DE102023207721A1 - Separatorplatte für ein elektrochemisches System - Google Patents

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Felix Senf
Christian Luksch
Andre Speidel
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Reinz Dichtungs GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System sowie ein elektrochemisches System aufweisend eine derartige Separatorplatte.Bekannte elektrochemische Systeme, beispielsweise Brennstoffzellensysteme oder elektrochemische Verdichtersysteme, Redox-Flow-Batterien sowie Elektrolyseure, umfassen gewöhnlich eine Vielzahl von Separatorplatten, die in einem Stapel angeordnet sind, so dass je zwei benachbarte Separatorplatten eine elektrochemische Zelle einschließen. Die Separatorplatten umfassen gewöhnlich jeweils zwei Einzelplatten, die entlang ihrer von den elektrochemischen Zellen abgewandten Rückseiten miteinander verbunden sind. Die Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Bei Brennstoffzellen kommen häufig Bipolarplatten als Separatorplatten zum Einsatz.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System sowie ein elektrochemisches System aufweisend eine derartige Separatorplatte.
  • Bekannte elektrochemische Systeme, beispielsweise Brennstoffzellensysteme oder elektrochemische Verdichtersysteme, Redox-Flow-Batterien sowie Elektrolyseure, umfassen gewöhnlich eine Vielzahl von Separatorplatten, die in einem Stapel angeordnet sind, so dass je zwei benachbarte Separatorplatten eine elektrochemische Zelle einschließen. Die Separatorplatten umfassen gewöhnlich jeweils zwei Einzelplatten, die entlang ihrer von den elektrochemischen Zellen abgewandten Rückseiten miteinander verbunden sind. Die Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Bei Brennstoffzellen kommen häufig Bipolarplatten als Separatorplatten zum Einsatz
  • Die Einzelplatten der Separatorplatten können Kanalstrukturen zur Versorgung der Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Medien aufweisen. Bei den Medien kann es sich beispielsweise um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) oder um ein Kühlmittel als zugeführte Medien und um Reaktionsprodukte und erwärmtes Kühlmittel als abgeführte Medien handeln. Ferner können die Separatorplatten zum Weiterleiten der in der elektrochemischen Zelle entstehenden Abwärme dienen, wie sie etwa bei der Umwandlung elektrischer bzw. chemischer Energie in einer Brennstoffzelle entsteht, sowie zum Abdichten der verschiedenen Medien- bzw. Kühlkanäle gegeneinander und/oder nach außen ausgebildet sein. Bei Brennstoffzellen werden üblicherweise auf den einander abgewandten Oberflächen der Einzelplatten die Reaktionsmedien, d.h. Brennstoff und Reaktionsgase, geführt, während das Kühlmittel zwischen den Einzelplatten geführt wird. Die elektrochemischen Zellen insbesondere einer Brennstoffzelle können z. B. jeweils eine Membran-Elektrodeneinheit (Membrane Electrode Assemblies bzw. MEA) mit jeweils einer Polymerelektrolytmembran (PEM) und Elektroden umfassen. Die MEA können auch eine oder mehrere Gasdiffusionslagen (GDL) aufweisen, die üblicherweise zu den Separatorplatten, insbesondere zu Bipolarplatten von Brennstoffzellsystemen hin orientiert und z. B. als Kohlenstoffvlies ausgebildet sind.
  • Oft bedingen es der Aufbau und die Funktion der Einzelplatten, dass die Kanäle der Einzelplatten derselben Separatorplatte wenigstens bereichsweise gekreuzt zueinander verlaufen, so dass die Rückseiten der Kanalböden nur in den Kreuzungsbereichen in Kontakt bringbar und verbindbar sind. Sofern die Einzelplatten im Bereich der sich kreuzenden Kanäle verbunden werden, stellt eine derartige Anordnung somit hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung der Einzelplatten relativ zueinander sowie an die Positionierung des zum Ausbilden der Verbindung vorgesehenen Instrumentes relativ zu den Einzelplatten. Gebräuchliche Verfahren zur Verbindung der Einzelplatten miteinander sind z. B. Schweißen, insbesondere Laserschweißen, Löten oder Kleben. Wird die erforderliche Genauigkeit der Positionierung beim Verbinden der Einzelplatten nicht eingehalten, so sind die Verbindungen aufgrund des Versatzes zu schwach oder fehlen zumindest teilweise ganz. Insbesondere der Druck des zwischen den Einzelplatten geführten Kühlmittels kann dann dazu führen, dass es zum Reißen der Verbindungen kommt, wobei diese beispielsweise zwischen den Platten aufreißen oder z.B. ein Schweißpfropf aus einer oder beiden Einzelplatten gerissen wird, so dass zumindest in einer Platte ein Loch entsteht. Zusätzlich oder alternativ kann der Versatz auch dazu führen, dass zu viel Energie in einen Punkt einer Einzelplatte eingetragen wird und diese durchbrennt, so dass ebenfalls ein Loch entsteht. So können die Einzelplatten entlang der Verbindungsstellen bis zur Unbrauchbarkeit beschädigt werden. Dies kann dazu führen, dass die zwischen benachbarten Separatorplatten eingeschlossenen elektrochemischen Zellen mit einer zwischen den Einzelplatten geführten Kühlflüssigkeit geflutet werden, die durch die Risse in den Einzelplatten durch die Einzelplatten hindurch tritt. Auch kann es zu einer direkten unkontrollierten Reaktion zwischen den Reaktionsmedien kommen, wenn beide Einzelplatten Löcher aufweisen. Beides kann zum Ausfall des gesamten Stapels führen. Die bisher verwendeten Methoden zum Verbinden der Einzelplatten in Bereichen, in denen die Kanäle der Einzelplatten gekreuzt verlaufen, können daher einen hohen Ausschuss in der Produktion oder eine geringe Lebensdauer des Systems im Betrieb nach sich ziehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System zu schaffen, die auch in einem Bereich, in dem die Kanäle der Einzelplatten der Separatorplatte relativ zueinander gekreuzt verlaufen, möglichst stabil ist und die mit möglichst geringem Ausschuss herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System sowie ein elektrochemisches System gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Spezielle Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.
  • Dementsprechend wird eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System vorgeschlagen. Die Separatorplatte umfasst eine erste Einzelplatte und eine mit der ersten Einzelplatte verbundene zweite Einzelplatte, wobei die beiden Einzelplatten sich in einer Kontaktzone berühren.
  • Die erste Einzelplatte weist zwei in die erste Einzelplatte eingeformte, nebeneinander verlaufende erste Kanäle zur Medienführung auf, die durch einen zwischen den ersten Kanälen ausgebildeten Steg wenigstens abschnittweise voneinander getrennt sind.
  • Die zweite Einzelplatte weist einen in die zweite Einzelplatte eingeformten zweiten Kanal zur Medienführung auf, wobei der zwischen den ersten Kanälen ausgebildete Steg und der in die zweite Einzelplatte eingeformte zweite Kanal derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Projektion des zweiten Kanals auf die erste Einzelplatte senkrecht zur Planflächenebene der ersten Einzelplatte den Steg entlang eines Kreuzungsbereiches des Steges kreuzt.
  • Der Steg ist im Kreuzungsbereich des Steges abgesenkt, so dass die beiderseits des Steges verlaufenden ersten Kanäle über die Absenkung des Steges in Fluidverbindung sind. Weiter ist vorgesehen, dass eine der zweiten Einzelplatte zugewandte Rückseite der ersten Einzelplatte im Bereich der Absenkung oder in einem an die Absenkung angrenzenden Bereich mittels einer Schweißverbindung in der Kontaktzone der Einzelplatten mit einer der ersten Einzelplatte zugewandten Rückseite des Bodens des zweiten Kanals verbunden ist. Zum Beispiel kann eine der zweiten Einzelplatte zugewandte Rückseite des Bodens der Absenkung mittels der Schweißverbindung in der Kontaktzone der Einzelplatten mit der der ersten Einzelplatte zugewandten Rückseite des Bodens des zweiten Kanals verbunden sein.
  • Die Schweißverbindung weist einen ersten Endbereich und einen ersten gekrümmten Abschnitt auf, wobei der erste gekrümmte Abschnitt derart verläuft und gekrümmt ist, dass eine senkrecht durch den ersten Endbereich verlaufende virtuelle Gerade die Schweißverbindung mindestens zweimal schneidet. Alternativ oder zusätzlich weist die Schweißverbindung einen zweiten Endbereich und einen zweiten gekrümmten Abschnitt auf, wobei der zweite gekrümmte Abschnitt derart verläuft und gekrümmt ist, dass eine senkrecht durch den zweiten Endbereich verlaufende virtuelle zweite Gerade die Schweißverbindung mindestens zweimal schneidet.
