DE102023210618A1

DE102023210618A1 - Separatorplatte für ein elektrochemisches System mit einer Schockabsorberanordnung

Info

Publication number: DE102023210618A1
Application number: DE102023210618.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gaugler; Andre Speidel; Stephan Wenzel
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2023-10-26
Publication date: 2024-05-08
Also published as: US20240145737A1; DE202022106078U1; CN117954755A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System mit einer Schockabsorberanordnung, eine Bipolarplatte aufweisend zwei Separatorplatten für ein elektrochemisches System mit jeweils einer Schockabsorberanordnung, sowie eine elektrochemische Zelle aufweisend zwei Separatorplatten für ein elektrochemisches System mit jeweils einer Schockabsorberanordnung. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung für ein elektrochemisches System umfassend zumindest eine Separatorplatte und eine Membranelektrodeneinheit (MEA). Bei dem elektrochemischen System kann es sich um ein Brennstoffzellsystem, um einen elektrochemischen Verdichter, eine Redox-Flow-Batterie oder einen Elektrolyseur handeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System mit einer Schockabsorberanordnung, eine Bipolarplatte aufweisend zwei Separatorplatten für ein elektrochemisches System mit jeweils einer Schockabsorberanordnung, sowie eine elektrochemische Zelle aufweisend zwei Separatorplatten für ein elektrochemisches System mit jeweils einer Schockabsorberanordnung. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung für ein elektrochemisches System umfassend zumindest eine Separatorplatte und eine Membranelektrodeneinheit (MEA). Bei dem elektrochemischen System kann es sich um ein Brennstoffzellsystem, um einen elektrochemischen Verdichter, eine Redox-Flow-Batterie oder einen Elektrolyseur handeln.
Bekannte elektrochemische Systeme umfassen normalerweise einen Stapel elektrochemischer Zellen, die jeweils durch Bipolarplatten voneinander getrennt sind. An beiden Enden des Stapels sind üblicherweise formstabile, struktursteife Endplatten angeordnet. Solche Bipolarplatten können z. B. der indirekten elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Typischerweise sind die Bipolarplatten aus zwei zusammengefügten Einzelplatten gebildet, welche im Folgenden als Separatorplatten bezeichnet werden. Die Separatorplatten der Bipolarplatte können stoffschlüssig zusammengefügt sein, z. B. durch eine oder mehrere Schweißverbindungen, insbesondere durch eine oder mehrere Laserschweißverbindungen. Während in Brennstoffzellsystemen fast immer Bipolarplatten, die aus zwei Separatorplatten zusammengesetzt sind, eingesetzt werden, können in den anderen genannten elektrochemischen Systemen sowohl zweilagige Bipolarplatten als auch einlagige Separatorplatten anstelle von Bipolarplatten verwendet werden.
Die Bipolarplatten bzw. die einzelnen Separatorplatten können jeweils Strukturen aufweisen oder bilden, die z. B. zur Versorgung der von benachbarten Bipolarplatten begrenzten elektrochemischen Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten ausgebildet sind. Bei den Medien kann es sich um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol) oder um Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) handeln. Ferner können die Bipolarplatten bzw. die Separatorplatten Strukturen zum Führen eines Kühlmediums durch die Bipolarplatte aufweisen, insbesondere durch einen von den Separatorplatten der Bipolarplatte eingeschlossenen Hohlraum. Ferner können die Bipolarplatten zum Weiterleiten der bei der Umwandlung elektrischer bzw. chemischer Energie in der elektrochemischen Zelle entstehenden Abwärme sowie zum Abdichten der verschiedenen Medien- bzw. Kühlkanäle gegeneinander und/oder nach außen ausgebildet sein.
Ferner weisen die Bipolarplatten üblicherweise jeweils mehrere Durchgangsöffnungen auf. Durch die Durchgangsöffnungen hindurch können die Medien und/oder die Reaktionsprodukte zu den von benachbarten Bipolarplatten des Stapels begrenzten elektrochemischen Zellen oder in den von den Separatorplatten der Bipolarplatte gebildeten Hohlraum geleitet oder aus den Zellen bzw. aus dem Hohlraum abgeleitet werden. Die elektrochemischen Zellen umfassen typischerweise außerdem jeweils eine oder mehrere MembranElektrodeneinheiten (Membrane Electrode Assemblies bzw. MEA). Die MEA können eine oder mehrere Gasdiffusionslagen aufweisen, die üblicherweise zu den Bipolarplatten hin orientiert und z. B. als Metall- oder Kohlenstoffvlies ausgebildet sind.
