgangsöffnung (11) zum Ableiten des Reaktionsmediums von der Schar von Flußkanälen, wobei in jeder der beiden Separatorplatten (2, 2*) zumindest die erste Durchgangsöffnung (11) von einer rollgeprägten Dichtsicke (12, 12*) umschlossen ist, wobei die rollgeprägten Dichtsicken (12, 12*) in der ersten und zweiten Separatorplatte (2a, 2a*) bezogen auf die Erstreckungsebene der Membranelektrodeneinheit (M) in senkrechter Richtung übereinander angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass die rollgeprägten Dichtsicken (12, 12*) in der ersten und zweiten Separatorplatte (2a, 2a*) eine unterschiedliche Orientierung aufweisen und die erste Separatorplatte (2a) mit einer ersten Transportrichtung (T₁) rollgeprägt ist und die zweite Separatorplatte (2a*) mit einer zweiten Transportrichtung (T₂) rollgeprägt ist, und diese beiden Separatorplatten (2a, 2a*) bezogen auf ihre Transportrichtungen (T₁, T₂) zueinander entgegengesetzt angeordnet sind.
Elektrochemisches System (1), insbesondere Brennstoffzelle oder Elektrolyseur, mit einem Stapel (6) benachbart zueinander angeordneter Separatorplatten (2, 2*, 2a, 2a*) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder mit einem Stapel (6) benachbart zueinander angeordneter Anordnungen nach einem der Ansprüche 12 und 13.
Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, einer Anordnung nach einem der Ansprüche 12 und 13 oder eines elektrochemischen Systems (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest die Ausbildung der geprägten Dichtsicken (12) in der ersten Lage und in der zweiten Lage (2a, 2b) durch Rollprägen erfolgt, wobei die erste Lage (2a) mit einer ersten Transportrichtung (T₁) rollgeprägt und die zweite Lage (2b) mit einer zweiten Transportrichtung (T₂) rollgeprägt wird und wobei die erste und die zweite Lage (2a, 2b) zur Ausbildung der Separatorplatte (2) bezogen auf ihre Transportrichtungen (T₁, T₂) zueinander entgegengesetzt angeordnet werden.