  • Anstatt die Formulierung zu gebrauchen, wonach eine Projektion der Kanäle und/oder Stege der zweiten Einzelplatte auf die erste Einzelplatte die Stege und/oder die Kanäle der ersten Einzelplatte kreuzt oder umgekehrt, wird im Folgenden der Einfachheit halber manchmal auch die kürzere Formulierung verwendet, wonach die Kanäle und/oder die Stege der zweiten Einzelplatte die Stege und/oder die Kanäle der ersten Einzelplatte kreuzen oder umgekehrt. Darunter soll jedoch stets verstanden werden, dass die einander kreuzenden Stege und Kanäle der beiden Einzelplatten jeweils zumindest abschnittsweise in unterschiedlichen Ebenen verlaufen, wobei diese Ebenen überwiegend parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Dadurch, dass der die ersten Kanäle trennende Steg dort, wo er den zweiten Kanal kreuzt, abgesenkt ist und dass eine der zweiten Einzelplatte zugewandte Rückseite des Bodens der Absenkung stoffschlüssig mit einer der ersten Einzelplatte zugewandten Rückseite des Bodens des zweiten Kanals verbunden ist, ist der Bereich, in dem die beiden Einzelplatten verbunden sind oder verbindbar sind, vergrößert. Hierdurch gibt es mehr Platz für die genannte Schweißverbindung, wodurch diese zur Stabilisierung der Separatorplatte größer ist als in herkömmlichen Separatorplatten.
  • In Druckpulsationsversuchen, bei denen ein Medium mit hohem und wechselndem Druck zwischen den Einzellagen der Separatorplatte gedrückt wird, um die Dauerhaltbarkeit von Separatorplatten zu untersuchen, hat sich herausgestellt, dass eine Schweißverbindung in ihren Endbereichen, also am Anfang und/oder am Ende der Schweißverbindung, wo das Schweißwerkzeug an- oder abfährt, Risse bekommen kann oder sogar komplett aufreißen kann. Dieses Aufreißen wird manchmal auch als Schälen der Schweißverbindung bezeichnet und hat oftmals einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer der Separatorplatte. Die Endbereiche sind also häufig Schwachstellen der Schweißverbindung.
  • Der Endbereich im Sinne dieser Schrift kann durch den Bereich der Schweißverbindung definiert werden, wo das Schweißwerkzeug bzw. der Schweißlaserstrahl abgesetzt oder angesetzt wird. Entsprechend kann der Endbereich Abfahrbereich oder Anfahrbereich des Schweißwerkzeuges oder des Schweißlaserstrahls genannt werden. Durch das An- bzw. Abfahren des Schweißwerkzeuges können die beiden Einzelplatten im Endbereich im Vergleich zum Rest der Schweißverbindung beispielsweise lokal nicht vollständig miteinander verschweißt sein. Alternativ kann die Separatorplatte oder eine der beiden Einzelplatten in den Endbereichen der Schweißverbindung durch eine lokal höhere Energiedichte während des Schweißens geschwächt sein. Auch wenn grundsätzlich zwischen dem An- und Abfahrbereich anhand der Schuppung der Schweißnaht unterschieden werden kann, werden beide hier im Begriff Endbereich zusammengefasst.
  • Die Schweißgeometrie der hiermit vorgeschlagenen Separatorplatte ist derart ausgestaltet, dass neben dem betreffenden Endbereich ein weiterer Abschnitt der Schweißverbindung verläuft, nämlich in der Regel der gekrümmte Abschnitt, welcher den Endbereich der Schweißverbindung stabilisiert bzw. diesen versteift.
  • Die Schweißverbindung ist häufig als durchgehende Schweißverbindung ausgestaltet, also ohne Unterbrechungen. In manchen Ausführungsformen gehen mindestens einer der Endbereiche und der zugehörige gekrümmte Abschnitt durchgehend ineinander über. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass der erste Endbereich sich an den ersten gekrümmten Abschnitt anschließt oder Bestandteil des ersten gekrümmten Abschnitts ist und/oder wobei der zweite Endbereich sich an den zweiten gekrümmten Abschnitt anschließt oder Bestandteil des zweiten gekrümmten Abschnitts ist.
  • In alternativen Ausführungsformen umfasst die Schweißverbindung Unterbrechungen, und ist somit nicht als durchgehende Schweißverbindung ausgestaltet. Manchmal ist die Schweißverbindung derart unterbrochen, dass mindestens einer der Endbereiche und der zugehörige gekrümmte Abschnitt voneinander separiert und nicht miteinander verbunden sind. Die Schweißverbindung hat in diesen Fällen also mindestens zwei separate, voneinander beabstandete Schweißabschnitte. Der entsprechende Endbereich gehört dann üblicherweise zu demjenigen Abschnitt der Schweißverbindung, welcher einen Anteil von mindestens 60% der Länge der Schweißverbindung aufweist. Falls die Schweißverbindung unterbrochen ist, kann die Schweißverbindung höchstens drei voneinander separate Schweißabschnitte aufweisen.
  • Optional kann der erste gekrümmte Abschnitt den ersten Endbereich zumindest teilweise umgeben. In diesem Fall kann der erste Endbereich innerhalb eines durch den ersten gekrümmten Abschnitt umschlossenen Bereichs liegen. Optional kann der zweite gekrümmte Abschnitt den zweiten Endbereich zumindest teilweise umgeben. Beispielsweise liegt der zweite Endbereich innerhalb eines durch den zweiten gekrümmten Abschnitt umschlossenen Bereichs. Durch das Umgeben bzw. Umschließen des jeweiligen Endbereichs durch den gekrümmten Abschnitt, kann der jeweilige Endbereich besonders gut stabilisiert werden und die vorstehend genannten Schäleffekte vermieden werden. Manchmal haben der erste gekrümmte Bereich und/oder der zweite gekrümmte Bereich einen Umfangswinkel von mindestens 160°, insbesondere von mindesten 180°, insbesondere von mindestens 250°. Optional sind der erste gekrümmte Abschnitt und/oder der zweite gekrümmte Abschnitt zumindest abschnittsweise kreisförmig, oval, elliptisch, haarnadelförmig oder spiralförmig. Manchmal ist der betreffende gekrümmte Abschnitt aus mehreren von diesen Grundformen zusammengestellt. In diesem Fall können die hier genannten Grundformen der gekrümmten Abschnitte ineinander übergehen.
  • Die Schweißverbindung kann einen Mittelabschnitt aufweisen, der sich an den ersten gekrümmten Abschnitt und/oder den zweiten gekrümmten Abschnitt anschließt. Oftmals ist der Mittelabschnitt geradlinig. Anstelle eines geradlinigen Mittelabschnitts kann auch ein gewellter oder nichtgeradliniger Mittelabschnitt vorgesehen sein. Es kann auch mindestens ein Abschnitt des Mittelabschnitts geradlinig und mindestens ein weitere Abschnitt des Mittelabschnitts nicht-geradlinig ausgestaltet sein. In alternativen Ausführungsformen kann sich der Mittelabschnitt auch an den ersten Endbereich und/oder den zweiten Endbereich anschließen. In diesen Ausführungsformen ist der betreffende gekrümmte Abschnitt oftmals nicht mit dem betreffenden Endbereich verbunden. Der Mittelabschnitt kann eine Länge haben, welche mindestens 40%, mindestens 50% oder mindestens 60% der Länge der gesamten Schweißverbindung beträgt. Der Mittelabschnitt bzw. eine Haupterstreckungsrichtung des Mittelabschnitts kann parallel zum zweiten Kanal verlaufen. Der Mittelabschnitt kann im Kreuzungsbereich des Stegs angeordnet sein.
  • Optional liegen der erste Endbereich und der zweite Endbereich auf derselben Seite oder auf unterschiedlichen Seiten einer durch den Mittelabschnitt, insbesondere den geradlinigen Mittelabschnitt, verlaufenden virtuellen Gerade. Manchmal ist die Schweißverbindung spiegelsymmetrisch, drehsymmetrisch oder punktsymmetrisch ausgestaltet. Es kann vorgesehen sein, dass der erste Endbereich und/oder der zweite Endbereich einen geraden Abschnitt umfasst oder einen geraden Verlauf haben. Der gerade Abschnitt des betreffenden Endbereichs kann beispielsweise im Wesentlichen parallel zum Mittelabschnitt verlaufen.
  • Oftmals ist die Schweißverbindung eine Laserschweißverbindung. Laserschweißverbindungen lassen sich besonders präzise herstellen. Die vorliegende Schrift ist jedoch nicht auf Laserschweißverbindungen beschränkt. Üblicherweise weist die Schweißverbindung eine Form auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie ohne Absetzen oder durch höchstens zweimal Absetzen eines Schweißwerkzeuges und/oder Schweißlaserstrahls gebildet werden kann.
  • Um mehr Platz für die oben beschriebene Schweißgeometrie zu schaffen, können der erste Kanal und/oder der zweite Kanal modifiziert werden. Dies wird im Folgenden beschrieben.