Die Abdichtung zwischen den Bipolarplatten und der Membran-Elektrodeneinheit erfolgt üblicherweise über außerhalb des elektrochemisch aktiven Bereichs angeordnete Dichtelemente und umfasst üblicherweise sowohl mindestens eine um eine Durchgangsöffnung angeordnete Portabdichtung sowie eine Außenabdichtung (Perimeterdichtelement), wobei die Dichtelemente als Sickenanordnungen ausgebildet sein können.
Damit die Dichtelemente unabhängig vom jeweils vorherrschenden Betriebszustand gleichbleibend eine gute Dichtwirkung erzielen können, ist es wünschenswert, dass insbesondere die Dichtelemente wenigstens innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs elastisch, d. h. reversibel verformbar sind. Werden die Dichtelemente jedoch über den Toleranzbereich hinaus verformt, kann es zu plastischen, d. h. irreversiblen Verformungen der Dichtelemente kommen. Dies kann ggf. dazu führen, dass die Dichtelemente ihre Dichtwirkung nicht mehr erfüllen können. Dadurch kann die Effizienz des Systems erheblich verringert oder eine Aufrechterhaltung des Betriebs des Systems sogar vollständig unmöglich werden. Wird das System mit leicht entzündlichen Medien wie beispielsweise Wasserstoff betrieben oder werden im Betrieb derartige Medien erzeugt, kann eine Beschädigung der Dichtelemente sogar ein großes Sicherheitsrisiko darstellen. Eine irreversible Verformung der Dichtelemente der Bipolarplatten bzw. der Separatorplatten kann z. B. durch das plötzliche Einwirken großer mechanischer Kräfte auf den Plattenstapel verursacht werden, wie sie beispielsweise bei einem Autounfall auftreten können.
Wenn eine solche elektrochemische Zelle einen Kraftstoß erfährt, beispielsweise durch einen Aufprall, können die Dichtelemente teilweise hohe Deformationen erfahren. Durch die Trägheit der Bauteile und der darin geführten Medien, insbesondere des Kühlmittels, beim Aufprall, entsteht in Aufprallrichtung eine überhöhte Kraft auf den Dichtelementen der Bipolarplatten. Diese Kraft kann zu einer dauerhaften Verformung der Dichtelemente führen. Die Kräfte wirken dabei beim eigentlichen Aufprall besonders stark auf die Dichtelemente der Bipolarplatten, die einen geringen Abstand zur Krafteinwirkung aufweisen und damit näher an der als erste Endplatte bezeichneten Endplatte angeordnet sind. Mit zunehmendem Abstand der Bipolarplatten nimmt die Krafteinwirkung auf die Dichtelemente beim Aufprall ab. Bei einem anschließenden „Ausfedern“ des Stapels erfahren die Dichtelemente der entlasteten Bipolarplatten auf der abgewandten Seite des Aufpralls eine schlagartige Verpressung durch Anschlag an der zweiten Endplatte, wobei hier die Kräfte mit größerem Abstand der Bipolarplatten vom Aufprallort umso stärker sind. Beide Phänomene, die einer Schockwelle vergleichbar sind, können zu einer Undichtigkeit des gesamten Stapels führen und diesen somit unbrauchbar machen.
Es ist daher vorteilhaft, das System mit einem Schutzmechanismus zu versehen, der die Dichtelemente auch beim Einwirken großer mechanischer Kräfte möglichst vor irreversiblen plastischen Verformungen schützt.
Eine bekannte Lösung sieht dazu vor, das elektrochemische System in einen Schutzbehälter einzuschließen, der eine große Festigkeit und eine gute mechanische Stabilität aufweist. Allerdings kann es bei einem Aufprall zu einem derart großen Impulsübertrag kommen, dass dieser von dem Schutzbehälter nicht aufgefangen und/oder vernichtet werden kann, so dass er im Wesentlichen ungedämpft auf den Plattenstapel übertragen wird. Weiter ist ein derartiger Schutzbehälter in der Regel mit zusätzlichen Kosten, Gewicht, Bauraumbedarf und Materialaufwand verbunden, welche oftmals insbesondere bei mobilen Anwendungen nicht erwünscht sind.
Andere bekannte Lösungen sehen elektronische Abschaltmechanismen vor, die jedoch lediglich Medienströme unterbrechen, jedoch keinerlei Schutz vor mechanischen Zerstörungen bieten.
Wünschenswert wäre es also, wenn eine Anordnung geschaffen werden kann, die möglichst großen mechanischen Belastungen standhalten kann und damit einen möglichst sicheren Betrieb gewährleistet. Der Bauraumbedarf und das Gewicht der gesuchten Anordnung sollen dabei gegenüber den bekannten Lösungen möglichst wenig oder kaum steigen.
In der WO 2019/076813 A1 werden kissenartige Schockabsorber zum Absorbieren der Aufprallenergie vorgeschlagen, welche im Randbereich der Bipolarplatte angebracht werden, beispielsweise durch Aufstecken, Einstecken oder Verkleben. Das Anbringen dieser Schockabsorber ist daher mit zusätzlichem Aufwand und oftmals mit mindestens einem zusätzlichen Fertigungsschritt verbunden. Es wäre wünschenswert, wenn die Herstellung der Separatorplatte vereinfacht werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine robustere Separatorplatte bzw. eine Anordnung oder eine elektrochemische Zelle mit zumindest einer Separatorplatte zu entwickeln, welche die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise löst.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Eine erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System weist zumindest eine Kante auf, die die Separatorplatte seitlich in einer Richtung parallel zu einer Planflächenebene der Separatorplatte begrenzt. Weiter weist die Separatorplatte eine Sickenanordnung auf, die beabstandet zur Kante zumindest bereichsweise um einen abzudichtenden Bereich verläuft und nach oben aus der Planflächenebene herausragt. Die Separatorplatte weist außerdem zumindest abschnittsweise entlang der Kante mindestens eine zur Sickenanordnung beabstandete Schockabsorberanordnung auf, wobei die Kante im Bereich der Schockabsorberanordnung nach oben beabstandet zur Planflächenebene verläuft, sodass die Schockabsorberanordnung nach oben aus der Planflächenebene herausragt.
Die Schockabsorberanordnung ist derart ausgebildet, dass sie in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung. Der unverpresste Zustand ist dadurch charakterisiert, dass keine externen mechanischen Kräfte auf die Separatorplatte einwirken. Der unverpresste Zustand kann insbesondere durch die Abwesenheit von Kräften charakterisiert sein, die eine Verformung der Separatorplatte bewirken. Mechanische Kräfte, die aus dem Eigengewicht der Separatorplatte resultieren, können dabei vernachlässig werden. Die Separatorplatte kann sich beispielsweise zu einem Zeitpunkt nach ihrer Herstellung und vor der Verpressung in einem Stapel eines elektrochemischen Systems in einem unverpressten Zustand befinden. Wird die Separatorplatte mit einer weiteren Separatorplatte zur Bildung einer Bipolarplatte zusammengefügt, so ist die resultierende Bipolarplatte vor dem Einsetzen bzw. Verpressen im Stapel ebenfalls in einem unverpressten Zustand.
Dass die Schockabsorberanordnung weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung, bedeutet in diesem Fall, dass die Schockabsorberanordnung weiter nach oben aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung. Dies kann bedeuten, dass eine maximale Höhe gemessen senkrecht zur Planflächenebene der Schockabsorberanordnung größer ist als eine maximale Höhe der Sickenanordnung. Es kann insbesondere bedeuten, dass die Schockabsorberanordnung die Struktur der Separatorplatte ist, die am weitesten von allen geprägten oder aufgebrachten Strukturen der Separatorplatte aus der Planflächenebene herausragt. Dies kann ebenfalls bedeuten, dass die Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung ihre größte Ausdehnung senkrecht zur Planflächenebene der Separatorplatte aufweist.