  • Optional weist der zweite Kanal in einem an den Kreuzungsbereich angrenzenden zweiten Bereich mindestens eine zweite Kanalverbreiterung auf. Die Kontaktzone der Einzelplatten kann sich zumindest teilweise in den Bereich der zweiten Kanalverbreiterung erstrecken. Es kann also vorgesehen sein, dass die zweite Einzelplatte im Bereich der zweiten Kanalverbreiterung mittels der Schweißverbindung mit der ersten Einzelplatte verbunden ist. Optional kann der zweite Kanal beidseitig des Kreuzungsbereichs die genannte zweite Kanalverbreiterung aufweisen. Mindestens einer der gekrümmten Abschnitte und/oder mindestens einer der Endbereiche können im Bereich der zweiten Kanalverbreiterung angeordnet sein.
  • Manchmal weist der zweite Kanal im Kreuzungsbereich zwischen den zweiten Kanalverbreiterungen in Bezug auf die Kanalverbreiterungen eine Kanalverjüngung auf. Die Kanalverjüngung kann hierbei lediglich in Bezug auf die Kanalverbreiterungen verjüngt sein, und eine Breite haben, welche einer Breite des Kanals außerhalb der Kanalverbreiterungen, z.B. stromaufwärts oder stromabwärts der Kanalverbreiterungen, entspricht.
  • Alternativ oder zusätzlich kann mindestens einer der ersten Kanäle in einem an den Kreuzungsbereich angrenzenden ersten Bereich eine erste Kanalverbreiterung aufweisen. In diesem Fall kann die erste Einzelplatte im Bereich der ersten Kanalverbreiterung mittels der Schweißverbindung mit der zweiten Einzelplatte verbunden sein. Vorzugsweise ist wenigstens einer der Krümmungsabschnitte und/oder wenigstens einer der Endbereiche im Bereich der ersten Kanalverbreiterung angeordnet.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die in dieser Schrift verwendeten Angaben „erste“ und „zweite“ hier lediglich die entsprechenden Elemente nummerieren, ohne dabei eine Wertung oder eine Reihenfolge bezüglich Anwesenheit oder Priorität festzulegen. So kann die vorstehend genannte zweite Kanalverbreiterung unabhängig von einer ersten Kanalverbreiterung vorhanden sein und andersherum.
  • Optional kann jeder erste Kanal - also jeder der beiden ersten Kanäle - die genannte erste Kanalverbreiterung aufweisen, wobei die beiden ersten Kanalverbreiterungen in Erstreckungsrichtung der ersten Kanäle versetzt zueinander angeordnet sind. Die genaue Lage der ersten Kanalverbreiterungen relativ zu einander hängt oftmals von einem Kreuzungswinkel ab, in dem die ersten Kanäle und der zweite Kanal sich schneiden. Bei einem kleinen Kreuzungswinkel, zum Beispiel zwischen 0° und 45°, ist der genannte Versatz meistens größer als bei einem großen Kreuzungswinkel, beispielsweise zwischen 45° und 90°.
  • Die genannten Kanäle sind in der Regel durch zwei Stege begrenzt bzw. verlaufen zwischen zwei Stegen. Es kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der ersten Kanäle durch den genannten Steg und einen weiteren Steg begrenzt ist, wobei der weitere Steg zur Bildung der ersten Kanalverbreiterung einen konkaven Abschnitt aufweist, der bzgl. des Kanals einen konvexen Abschnitt bildet; im Folgenden wird diesbezüglich aber auf den jeweiligen Steg abgehoben und durchgängig von konkaven Abschnitten gesprochen.
  • Weitere Stege der gleichen Einzelplatte, welche zu den zwei den jeweiligen Kanal begrenzenden Stegen benachbart sind und weitere Kanäle begrenzen, können parallel, gespiegelt oder mit verringerter Krümmung im Vergleich zu den den jeweiligen Kanal begrenzenden Stegen verlaufen. Die Krümmung der Kanäle bzw. Stege kann für lateral verlaufende Kanäle bzw. Stege immer weiter abnehmen, bis die Kanäle bzw. Stege keine konkaven bzw. konvexen Bereiche mehr aufweisen. Die jeweilige Einzelplatte kann zusätzliche Stege bzw. Kanäle aufweisen, welche einen im Wesentlichen geraden Verlauf ohne konvexe oder konkave Abschnitte aufweisen. Die zusätzlichen Kanäle bzw. Stege sind in der Regel weiter von den ersten Kanälen, zweiten Kanälen bzw. den Stegen entfernt, als die direkt benachbarten weiteren Kanäle bzw. Stege.
  • Oftmals überlappen sich die erste Kanalverbreiterung und die zweite Kanalverbreiterung in der Kontaktzone zumindest teilweise. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Schweißverbindung, insbesondere wenigstens einer der Endbereiche und/oder wenigstens einer der gekrümmten Abschnitte, im Überlappungsbereich der genannten Kanalverbreiterungen vorgesehen ist.
  • In der Regel umfasst jede Einzelplatte mindestens eine Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Fluids, einen elektrochemisch aktiven Bereich und einen Verteil- oder Sammelbereich, welcher die Durchgangsöffnung fluidisch mit dem elektrochemisch aktiven Bereich verbindet. Oftmals sind die ersten Kanäle im Verteil- oder Sammelbereich der ersten Einzelplatte und der zweite Kanal im Verteil- oder Sammelbereich der zweiten Einzelplatte angeordnet.
  • Die vorstehend beschriebene Separatorplatte wird bei Anwendungen in einem Brennstoffzellensystem oftmals Bipolarplatte genannt.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein elektrochemisches System vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von gestapelten Separatorplatten bzw. Bipolarplatten der zuvor beschriebenen Art umfasst.
  • Ausführungsbeispiele der Separatorplatte und des elektrochemischen Systems sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von in einem Stapel angeordneten Separatorplatten oder Bipolarplatten;
    • 2 schematisch in einer perspektivischen Darstellung zwei Bipolarplatten des Systems gemäß 1 mit einer zwischen den Bipolarplatten angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA);
    • 3 schematisch einen Schnitt durch einen Plattenstapel eines Systems nach Art des Systems gemäß 1;
    • 4 schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf einen Sammel- oder Verteilbereich einer Separatorplatte gemäß dem Stand der Technik, wobei Kanäle und Stege einer Rückseite der Separatorplatte sichtbar gemacht sind;
    • 5 schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine erste Einzelplatte;
    • 6 schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine zweite Einzelplatte;
    • 7 schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine die erste Einzelplatte der 5 und die zweite Einzelplatte der 6 umfassende Separatorplatte, wobei Kanäle beider Einzelplatten sichtbar gemacht sind;
    • 8A schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine die erste Einzelplatte der 5 und die zweite Einzelplatte der 6 umfassende Separatorplatte, wobei Kanäle beider Einzelplatten sichtbar gemacht sind und die erste Einzelplatte mit der zweiten Einzelplatte mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind;
    • 8B schematisch eine Schnittdarstellung des in 8A angedeuteten Schnitts A-A;
    • 9A- verschiedene Ausgestaltungen einer Schweißverbindung; und 9H
    • 10 einen Schnitt durch die Schweißverbindung der Separatorplatte der 8; und
    • 11 in drei 11A-11C jeweils einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine erste Einzelplatte in drei Varianten.
  • Hier und im Folgenden sind in verschiedenen Figuren wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten oder Bipolarplatten 2, die in einem Stapel 6 angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt sind. 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 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 wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein, in 1 u. 2 nicht dargestellt.
  • Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, elektrochemischer Verdichter oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten 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.
  • Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Separatorplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der Einzelplatten 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 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 Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
  • 2 zeigt perspektivisch zwei benachbarte Separatorplatten 2 eines elektrochemischen Systems von der Art des Systems 1 aus 1 sowie eine zwischen diesen benachbarten Separatorplatten 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 Separatorplatte 2 verdeckt ist. Die Separatorplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten Einzelplatten 2a, 2b gebildet (siehe z. B. 3), von denen in 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte erste Einzelplatte 2a sichtbar ist, die die zweite Einzelplatte 2b verdeckt. Die Einzelplatten 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Einzelplatten 2a, 2b können z. B. miteinander verschweißt sein, z. B. durch Laserschweißverbindungen.
  • Die Einzelplatten 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die Durchgangsöffnungen 11a-c der Separatorplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Separatorplatten von der Art der Separatorplatte 2 bilden die Durchgangsöffnungen 11a-c 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 oder Medienanschlüsse 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 parallel zur Plattenebene ausgebildet.
  • Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c gegenüber dem Inneren des Stapels 6 und gegenüber der Umgebung weisen die ersten Einzelplatten 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 Einzelplatten 2b weisen an der vom Betrachter der 2 abgewandten Rückseite der Separatorplatten 2 entsprechende Dichtsicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c auf (nicht gezeigt).
  • In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 weisen die ersten Einzelplatten 2a an ihrer dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld 17 mit Strukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Vorderseite der Einzelplatte 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 Separatorplatten 2 weisen die ersten Einzelplatten 2a zudem jeweils einen Verteil- und Sammelbereich 20 auf. Verteil- oder Sammelbereiche 20 umfassen jeweils Strukturen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in den Verteilbereich 20 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen bzw. ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Fluidleitstrukturen 29 beider Verteil- oder Sammelbereiche 20 sind in 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. Generell können die Elemente 17, 29 also als medienleitende Prägestrukturen aufgefasst werden.