Durch die zuvor beschriebene Separatorplatte können Kräfte, die beispielsweise bei einem Aufprall auftreten können, durch die Schockabsorberanordnung absorbiert und somit besser verteilt bzw. von der Sickenanordnung weggeleitet werden. Da die Schockabsorberanordnung typischerweise die höchste Struktur der Separatorplatte bildet oder jedenfalls höher als die Sickenanordnung liegt, wird die Schockabsorberanordnung bei Verpressung der Separatorplatte in einem Stapel am stärksten aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt. Durch eine solche vorgespannte Schockabsorberanordnung kann diese im Crashfall zusätzliche Kraft aufnehmen, die ohne diese Vorspannung von der Sicke aufgenommen werden müsste und dadurch die Sickenanordnung entlasten, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine dauerhafte Deformation der Sickenanordnung verringert werden kann.
Die Separatorplatte kann aus einem Blech wie einem Metallblech geformt sein. Die Sickenanordnungen und/oder die Schockabsorberanordnungen der Separatorplatte können zum Beispiel mittels Hydroformen, Prägen und/oder Tiefziehen in die jeweilige Einzelplatte eingebracht sein. In dieser Schrift wird der Begriff Prägen stellvertretend für Hydroformen, Prägen und Tiefziehen verwendet. Die Planflächenebene der Separatorplatte kann eine Ebene sein, die durch drei Punkte aus unverformten Bereichen der Separatorplatte aufgespannt wird. Diese drei Punkte liegen typischerweise in Auflagefläche der unverformten Bereiche der Separatorplatte, in denen diese im verbauten Zustand an die nächste Separatorplatte angrenzt, d.h. im Falle einer Brennstoffzelle typischerweise auf der von der MEA abweisenden Seite. Unverformte Bereiche der Separatorplatte können Bereiche der Separatorplatte sein, die keine geprägten Strukturen aufweisen. Die Separatorplatte hat eine Dicke, welche in der Regel mindestens 50 µm und/oder höchstens 200 µm beträgt. Die Dicke ist hierbei also die Ausdehnung des Blechs der Separatorplatte senkrecht zur Planflächenebene und kann in manchen Fällen gegenüber den übrigen Abmessungen der Separatorplatte vernachlässigt werden.
Als Kante der Separatorplatte können die Bereiche angesehen werden, die die Separatorplatte in Projektion auf die Planflächenebene begrenzen. Die Kante selbst kann - bei Vernachlässigung der Plattendicke - als Linie aufgefasst werden. In manchen Fällen - also ohne Vernachlässigung der Plattendicke - kann die Kante auch als Fläche aufgefasst werden, wobei die Fläche, die die Kante in diesem Fall beschreibt, winklig bzw. oftmals senkrecht zur Planflächenebene stehen kann. Zumindest eine Kante kann beispielsweise durch einen seitlichen Rand der Separatorplatte gebildet werden.
Die Separatorplatte wird durch die Kante in mindestens einer Richtung, die parallel zur Planflächenebene ist, begrenzt. Oftmals begrenzt die Kante die Separatorplatte umlaufend, d.h. entlang mehrerer Richtungen.
Oben bezeichnet hier eine Richtung die senkrecht auf der Planflächenebene steht. Ein Bereich der Separatorplatte, der nach oben aus der Planflächenebene herausragt, ist also zur Planflächenebene beabstandet.
Die Sickenanordnung kann als Vollsicke ausgebildet sein. Ausgehend von der Planflächenebene erhebt sich die Vollsicke über beidseitige Sickenflanken zum Sickendach. Dabei sind Sickenformen möglich, deren Dach als Plateau ausgebildet ist, somit üblicherweise beabstandet und parallel zur Planflächenebene verläuft. Hierbei werden Winkel zwischen der Planflächenebene und den Sickenflanken bzw. Gegenwinkel zwischen dem Sickendach und den Sickenflanken aufgespannt, wobei die Winkel größer als 0° und kleiner als 90° sind, vorzugsweise zwischen 25 und 60° liegen. Ebenso sind aber auch Sickenformen möglich, bei denen das Dach vollständig gewölbt ist, also zusammen mit den Sickenflanken eine Bogenform beschreibt. Weiter sind komplexere Sickenformen möglich, wie sie beispielsweise in der DE 10 2009 012 730 A1 , DE 10 2009 006 413 A1 , DE 102 48 531 A1 , DE 20 2022 101 861 (zum Anmeldetag der vorliegenden Schrift noch nicht veröffentlicht) und DE 20 2014 004 456 U1 beschrieben sind, wobei der Inhalt jeder dieser Schriften mittels Referenzierens vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird. Ein Übergang zwischen einem Bereich, der in der Planflächenebene verläuft und einer Flanke wird manchmal als Sickenfuß bezeichnet.