  • Die Dichtsicken 12a-12c weisen Durchführungen 13a-13c, die hier teilweise als lokale Anhebungen der Sicke ausgeführt sind, auf, von denen die Durchführungen 13a sowohl auf der Unterseite der oben liegenden Einzelplatte 2a als auch auf der Oberseite der unten liegenden Einzelplatte 2b ausgeführt sind, während die Durchführungen 13b in der oben liegenden Einzelplatte 2a und die Durchführungen 13c in der unten liegenden Einzelplatte 2b ausgebildet sind. Beispielsweise ermöglichen die Durchführungen 13a eine Passage von Kühlmittel zwischen der Durchgangsöffnung 12a und dem Verteilbereich 20, so dass das Kühlmittel in den Verteilbereich zwischen den Separatorplatten gelangt bzw. aus dem Sammelbereich 20 herausgeführt wird. Weiterhin ermöglichen die Durchführungen 13b eine Passage von Wasserstoff zwischen der Durchgangsöffnung 12b und dem Verteilbereich auf der Oberseite der oben liegenden Einzelplatte 2a, diese Durchführungen 13b sind durch von dem Verteilbereich zugewandten, schräg zur Plattenebene verlaufende Perforationen charakterisiert. Durch die Durchführungen 13b strömt also beispielsweise Wasserstoff von der Durchgangsöffnung 12b zum Verteilbereich auf der Oberseite der oben liegenden Einzelplatte 2a oder in entgegengesetzter Richtung von Sammelbereich. 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 Einzelplatte 2b gelangt bzw. aus dem Sammelbereich herausgeführt wird. Die zugehörigen Perforationen sind hier nicht sichtbar.
  • Die ersten Einzelplatten 2a weisen ferner jeweils eine weitere Dichtanordnung in Gestalt einer Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18, die Verteil- und Sammelbereiche 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 Einzelplatten 2b umfassen jeweils entsprechende Perimetersicken. Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die Verteilstrukturen des Verteil- und des Sammelbereichs 20 und die Dichtsicken 12a-d sind jeweils einteilig mit den Einzelplatten 2a ausgebildet und in die Einzelplatten 2a eingeformt, z. B. in einem Präge- oder Tiefziehprozess oder mittels Hydroforming. Dasselbe gilt für die entsprechenden Strukturen der zweiten Einzelplatten 2b.
  • 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 Einzelplatten 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 Verteil- und Sammelstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Betrachter der 2 abgewandten zweiten Einzelplatten 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 Einzelplatten 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum 19 miteinander in Fluidverbindung. Dieser Hohlraum 19 dient jeweils zum Führen eines Kühlmittels durch die Separatorplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der Separatorplatte 2.
  • Die 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Abschnitt des Plattenstapels 6 des Systems 1 aus 1, wobei die Schnittebene in z-Richtung und damit senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2 ausgerichtet ist. Die Schnittebene verläuft in der 3 entlang eines geknickten Schnitts, analog zum Schnitt A-A durch die 2 aus der Veröffentlichung DE 20 2020 106 144 U1 , welche hiermit vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
  • Die baugleichen Separatorplatten 2 des Stapels umfassen jeweils die zuvor beschriebene erste metallische Einzelplatte 2a und die zuvor beschriebene zweite metallische Einzelplatte 2b. Zu erkennen sind Strukturen zur Medienleitung entlang der Außenflächen der Separatorplatten 2, hier insbesondere jeweils in Form von Stegen und durch die Stege begrenzten Kanälen. Insbesondere sind Kanäle auf den voneinander wegweisenden Oberflächen aneinander angrenzender Einzelplatten 2a, 2b sowie Kühlkanäle im Hohlraum 19 zwischen aneinander grenzenden Einzelplatten 2a, 2b gezeigt. Zwischen den Kühlkanälen sowohl im Verteil- bzw. Sammelbereich 20 als auch im aktiven Bereich 18 liegen die beiden Einzelplatten 2a, 2b in einem Kontaktbereich 24 aufeinander auf und sind dort jeweils miteinander verbunden, im vorliegenden Beispiel mittels Laserschweißnähten. Im Folgenden wird vereinfachend nur der Verteilbereich 20 angesprochen, die entsprechenden Aussagen können genauso auf einen Sammelbereich 20 zutreffen.
  • Zwischen benachbarten Separatorplatten 2 des Stapels ist jeweils eine z. B. aus dem Stand der Technik bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10 angeordnet. Die MEA 10 umfasst typischerweise jeweils eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran, und einen mit der Membran verbundenen Randabschnitt 15. Beispielsweise kann der Randabschnitt 15 stoffschlüssig mit der Membran verbunden sein, z. B. durch eine Klebeverbindung oder durch Laminieren.
  • Die Membran der MEA 10 erstreckt sich jeweils wenigstens über den aktiven Bereich 18 der angrenzenden Separatorplatten 2 und ermöglicht dort einen Protonenübergang über oder durch die Membran. Allerdings reicht die Membran nicht in den Verteil- oder Sammelbereich 20 hinein. Der Randabschnitt 15 der MEA 10 dient jeweils dem Positionieren, Befestigen und Abdichten der Membran zwischen den angrenzenden Separatorplatten 2.
  • Der Randabschnitt 15 überdeckt jeweils den Verteil- oder Sammelbereich 20 der angrenzenden Separatorplatten 2. Nach außen kann der Randabschnitt 15 auch über die Perimetersicke 12d hinaus reichen und dort an den Außenrandbereich der Einzelplatten 2a, 2b angrenzen (vgl. 2).
  • Weiter können im aktiven Bereich 18 zusätzlich Gasdiffusionslagen 16 angeordnet sein. Die Gasdiffusionslagen 16 ermöglichen das Anströmen der Membran über einen möglichst großen Bereich der Oberfläche der Membran und können so den Protonenübergang über die Membran verbessern. Die Gasdiffusionslagen 16 können z. B. jeweils beiderseits der Membran im aktiven Bereich 18 zwischen den angrenzenden Separatorplatten 2 angeordnet sein. Die Gasdiffusionslagen 16 können z. B. aus einem Faservlies gebildet sein oder ein Faservlies umfassen.
  • Im Weiteren wird ergänzend auf die 4 Bezug genommen, wo ein Abschnitt des Verteil- oder Sammelbereichs 20 gezeigt ist. Die Verteil- oder Sammelbereiche 20 der zweiten Einzelplatte 2b und der ersten Einzelplatte 2a sind entlang ihrer einander zugewandten Rückseiten bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, hier insbesondere durch Laserschweißverbindungen 50. Wie in der 4 angedeutet, verlaufen Kanäle 30, 31 und Stege 32 des Verteilbereichs 20 der ersten Einzelplatte 2a und Kanäle 40 und Stege 42 des Verteilbereichs 20 der zweiten Einzelplatte 2b in parallelen Ebenen gekreuzt zueinander. Im Beispiel der 4 schließen die Kanäle 30, 31 und die Stege 32 im Verteilbereich 20 der ersten Einzelplatte 2a mit den Kanälen 40 und den Stegen im Verteilbereich 20 der zweiten Einzelplatte 2a z. B. einen Kreuzungswinkel von etwa zwischen 30° und 40° bzw. zwischen 140° und 150° ein.
  • Bereiche der Stege der ersten Einzelplatte 2a, in denen eine senkrechte Projektion eines der Kanäle der zweiten Einzelplatte 2b auf die erste Einzelplatte 2a einen der Stege der ersten Einzelplatte 2a kreuzt, werden Kreuzungsbereiche 33 der Stege 32 der ersten Einzelplatte 2a genannt. Ganz entsprechend werden Bereiche der Stege der zweiten Einzelplatte 2b, in denen eine senkrechte Projektion eines der Kanäle 30, 31 der ersten Einzelplatte 2a auf die zweite Einzelplatte 2b einen der Stege der zweiten Einzelplatte 2b kreuzt, Kreuzungsbereiche der Stege der zweiten Einzelplatte 2b genannt.
  • Wie eingangs beschrieben besteht ein entscheidender Nachteil bekannter Separatorplatten 2 darin, dass die Einzelplatten 2a, 2b der Separatorplatte 2 in solchen Bereichen, in denen die Kanäle der Einzelplatten 2a, 2b wie hier beschrieben gekreuzt verlaufen, typischerweise nur entlang sehr kleiner Kontaktbereiche verbindbar sind, nämlich gerade dort, wo die einander zugewandten Rückseiten der Kanalböden der beiden Einzelplatten 2a, 2b einander kreuzen.