Beabstandet zur Kante bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Sickenanordnung die Kante nicht berührt. Wenn davon die Rede ist, dass die Schockabsorberanordnung beabstandet zur Sickenanordnung ist, bedeutet das, dass zwischen Schockabsorberanordnung und Sickenanordnung unverformte Bereiche der Separatorplatte oder zumindest andere Strukturen als die Sickenanordnung oder die Schockabsorberanordnung angeordnet sind. Der Bereich, der zwischen Kante und Sickenanordnung eingeschlossen wird, wird nachstehend auch als Außenrandbereich bezeichnet.
Dass die Schockabsorberanordnung nach oben aus der Planflächenebene herausragt, kann bedeuten, dass zwischen der Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung und der Planflächenebene kein Material vorhanden ist. Die Schockabsorberanordnung ragt nach oben aus der Planflächenebene, also in die gleiche Richtung aus der Planflächenebene heraus, wie die Sickenanordnung.
Ein Querschnitt des Außenrandbereichskann im Bereich der Schockabsorberanordnung und zumindest im unverpressten Zustand der Separatorplatte einen im Wesentlichen flach ausgebildeten Plateauabschnitt und eine sich winklig aus der Plattenebene erhebende Flanke oder Wölbung aufweisen, wobei die Flanke oder die Wölbung typischerweise in den Plateauabschnitt übergeht. Die Breite des Plateauabschnitts, also die Ausdehnung des Plateaus in Richtung senkrecht zum Verlauf der Kante, kann entlang des Verlaufs der Kante variieren. Die Flanke oder Wölbung kann entlang des Verlaufs der Kante im Bereich der Schockabsorberanordnung einen unterschiedlichen Abstand zur Kante aufweisen. Der zur Schockabsorberanordnung gehörende Plateauabschnitt, der insbesondere als Plateauabschnitt des die Separatorplatte bildenden, ggf. vorbeschichteten, Blechs aufgefasst werden kann, ragt in vielen Fällen im unverpressten Zustand der Separatorplatte weiter aus der Planflächenebene heraus als der höchste Punkt der Sickenanordnung.
In einer Ausgestaltung einer Separatorplatte weist die Schockabsorberanordnung eine verformbare Absorberbeschichtung auf, die im unverpressten Zustand der Separatorplatte weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung. Die verformbare Beschichtung kann entlang des gesamten Verlaufs der Schockabsorberanordnung oder lediglich lokal begrenzt vorgesehen sein. Typischerweise ist die Absorberbeschichtung auf den vorstehend genannten Plateauabschnitten aufgebracht. Die Absorberbeschichtung kann zumindest zu einem gewissen Grad elastisch verformbar sein. Die Absorberbeschichtung kann insbesondere als eine abschnittsweise Beschichtung auf das metallische Separatorplattenmaterial oder auf eine auf diesem bereits vorhandenen flächigen Beschichtung aufgetragen werden. Das kann zum Beispiel bedeuten, dass die Absorberbeschichtung von oben aufgebracht wird. Beispielsweise kann die Absorberbeschichtung in einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden.
Im Idealfall erfolgt bei Energieeintrag in die Separatorplatte, beispielsweise in Form eines Kraftstoßes bei einem Aufprall, eine elastische oder weitgehend reversible Verformung der Schockabsorberanordnung, ohne dass dabei die Sickenanordnung ihre abdichtende Funktion verliert. Diese Verformung kann die Schockabsorberanordnung und/oder die Form der Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung, beispielsweise durch Auslenkung mit anschließender vollständiger Rückfederung, betreffen. Insbesondere kann auch die Absorberbeschichtung selbst derart ausgestaltet sein, dass sie Sto-ßenergie absorbiert und nach einem Kraftstoß in ihre Ausgangslage vor dem Kraftstoß zurückkehrt. Der zeitliche Verlauf einer Rückfederung des in das Plattenmaterial eingeformten Absorberanteils, beispielsweise des Plateaus, ist hierbei in der Regel deutlich schneller als die Rückverformung der Absorberbeschichtung.