  • Um dieses Problem zu lösen, schlägt die Veröffentlichung WO 2017/029158 A1 vor, die Kontaktbereiche der Platten 2a, 2b zu vergrößern, indem die Stege 32 der ersten Einzelplatte 2a, wie in 4 der vorliegenden Schrift gezeigt, in manchen der Kreuzungsbereiche 33 in einem Absenkungsbereich 34 derart abgesenkt sind, dass die der zweiten Einzelplatte 2b zugewandte Rückseite der ersten Einzelplatte 2a in diesen Kreuzungsbereichen 33 mit der Rückseite des Bodens des entsprechenden Kanals 40 der zweiten Einzelplatte 2b in Kontakt ist und stoffschlüssig verbunden ist, hier z. B. durch Laserschweißverbindungen 50. Die Kontaktflächen, entlang derer die Rückseiten der Einzelplatten 2a, 2b in den Verteilbereichen 20 in Kontakt sind und miteinander verbunden sind oder verbindbar sind, können so deutlich vergrößert werden.
  • Die beiden Einzelplatten 2a, 2b sind nämlich nicht nur dort miteinander verbunden oder verbindbar, wo die Kanäle 30, 31 der ersten Einzelplatte 2a und die Kanäle 40 der zweiten Einzelplatte 2b einander kreuzen und ihre Rückseiten somit in Kontakt miteinander kommen, sondern zusätzlich im Kreuzungsbereich 33 des Steges 32 zwischen den Kanälen 30, 31 der ersten Einzelplatte 2a, wo durch die Absenkung 34 des Steges 32 eine größere Berührfläche der Rückseiten der Einzelplatten 2a, 2b gegeben ist. Dies erhöht die Stabilität der Verbindung zwischen den Einzelplatten 2a, 2b und stellt geringere Anforderungen an die räumliche Genauigkeit der gewählten Verbindungstechnik. Die Ausschussrate bei der Herstellung der Separatorplatte 2 und die Lebensdauer der Separatorplatte 2 im Betrieb können so verbessert werden.
  • Dadurch, dass die beiderseits des Steges 32 verlaufenden ersten Kanäle 30, 31 über die Absenkung 34 des Steges 32 in Fluidverbindung sind, kann die Positionierung der Absenkung 34 entlang der ersten Kanäle 30, 31 zudem gezielt genutzt werden, um Einfluss auf das Strömungsverhalten der Medien in den ersten Kanälen 30, 31 und im Zwischenraum 19 zwischen den Einzelplatten 2a, 2b zu nehmen.
  • In Druckpulsationsversuchen der Anmelderin hat sich trotz der vorstehenden Maßnahmen herausgestellt, dass die Schweißverbindung 50 eine Schwachstelle der Separatorplatte 2 bilden kann. Wenn große Fluiddrücke wirken, kann die Schweißverbindung 50 manchmal an ihren Anfangs- und Endpunkten aufreißen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde deshalb konzipiert, um die Dauerhaltbarkeit von Separatorplatten 2 weiter zu erhöhen. Insbesondere soll durch eine geometrische Anpassung der Schweißverbindung 50 eine höhere Lebenserwartung zumindest bezüglich der betriebsbedingten Pulsation des Drucks der anstehenden Medien, insbesondere des Kühlmittels, erreicht werden.
  • Im Folgenden wird auf die 5-10 Bezug genommen, welche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Separatorplatte 2 im Verteil- oder Sammelbereich 20 zeigen. Die Separatorplatte 2 weist eine erste Einzelplatte 2a und eine zweite Einzelplatte 2b auf, welche miteinander verbunden sind. Die beiden Einzelplatten 2a, 2b berühren sich in einer Kontaktzone 25.
  • In der 5 ist ein Ausschnitt einer Draufsicht auf die erste Einzelplatte 2a gezeigt. Die erste Einzelplatte weist mindestens zwei in die erste Einzelplatte 2a eingeformte, nebeneinander verlaufende erste Kanäle 30, 31 zur Medienführung auf. Die Kanäle 30, 31 sind durch einen zwischen den ersten Kanälen 30, 31 ausgebildeten Steg 32 wenigstens abschnittweise voneinander getrennt.
  • Die 6 zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf die zweite Einzelplatte 2b, wobei in der Separatorplatte 2 der in der 6 gezeigte Ausschnitt und der in der 5 gezeigte Ausschnitt aufeinander platziert werden, wie es in der 7 dargestellt ist.
  • Die zweite Einzelplatte 2b weist einen in die zweite Einzelplatte 2b eingeformten zweiten Kanal 40 zur Medienführung auf. Der zweite Kanal 40 ist durch Stege 42 der zweiten Einzelplatte 2b begrenzt, an die sich weitere Kanäle 40' anschließen.
  • Um besser zu verstehen, wie und wo sich die Kanäle und Stege der Einzelplatten 2a, 2b kreuzen, sind sowohl der zweite Kanal 40 und die Stege 42 der oberen zweiten Platte 2b und als auch die ersten Kanäle 30, 31 und Stege 32, 35 der darunterliegenden ersten Platte 2a in der 7 gezeigt.
  • Der zwischen den ersten Kanälen 30, 31 ausgebildete Steg 32 und der in die zweite Einzelplatte eingeformte zweite Kanal 40 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Projektion des zweiten Kanals 40 auf die erste Einzelplatte 2a senkrecht zur Planflächenebene der ersten Einzelplatte 2a den Steg 32 entlang eines Kreuzungsbereiches 33 des Steges 32 kreuzt. Der Steg 32 ist im Kreuzungsbereich 33 des Steges 32 abgesenkt, so dass die beiderseits des Steges 32 verlaufenden ersten Kanäle 30, 31 über die Absenkung 34 des Steges 32 in Fluidverbindung sind. Eine der zweiten Einzelplatte 2b zugewandte Rückseite des Bodens der Absenkung 34 ist mittels einer Schweißverbindung 50 in der Kontaktzone 25 der Einzelplatten 2a, 2b mit einer der ersten Einzelplatte 2a zugewandten Rückseite des Bodens des zweiten Kanals 40 verbunden.
  • Während die in der 4 gezeigte Schweißverbindung 50 über ihren gesamten Verlauf gerade ist, hat die Schweißverbindung 50 der vorliegenden Erfindung, wie in 8A gezeigt, mindestens einen gekrümmten Abschnitt 54, 64, welcher der Stabilisierung der Schweißverbindung 50 dient.
  • Weitere Details der Schweißverbindung 50 folgen in den 8-10 und der zugehörigen Beschreibung unten. Es versteht sich, dass, obwohl in der 8A lediglich die Schweißverbindung 50 der 9A gezeigt ist, auch die Schweißverbindungen 50 der 9B-9H mit der Ausführungsform der 8A kombiniert werden können.
  • Konkret weist die Schweißverbindung 50 einen ersten Endbereich 52 und einen ersten gekrümmten Abschnitt 54 auf. Der erste gekrümmte Abschnitt 54 verläuft derart und ist derart gekrümmt, dass eine senkrecht durch den ersten Endbereich 52 verlaufende virtuelle Gerade 51 die Schweißverbindung 50 mindestens zweimal schneidet, zum Beispiel im Endbereich 52 und im Bereich des ersten gekrümmten Abschnitts und/oder - hier erfolgt üblicherweise maximal ein Schnitt - eines Mittelabschnitts 60.
  • Alternativ oder zusätzlich weist die Schweißverbindung 50 einen zweiten Endbereich 62 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 64 auf, wobei der zweite gekrümmte Abschnitt 64 derart verläuft und derart gekrümmt ist, dass eine senkrecht durch den zweiten Endbereich 62 verlaufende virtuelle zweite Gerade 61 die Schweißverbindung 50 mindestens zweimal schneidet.
  • Die virtuelle Gerade 51 ist hierbei eine gedachte Linie, welche senkrecht durch den Endbereich 52, 62 gezogen wird. Je nach Ausgestaltung des gekrümmten Bereichs, wird die Schweißverbindung mehr oder weniger oft durch die virtuelle Gerade 51 geschnitten. So wird die Schweißverbindung 50 zweimal ( 9E), dreimal (9A, 9B, 9C, 9D, 9F unten, 9G), viermal (9H) oder sogar fünfmal (9F oben) geschnitten. Mit anderen Worten verläuft ein Teil der Schweißverbindung 50 neben dem Endbereich 52, 62, um diesen zu verstärken.
  • Der Endbereich 52, 62 der Schweißverbindung 50 ist hierbei so definiert, dass er die Stelle markiert, wo das Schweißwerkzeug abgesetzt - das Ende eines Schweißschritts - oder aufgesetzt - der Anfang eines Schweißschritts - wurde. Der Endbereich 52, 62 bildet insbesondere den End- oder Anfangspunkt jenes Teils der Schweißverbindung 50, der durchgehend ausgestaltet ist - also keine Unterbrechungen aufweist - und dessen Länge mindestens 60% der Schweißverbindung beträgt, vgl. zum Beispiel die Endbereiche 52, 62 der 9A-9H.