Die am weitesten nach oben herausragenden Punkte der Schockabsorberanordnung können in manchen Ausführungsformen eine oder mehrere Linien bilden. Diese Linie oder Linien bzw. Fläche oder Flächen, auch Kammlinie oder Kammlinien bzw. Kammfläche oder Kammflächen genannt, können in manchen Ausführungsformen zumindest abschnittsweise entlang der Absorberbeschichtung verlaufen.
Der Überstand der Schockabsorberanordnung über die Sickenanordnung beträgt vorteilhafterweise mindestens 0,05 und/oder höchstens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 0,08 und/oder höchstens 0,4 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,1 und/oder höchstens 0,3 mm.
Es sind Ausführungsformen der Separatorplatte möglich, in denen die Absorberbeschichtung und/oder der Plateauabschnitt, den am weitesten nach oben aus der Planflächenebene herausragenden Bereich der Separatorplatte bildet.
In einer Ausgestaltung der Separatorplatte weist die Absorberbeschichtung ein Polymer und/oder ein geschäumtes Material auf oder besteht daraus. Weiter kann die Absorberbeschichtung auch zwei oder mehrere Beschichtungen aufweisen oder daraus bestehen, die beispielsweise übereinander angeorndet sind. Dabei kann jede der Beschichtungen unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise unterschiedliche Federkonstanten bzw. Elastizitätsmodule und/oder unterschiedliche Höhen, aufweisen. Dadurch kann das Federverhalten der Schockabsorberanordnung innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden. Optional können beiden Beschichtungen unterschiedliche Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Es sind ebenfalls Ausführungsformen der Separatorplatte möglich, in denen die Absorberbeschichtungen nebeneinander angeordnete Beschichtungen aufweisen. Diese nebeneinander angeordneten Beschichtungen können unterschiedliche Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Weiter können nebeneinander angeordnete Absorberbeschichtungen zumindest abschnittsweise ineinander übergehen und/oder zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet sein. Nebeneinander bedeutet in diesem Fall, dass beide Beschichtungen in einer Draufsicht auf die Separatorplatte erkennbar sind. Optional können die Dichtungs- und/oder die Absorberbeschichtungen Einschicht- und/oder Mehrschicht-Beschichtungen darstellen.
In optionalen Ausgestaltungsformen der Separatorplatte weist die Sickenanordnung eine Dichtungsbeschichtung auf, die in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte weniger weit aus der Planflächenebene herausragt als die Schockabsorberanordnung.
In manchen Ausgestaltungsformen der Separatorplatte weist die Dichtungsbeschichtung ein Polymer auf oder besteht daraus.
In Ausgestaltungen, in denen die Separatorplatte eine Dichtungs- und eine Absorberbeschichtung aufweist, kann vorgesehen sein, dass die Dichtungsbeschichtung und die Absorberbeschichtung unterschiedliche Materialkompositionen aufweisen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. In manchen Ausführungsformen können die Dichtungsbeschichtung und die Absorberbeschichtung die gleichen Materialien aufweisen oder aus den gleichen Materialien bestehen. In diesem Fall kann das Aufbringen der Dichtungsbeschichtung und der Absorberbeschichtung in einem Schritt erfolgen, beispielsweise in einem Siebdruckverfahren.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kante eine Außenkante aufweist, die einen Außenumfang der Separatorplatte begrenzt und/oder eine Portkante aufweist, die eine in der Separatorplatte ausgebildete Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Fluids begrenzt.
Optional kann die Schockabsorberanordnung und/oder die Kante im Bereich der Schockabsorberanordnung zumindest abschnittsweise parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte verlaufen. Die Schockabsorberanordnung kann beispielsweise Bereiche aufweisen, die eben, sowie parallel zur Planflächenebene angeordnet sind. Insbesondere kann ein Plateauabschnitt einer Schockabsorberanordnung abschnittsweise parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte verlaufen.