  • Der gekrümmte Bereich 54, 64 versteift den Endbereich 52, 62 lokal, wodurch der Endbereich 52, 62 stabilisiert werden kann. Der gekrümmte Bereich 54, 64 verläuft zumindest abschnittsweise quer zum Endbereich und vorzugsweise auch quer zur Strömungsrichtung des Fluides. Hierdurch ergibt sich anstelle eines schmalen Endes der Schweißverbindung 50, wie in 4 gezeigt, eine gegenüber der Breite der Schweißverbindung 50 deutlich verbreiterte Angriffsfläche, die von der Druckpulsation im Rahmen der betriebsbedingten Druckschwankungen nicht oder deutlich erschwert aufgeschält werden kann. Ein Aufschälen oder Reißen des Endbereichs 52, 62 wird hierdurch deutlich weniger wahrscheinlich.
  • In manchen Ausführungsformen schließt sich der Endbereich 52, 62 an den gekrümmten Abschnitt 54, 64 an, vgl. 9B, 9C, 9D, 9E, 9F unten, 9G unten oder 9H. Der Endbereich 52, 62 kann ebenfalls gekrümmt sein und manchmal auch Bestandteil des gekrümmten Abschnitts 54, 64 sein, nämlich ein Endpunkt bzw. Anfangspunkt des gekrümmten Abschnitts 54, 64, vgl. 9B, 9C, 9D, 9F unten, 9G unten, 9H. Alternativ kann der Endbereich 52, 62 auch einen geraden Abschnitt umfassen oder einen geraden Verlauf haben, vgl. 9A, 9E, 9F oben, 9G oben.
  • In manchen Ausführungsformen umgibt der gekrümmte Abschnitt 54, 64 den Endbereich 52, 62 zumindest teilweise, vgl. 9A, 9D, 9F, 9G, 9H. Es kann vorgesehen sein, dass der Endbereich 52, 62 zumindest teilweise oder vollständig innerhalb eines durch den gekrümmten Abschnitt 54, 64 umschlossenen Bereichs liegt. Dies ist insbesondere in der 9A zu erkennen. Der gekrümmte Abschnitt kann einen Umfangswinkel von mindestens 180° (vgl. 9E) oder sogar mindestens 250° (vgl. 9A, 9B, 9C, 9D, 9F, 9G und 9H) aufweisen. Der gekrümmte Abschnitt kann auch einen geschlossenen Ring beschreiben, also einen Umfangswinkel von 360°, vgl. 9A, 9B, 9C und 9H.
  • Wie aus den 9A-9H hervorgeht, sind verschiedene Formen für den gekrümmten Abschnitt 54, 64 denkbar: kreisförmig (9A-9C), spiralförmig (9D, 9F), zumindest teilweise der Form einer Ellipse (9G oben) oder eines Ovals (nicht gezeigt) folgend oder haarnadelförmig (9E).
  • Mindestens einer der Endbereiche 52, 62 und der zugehörige gekrümmte Abschnitt 54, 64 können über einen durchgehenden Schweißabschnitt ineinander übergehen. Mit anderen Worten ist der Endbereich 52, 62 mit dem gekrümmten Abschnitt 54, 64 verbunden, vgl. 9B, 9C, 9D, 9E, 9F unten, 9G unten und 9H. Alternativ kann die Schweißverbindung 50 unterbrochen sein, derart, dass der Endbereich 52 und der zugehörige gekrümmte Abschnitt 54 voneinander separiert sind und nicht miteinander verbunden sind, vgl. 9F oben und 9G oben. Mit anderen Worten sind der Endbereich 52 und der gekrümmte Abschnitt 54 voneinander beabstandet. Der minimale Abstand zwischen dem Endbereich 52 und dem gekrümmten Abschnitt 54 kann zum Beispiel höchstens 0,5 mm, vorzugsweise höchstens 0,3 mm betragen.
  • Die Schweißverbindung 50 kann einen geradlinigen Mittelabschnitt 60 aufweisen, der sich an den ersten gekrümmten Abschnitt 54 und/oder den zweiten gekrümmten Abschnitt 64 anschließt, vgl. 9B, 9C, 9D, 9E, 9F unten. Anstelle eines geradlinigen Mittelabschnitts 60 kann auch ein gewellter oder nichtgeradliniger Mittelabschnitt 60 zwischen den beiden gekrümmten Abschnitten 54, 64 angeordnet sein oder an einen gekrümmten Abschnitt 54, 64 anschließen, vgl. 9G. Es kann auch mindestens ein Abschnitt des Mittelabschnitts 60 geradlinig und mindestens ein weitere Abschnitt des Mittelabschnitts 60 nicht-geradlinig ausgestaltet sein, s. auch 9G. In alternativen Ausführungsformen kann sich der Mittelabschnitt 60 auch direkt an den ersten Endbereich und/oder den zweiten Endbereich anschließen, vgl. 9A, 9F oben und 9G oben. In den beiden letztgenannten Ausführungsformen ist der betreffende gekrümmte Abschnitt 54, 64 nicht mit dem betreffenden Endbereich 52, 62 verbunden. Alle drei Ausführungsformen erfordern ein Absetzen des Schweißwerkzeugs. Der Mittelabschnitt 60 kann eine Länge haben, welche mindestens 40%, mindestens 50% oder mindestens 60% der Länge der gesamten Schweißverbindung 50 beträgt. Eine Länge des Mittelabschnitts 60 kann zum Beispiel 2,5 mm bei einer Gesamtlänge der Schweißverbindung 50 von ca. 3,5 mm sein, wobei letztere nicht die Abwicklungslänge darstellt, sondern die Ausdehnung L. Der Endbereich 52, 62, insbesondere der gerade Abschnitt hiervon, kann beispielsweise im Wesentlichen parallel zum Mittelabschnitt verlaufen (s. 9A, 9E, 9F oben, 9G oben) und/oder eine Verlängerung des Mittelabschnitts bilden, vgl. 9A, 9F oben, 9G oben.
  • In der Ausführungsform der 9H ist kein Mittelabschnitt 60 vorhanden, welcher sich parallel zum Kanal 40 erstreckt. Stattdessen sind die Endbereiche 52, 62 unmittelbar über die gekrümmten Abschnitte 54, 64 miteinander verbunden.
  • Typischerweise weist die Schweißverbindung 50 eine Form auf, die derart ausgestaltet ist, dass sie ohne Absetzen oder durch höchstens zweimal Absetzen eines Schweißwerkzeuges und/oder Schweißlaserstrahls gebildet werden kann. Die Schweißverbindungen 50 der 9B, 9C, 9D, 9E und 9H können zum Beispiel durchgängig gezogen werden, während für die Herstellung der Schweißverbindungen 50 der 9F und 9G das Schweißwerkzeug einmal abgesetzt werden muss, um den gekrümmten Abschnitt 52 zu bilden. Bei der Schweißverbindung der 9A musste das Schweißwerkzeug zweimal abgesetzt werden.
  • Die gekrümmten Abschnitte 54, 64 benötigen mehr Platz in lateraler Richtung - also quer zur Längserstreckung des Kanals 40 - als die gerade Schweißlinie 50 der 4. In den beengten Verhältnissen der Kanäle der 4 ist dieser Platz nicht immer vorhanden, was einschränkend für die Geometrie der Schweißverbindung 50 sein kann. Optional können die Kanäle 30, 31, 40 hinsichtlich ihrer Geometrie an die Schweißverbindung 50 angepasst werden, wodurch Kanäle 30, 31, 40 und Schweißverbindung 50 auf einander abgestimmt werden können. Dies wird anhand der 5-8 erklärt.
  • In der 5 ist zu erkennen, dass die ersten Kanäle 30, 31 jeweils eine erste Kanalverbreiterung 36 aufweisen, um die Kontaktzone 25 der Einzelplatten 2a, 2b zu vergrößern und Platz für die Schweißverbindung 50, insbesondere die gekrümmten Abschnitte 54, 64 der Schweißverbindung 50, zu schaffen. Die jeweilige Kanalverbreiterung 36 umfasst einen konkaven Abschnitt 37 in einem dem Steg 32 benachbarten und den jeweiligen Kanal 30, 31 begrenzenden Steg 35, wobei der konkave Abschnitt 37 als Ausbuchtung im Steg 35 ausgestaltet sein kann. Eine Breite des Steges 35 gemessen senkrecht zur Längserstreckung des Kanals 30, 31 kann hierbei im Wesentlichen konstant bleiben. Da der zweite Kanal 40 sich winklig zu den ersten Kanälen 30, 31 erstreckt, ist es bevorzugt, wenn die Kanalverbreitungen 36 in Längsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung der Kanäle 30, 31 versetzt zueinander angeordnet sind. Die erste Einzelplatte 2a ist somit im Bereich der ersten Kanalverbreiterungen 36 mittels der Schweißverbindung 50, insbesondere der gekrümmten Abschnitte 54, 64 der Schweißverbindung, mit der zweiten Einzelplatte 2b, insbesondere mit dem Kanalboden des zweiten Kanals 40, verbunden.