Oftmals kann die Schockabsorberanordnung Versteifungsstrukturen aufweisen, welche von der Kante wegzeigen und/oder in Richtung der Sickenanordnung zeigen. Die Versteifungsstrukturen können sich in manchen Ausführungsformen senkrecht zur Kante erstrecken. Die Versteifungsstrukturen können als Verlängerung oder Verkürzung des oben genannten Plateauabschnitts senkrecht zur Kante ausgestaltet sein. Eine Ausdehnung des Plateauabschnitts senkrecht zur Kante kann somit von dem Vorhandensein der Versteifungsstrukturen und/oder von der Form und Größe der Versteifungsstrukturen abhängen. Die Flanke oder Wölbung kann im Bereich der Versteifungsstrukturen einen unterschiedlichen Abstand zur Kante aufweisen als in einem angrenzenden Bereich ohne Versteifungsstrukturen. Wenn die Versteifungsstrukturen zum Beispiel als Ausbuchtungen ausgestaltet sind, kann die Flanke/Wölbung im Bereich der Ausbuchtungen einen größeren Abstand zur Kante haben. Falls die Versteifungsstrukturen als Einbuchtungen ausgestaltet sind, kann die Flanke/Wölbung dort einen kleineren Abstand zur Kante aufweisen.
Es sind Ausführungsformen möglich, in denen die Versteifungsstrukturen nicht den höchsten Bereich der Schockabsorberanordnung bilden. Es sind Ausführungsformen möglich, in denen die Versteifungsstrukturen eine maximale Höhe haben, welche höchstens so groß wie oder niedriger als eine maximale Höhe des Plateauabschnitts und/oder der Sickenanordnung ist.
Optional kann die Absorberbeschichtung lediglich oder zusätzlich, insbesondere fortlaufend, zum Plateauabschnitt auf den Versteifungsstrukturen der Schockabsorberanordnung angeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Separatorplatte kann die Separatorplatte Stützanordnungen aufweisen, die entlang der Kante abschnittsweise angeordnet sind und im unverpressten Zustand der Separatorplatte weniger weit nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte herausragen als die Schockabsorberanordnung und/oder die Sickenanordnung. Die Stützanordnung kann wie die Schockabsorberanordnung ebenfalls eine Flanke und einen Plateauabschnitt aufweisen, der parallel zur Planflächenebene ausgebildet ist. Insofern kann eine Form der Stützanordnung einer Form der Schockabsorberanordnung ähneln. Eine Stützanordnung kann insbesondere in einem Eckbereich einer Durchgangsöffnung oder der Außenkante fortlaufend zur Schockabsorberanordnung angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Separatorplatte variieren die Breite der Schockabsorberanordnung und/oder der maximale Abstand der Schockabsorberanordnung zur Planflächenebene und/oder die Steigung der Flanke der Schockabsorberanordnung in einem unverpressten Zustand entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung. Unter einer Breite kann die Ausdehnung der jeweiligen Struktur in senkrechter Richtung zum Verlauf derjeweiligen Struktur verstanden werden. Unterschiedlich breite Bereiche erlauben unterschiedlich breite Auflageflächen einer möglichen Absorberbeschichtung. Gleichzeitig mit einer Variation der Breite des Schockabsorbers oder davon unabhängig können die zur Sickenanordnung weisende Flanke des Schockaborbers und die Steigung dieser Flanke variiert werden. Gleiches gilt bei einer Variation der Höhe des Schockabsorbers. Durch Variation dieser Parameter kann die Elastizität der jeweiligen Struktur variiert werden. Dadurch kann die Kraft-Weg-Kennlinie der jeweiligen Struktur eingestellt werden und beispielsweise im Falle der Sickenanordnung auf die Dichteigenschaften der Sickenanordnung abgestimmt werden.
Es können entlang des Kantenverlaufs unterschiedliche Ausführungsformen von Schockabsorberanordnungen angeordnet sein, ebenso können an verschiedenen Kanten unterschiedliche Ausführungsformen der Schockabsorberanordnungen angeordnet sein.
Weiter kann in manchen Ausgestaltungsformen der Separatorplatte die Höhe der Schockabsorberanordnung entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung variieren. Dabei kann die Kammlinie der Schockabsorberanordnung an jeder Stelle ihres Verlaufs höher sein als die höchste Stelle der Sickenanordnung. Außerdem können Ausgestaltungsformen möglich sein, in denen die Höhe der Sickenanordnung entlang ihres Verlaufs variiert. Dabei kann die höchste Stelle der Kammlinie der Sickenanordnung niedriger sein als die niedrigste Stelle der Kammlinie der Schockabsorberanordnung. Ebenso kann die Breite der Sickenanordnung insbesondere eine Breite des Daches, eine Breite der Flanken und/oder eine Gesamtbreite, entlang ihres Verlaufs variieren.