  • In der 6 ist angedeutet, dass der zweite Kanal 40 in einem an den Kreuzungsbereich 33 des Steges 32 angrenzenden zweiten Bereich mindestens eine zweite Kanalverbreiterung 46 aufweist. Die Kanalverbreiterung 46 kann als konkaver Abschnitt 47 bzw. konkave Ausbuchtung 47 in dem den Kanal 40 begrenzenden Steg 42 ausgestaltet sein. Die Kontaktzone 25 der Einzelplatten 2a, 2b kann sich zumindest teilweise in den Bereich der zweiten Kanalverbreiterung 46 erstrecken. Es kann also vorgesehen sein, dass die zweite Einzelplatte 2b im Bereich der zweiten Kanalverbreiterung 46 mittels der Schweißverbindung 50, insbesondere der gekrümmten Abschnitte 54, 64, mit der ersten Einzelplatte 2a verbunden ist. Optional kann der zweite Kanal 40 beidseitig des Kreuzungsbereichs 33 die genannte zweite Kanalverbreiterung 46 aufweisen, vgl. 6-8. Manchmal weist der zweite Kanal 40 im Kreuzungsbereich 33 zwischen den zweiten Kanalverbreiterungen 46 in Bezug auf die Kanalverbreiterungen 46 eine Kanalverjüngung 48 auf. Die Kanalverjüngung 48 kann hierbei lediglich in Bezug auf die Kanalverbreiterungen 46 verjüngt sein, und eine Breite haben, welche einer Breite des Kanals 40 außerhalb der Kanalverbreiterungen 46 entspricht.
  • In der 7 sind die Einzelplatten 2a, 2b aufeinander gelegt, aber - der Übersicht halber - noch nicht miteinander mittels der Schweißverbindung 50 verbunden. Die 8A zeigt die gleiche Konfiguration der 7, wobei die Einzelplatten 2a, 2b in der 8A nun über die Schweißverbindung 50 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn sich die erste Kanalverbreiterung 36 und die zweite Kanalverbreiterung 46 in der Kontaktzone 25 zumindest teilweise überlappen. In diesem Fall kann die Schweißverbindung 50 im Überlappungsbereich der genannten Kanalverbreiterungen 36, 46 vorgesehen sein.
  • Der Mittelabschnitt 60 kann im Wesentlichen parallel zum zweiten Kanal 40 verlaufen. Weiter kann sich der Mittelabschnitt zumindest zwischen den beiden Kanalverbreitungen 46 erstrecken. Der Mittelabschnitt 60 kann insbesondere zumindest im abgesenkten Bereich 34 des Stegs 32 vorgesehen sein. Der Endbereich 52, 62 und der gekrümmte Abschnitt 54, 64 können in den jeweiligen Kanalböden der Kanäle 30, 31, 40, und insbesondere im Bereich der Kanalverbreiterungen 36, 46 angeordnet sein.
  • Wie aus der 9 hervorgeht, kann die Schweißverbindung 50 eine oder mehrere Symmetrieachsen aufweisen. So kann die Schweißverbindung 50 drehsymmetrisch um 180°, (s. 9A, 9B, 9D) oder spiegelsymmetrisch (s. 9A, 9C, 9E, 9H), punksymmetrisch (s. 9A, 9B, 9D) sein. In manchen Ausführungsformen können der erste gekrümmte Abschnitt 54 und der zweite gekrümmte Abschnitt 64 auch nicht symmetrisch, bzw. nicht spiegelsymmetrisch und nicht drehsymmetrisch, zueinander ausgebildet sein, vgl. zum Beispiel 9F und 9G. Die Endbereiche 52, 62 können zum Beispiel auf derselben Seite (vgl. 9C, 9E) oder auf unterschiedlichen Seiten (vgl. 9B, 9D) einer durch den Mittelabschnitt 60 verlaufenden virtuellen Gerade liegen.
  • Wie bereits oben mit Bezug auf die 2 erläutert, umfasst jede Einzelplatte 2a, 2b üblicherweise mindestens eine Durchgangsöffnung 11a-c zum Durchleiten eines Fluids, einen elektrochemisch aktiven Bereich 18 und mindestens einen Verteil- oder Sammelbereich 20, welcher die Durchgangsöffnung 11a-c fluidisch mit dem elektrochemisch aktiven Bereich 18 verbindet. Oftmals sind die ersten Kanäle 30, 31 im Verteil- oder Sammelbereich 20 der ersten Einzelplatte 2a und der zweite Kanal 40 im Verteil- oder Sammelbereich 20 der zweiten Einzelplatte 2b angeordnet.
  • In der 10 ist ein Schnitt durch die Separatorplatte 2 im Bereich einer beispielhaften Schweißverbindung 50 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die Schweißverbindung 50 beidseitig der Separatorplatte 2 sichtbar ist. Die Schweißverbindung 50 erstreckt sich somit von der Vorderseite 22 der ersten Platte 2a bis zur Vorderseite 23 der zweiten Platte 2b. Alternativ kann die Schweißverbindung auch nur auf einer der beiden Vorderseiten 22, 23 sichtbar sein und sich nicht ganz bis zu der jeweils anderen Vorderseite 23, 22 erstrecken. Wie in der 10 angedeutet können die erste Einzelplatte 2a und/oder die zweite Einzelplatte 2b eine Dicke von mindestens 50 µm, insbesondere mindestens 70 µm aufweisen. Die Dicke der Platten kann weiter höchstens 200 µm, insbesondere höchstens 150 µm, insbesondere höchstens 100 µm betragen. Bei diesen relativ geringen Dicken kann es vorkommen, wenn die Schweißverbindung 50 wie in der 10 gezeigt als Durchschweißung ausgebildet ist.
  • 11 zeigt in drei 11A-11C jeweils einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine erste Einzelplatte 2a in drei Varianten. Gestrichene Bezugszeichen beziehen sich hierbei auf einen benachbarten Kanal oder Steg bzw. die zu diesen Elementen gehörenden Strukturen.
  • Die Variante der 11A entspricht 5, ist aber lediglich etwas gedreht dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Kanäle 40' im Wesentlichen parallel zu ihren begrenzenden Stegen 42, 42' verlaufen. Die durch die Kanalverbreiterung 46 und die Verjüngung 48 verursachten konkaven und konvexen Krümmungen in den Stegen 42 setzen sich also in den weiteren Stegen 42' fort, und die Stege 42, 42' verlaufen paarweise entlang der Kanäle 40' parallel zueinander.
  • Die Variante der 11B zeigt versetzt zueinander angeordnete Kanalverbreiterungen 46, 46' in zueinander benachbarten Kanälen 40, 40'. Die Kanalverbreiterung 46 und die Kanalverjüngung 48 im Kanal 40 bedingen hierbei die Anordnung der Kanalverjüngungen 48' und Verbreiterungen 46' in den benachbarten Kanälen 40', da der durch die Kanalaufweitung 46 bedingte konkave Bereich 48 im Kanal 40 einen konvexen Bereich im benachbarten Kanal 42' verursacht und andersherum. Benachbarte Stege 42, 42' sind bezüglich ihres Verlaufs gespiegelt zueinander, wobei die Spiegelebene etwa in der Mitte des zugehörigen Kanals 40' verläuft. Weiter ist erkennbar, dass Kanalböden der benachbarten Kanäle 40' komplementär zum Kanalboden des zweiten Kanals 40 geformt sind.
  • In der Variante der 11C wird die durch die Ausweitung 46 bzw. den konkaven Bereich 47 verursachte Krümmung in den benachbarten Kanälen 40', 40" und Stegen 42' fortgesetzt, allerdings in einem immer geringer werdendem Ausmaß. So ist zu erkennen, dass die unmittelbar benachbarten Kanäle 40' noch einen Verlauf haben, der dem Verlauf des Steges 42 ähnelt, jedoch mit verringerter Krümmung, während die Kanäle 40" bereits einen fast geraden Verlauf aufweisen.
  • Es sei nochmals erwähnt, dass die vorstehend beschriebene und in den 5-10 gezeigte Separatorplatte 2 bei Anwendungen in einem Brennstoffzellensystem 1 oftmals Bipolarplatte genannt wird.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein Elektrochemisches System 1 vorgeschlagen, zum Beispiel nach Art der 1, welches eine Vielzahl von gestapelten Separatorplatten 2 bzw. Bipolarplatten der hier beschriebenen Art umfasst.
  • Es versteht sich, dass Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen der 5-10 miteinander kombiniert oder einzeln beansprucht werden können, sofern sie sich nicht widersprechen. Es sei außerdem angemerkt, dass die Merkmale der in den 1-4 gezeigten Separatorplatten 2 des Standes der Technik mit den Ausführungsformen der 5-10 kombiniert werden können, sofern diese sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Bezugszeichenliste:
    • 1
    elektrochemisches System
    2
    Separatorplatte bzw. Bipolarplatte
    2a
    Einzelplatte
    2b
    Einzelplatte
    3
    Endplatte
    4
    Endplatte
    5
    Medienanschluss
    6
    Stapel
    7
    z-Richtung
    8
    x-Richtung
    9
    y-Richtung
    10
    Membranelektrodeneinheit
    11a-c
    Durchgangsöffnungen
    12a-d
    Dichtsicken
    13a-c
    Durchführungen
    14
    Membran
    15
    Randabschnitt
    16
    Gasdiffusionslage
    17
    Strömungsfeld
    18
    elektrochemisch aktiver Bereich
    19
    Hohlraum
    20
    Verteil- oder Sammelbereich
    22
    Vorderseite der ersten Einzelplatte 2a
    23
    Vorderseite der zweiten Einzelplatte 2b
    25
    Kontaktzone
    29
    Fluidleitstrukturen des Verteil- oder des Sammelbereichs
    30
    erster Kanal
    31
    erster Kanal
    32
    Steg
    33
    Kreuzungsbereich
    34
    Absenkung des Steges
    35
    Steg
    36
    erste Kanalverbreiterung
    37
    konkaver Bereich
    40
    zweiter Kanal
    42
    Steg
    46
    zweite Kanalverbreiterung
    47
    konkaver Bereich
    48
    Kanalverjüngung
    50
    Schweißverbindung
    51
    erste virtuelle Gerade
    52
    erster Endbereich
    54
    erster gekrümmter Abschnitt
    60
    Mittelabschnitt
    61
    zweite virtuelle Gerade
    62
    zweiter Endbereich
    64
    zweiter gekrümmter Abschnitt
  • Gestrichene Bezugszeichen beziehen sich auf einen benachbarten Kanal oder Steg bzw. die zu diesen Elementen gehörenden Strukturen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202020106144 U1 [0047]
    • WO 2017029158 A1 [0056]

Claims (19)

  1. Separatorplatte (2) für ein elektrochemisches System (1), umfassend eine erste Einzelplatte (2a) und eine mit der ersten Einzelplatte (2a) verbundene zweite Einzelplatte (2b), wobei die beiden Einzelplatten (2a, 2b) sich in einer Kontaktzone (25) berühren, wobei die erste Einzelplatte (2a) zwei in die erste Einzelplatte (2a) eingeformte, nebeneinander verlaufende erste Kanäle (30, 31) zur Medienführung aufweist, die durch einen zwischen den ersten Kanälen (30, 31) ausgebildeten Steg (32) wenigstens abschnittweise voneinander getrennt sind; wobei die zweite Einzelplatte (2b) einen in die zweite Einzelplatte (2b) eingeformten zweiten Kanal (40) zur Medienführung aufweist; und wobei der zwischen den ersten Kanälen (30, 31) ausgebildete Steg (32) und der in die zweite Einzelplatte eingeformte zweite Kanal (40) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Projektion des zweiten Kanals (40) auf die erste Einzelplatte (2a) senkrecht zur Planflächenebene der ersten Einzelplatte (2a) den Steg (32) entlang eines Kreuzungsbereiches (33) des Steges (32) kreuzt; wobei der Steg (32) im Kreuzungsbereich (33) des Steges (32) abgesenkt ist, so dass die beiderseits des Steges (32) verlaufenden ersten Kanäle (30, 31) über die Absenkung des Steges (32) in Fluidverbindung sind, und wobei eine der zweiten Einzelplatte (2b) zugewandte Rückseite des Bodens der Absenkung (34) mittels einer Schweißverbindung (50) in der Kontaktzone (25) der Einzelplatten (2a, 2b) mit einer der ersten Einzelplatte (2a) zugewandten Rückseite des Bodens des zweiten Kanals (40) verbunden ist, wobei die Schweißverbindung (50) einen ersten Endbereich (52) und einen ersten gekrümmten Abschnitt (54) aufweist, wobei der erste gekrümmte Abschnitt (54) derart verläuft und gekrümmt ist, dass eine senkrecht durch den ersten Endbereich (52) verlaufende virtuelle Gerade (51) die Schweißverbindung (50) mindestens zweimal schneidet und/oder wobei die Schweißverbindung (50) einen zweiten Endbereich (62) und einen zweiten gekrümmten Abschnitt (64) aufweist, wobei der zweite gekrümmte Abschnitt (64) derart verläuft und gekrümmt ist, dass eine senkrecht durch den zweiten Endbereich (62) verlaufende virtuelle zweite Gerade (61) die Schweißverbindung (50) mindestens zweimal schneidet.
  2. Separatorplatte (2) nach Anspruch 1, wobei der erste Endbereich (52) sich an den ersten gekrümmten Abschnitt (54) anschließt oder Bestandteil des ersten gekrümmten Abschnitts (54) ist und/oder wobei der zweite Endbereich (62) sich an den zweiten gekrümmten Abschnitt (64) anschließt oder Bestandteil des zweiten gekrümmten Abschnitts (64) ist.
  3. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste gekrümmte Abschnitt (54) den ersten Endbereich (52) zumindest teilweise umgibt und/oder wobei der zweite gekrümmte Abschnitt (64) den zweiten Endbereich (62) zumindest teilweise umgibt.
  4. Separatorplatte (2) nach Anspruch 3, wobei der erste Endbereich (52) innerhalb eines durch den ersten gekrümmten Abschnitt (54) umschlossenen Bereichs liegt und/oder wobei der zweite Endbereich (62) innerhalb eines durch den zweiten gekrümmten Abschnitt (64) umschlossenen Bereichs liegt.
  5. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Endbereich (52) und/oder der zweite Endbereich (54) einen geraden Abschnitt umfasst oder einen geraden Verlauf hat.
  6. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste gekrümmte Abschnitt (54) und/oder der zweite gekrümmte Abschnitt (64) zumindest abschnittsweise kreisförmig, oval, elliptisch, haarnadelförmig oder spiralförmig sind.
  7. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schweißverbindung (50) einen geradlinigen Mittelabschnitt (60) aufweist, der sich an den ersten gekrümmten Abschnitt (54) oder den ersten Endabschnitt (52) anschließt und/oder der sich an den zweiten Endabschnitt (62) oder den zweiten gekrümmten Abschnitt (64) anschließt.
  8. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Endbereiche (52, 62) und der zugehörige gekrümmte Abschnitt (62, 64) über einen durchgehenden Schweißabschnitt ineinander übergehen.
  9. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Schweißverbindung (50) unterbrochen ist, derart, dass mindestens einer der Endbereiche (52, 62) und der zugehörige gekrümmte Abschnitt (54, 64) voneinander separiert und nicht miteinander verbunden sind.
  10. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Kanal (40) in einem an den Kreuzungsbereich (33) angrenzenden zweiten Bereich mindestens eine zweite Kanalverbreiterung (46) aufweist, wobei die zweite Einzelplatte (2b) im Bereich der zweiten Kanalverbreiterung (46) mittels der Schweißverbindung (50) mit der ersten Einzelplatte (2a) verbunden ist.
  11. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der ersten Kanäle (30, 31) in einem an den Kreuzungsbereich (33) angrenzenden ersten Bereich eine erste Kanalverbreiterung (36) aufweist, wobei die erste Einzelplatte (2a) im Bereich der ersten Kanalverbreiterung (36) mittels der Schweißverbindung (50) mit der zweiten Einzelplatte (2b) verbunden ist.
  12. Separatorplatte (2) nach Anspruch 11, wobei jeder erste Kanal (30, 31) die genannte erste Kanalverbreiterung (36) aufweist, wobei die beiden ersten Kanalverbreiterungen (36) in Erstreckungsrichtung der ersten Kanäle (30, 31) versetzt zueinander angeordnet sind.
  13. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei mindestens einer der ersten Kanäle (30, 31) durch den genannten Steg (32) und einen weiteren Steg (35) begrenzt ist, wobei der weitere Steg (35) zur Bildung der ersten Kanalverbreiterung (36) einen konkaven Abschnitt (37) aufweist.
  14. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf Anspruch 10 und 11, wobei die erste Kanalverbreiterung (36) und die zweite Kanalverbreiterung (46) sich in der Kontaktzone (25) zumindest teilweise überlappen, und die Schweißverbindung (50) im Überlappungsbereich der genannten Kanalverbreiterungen (36, 46) vorgesehen ist.
  15. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, jede Einzelplatte (2a, 2b) umfassend mindestens eine Durchgangsöffnung (11a-c) zum Durchleiten eines Fluids, einen elektrochemisch aktiven Bereich (18) und einen Verteil- oder Sammelbereich (20), welcher die Durchgangsöffnung (11a-c) fluidisch mit dem elektrochemisch aktiven Bereich (18) verbindet, wobei die ersten Kanäle (30, 31) im Verteil- oder Sammelbereich (20) der ersten Einzelplatte (2a) und der zweite Kanal (40) im Verteil- oder Sammelbereich (20) der zweiten Einzelplatte (2b) angeordnet sind.
  16. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schweißverbindung (50) eine Laserschweißverbindung ist.
  17. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schweißverbindung (50) als durchgehende Schweißverbindung ausgestaltet ist.
  18. Separatorplatte (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schweißverbindung (50) eine Form aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie ohne Absetzen oder durch höchstens zweimal Absetzen eines Schweißwerkzeuges und/oder Schweißlaserstrahls gebildet werden kann.
  19. Elektrochemisches System (1), umfassend eine Vielzahl von gestapelten Separatorplatten (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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