Es wird weiter eine Anordnung für ein elektrochemisches System, aufweisend eine Separatorplatte vorgeschlagen. Die Separatorplatte weist zumindest eine Kante auf, die die Separatorplatte seitlich in einer Richtung parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte begrenzt. Weiter weist die Separatorplatte eine Sickenanordnung auf, die beabstandet zur Kante zumindest bereichsweise um einen abzudichtenden Bereich verläuft und nach oben aus der Planflächenebene herausragt. Die Anordnung weist außerdem eine Membranelektrodeneinheit, MEA, und eine Schockabsorberanordnung auf. Die Schockabsorberanordnung ist zumindest abschnittsweise entlang der Kante beabstandet zur Sickenanordnung angeordnet, wobei die Kante der Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung nach oben beabstandet zur Planflächenebene verläuft, sodass die Schockabsorberanordnung nach oben aus der Planflächenebene herausragt. Die Schockabsorberanordnung ragt in einem unverpressten Zustand der Anordnung weiter aus der Planflächenebene heraus als die Sickenanordnung.
Auch in dieser Variante beträgt der Überstand der Schockabsorberanordnung über die Sickenanordnung vorteilhafterweise mindestens 0,05 und/oder höchstens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 0,08 und/oder höchstens 0,4 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,1 und/oder höchstens 0,3 mm.
Die MEA und die Separatorplatte sind oftmals übereinander angeordnet, wobei der Rand der MEA zur Vermeidung von Kurzschlüssen vorzugsweise über die Kante der Separatorplatte hinausragt. Die Schockabsorberanordnung kann zum Beispiel Bestandteil der MEA und/oder der Separatorplatte sein. Die MEA kann typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran beinhalten. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein. Die MEA kann weiter eine rahmenförmige Verstärkungslage aufweisen, welche die Elektrolytmembran umrahmt und diese im Überlappungsbereich mit der eigentlichen Membran verstärkt. Falls die Schockabsorberanordnung zusätzlich Bestandteil der MEA ist, muss die Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung im unverpressten Zustand nicht zwingend weiter aus der Planflächenebene der Separatorplatte herausragen als die Sickenanordnung, um trotzdem die gewünschten Schockabsorbereigenschaften der Anordnung bereitzustellen. Höhenunterschiede zwischen Schockabsorberanordnung und Sickenanordnung können beispielsweise durch die Ausgestaltung der Bereiche der MEA, die an der Schockabsorberanordnung anliegen, ausgeglichen werden, sodass die Schockabsorberanordnung dann vorgespannt ist, wenn die Sickenanordnung an der MEA anliegt und die Anordnung verpresst ist. Beispielsweise können im Bereich der rahmenförmigen Verstärkungslage der MEA Schockabsorberbeschichtungen und/oder Schockabsorberelemente angeordnet sein, die analog zu den zuvor beschriebenen Schockabsorberanordnungen Stoßenergie absorbieren können. Die Schockabsorberelemente oder - beschichtungen der MEA können auf dem vorstehend genannten Plateauabschnitt der Separatorplatte aufliegen.
Weiter wird eine Bipolarplatte vorgeschlagen, aufweisend zwei miteinander verbundene Separatorplatten der zuvor beschriebenen Art, die derart angeordnet sind, dass ihre Unterseiten einander zugewandt sind und die Sickenanordnungen und Schockabsorberanordnungen beider Separatorplatten voneinander wegweisen. In der Regel sind die Planflächenebenen der beiden Separatorplatten parallel zueinander ausgerichtet. Die Separatorplatten können hierbei im Wesentlichen baugleich sein oder sich voneinander unterscheiden. In manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass sich die Ausführungsformen der beiden Separatorplatten unterscheiden. Beispielsweise können sich die Separatorplatten in der Ausbildung der Schockabsorberanordnungen unterscheiden. In einem unverpressten Zustand der Bipolarplatte ragt wenigstens eine der Schockabsorberanordnungen der beiden Separatorplatten weiter aus der Planflächenebene der Separatorplatte heraus als die Sickenanordnung derselben Separatorplatte.
In manchen Ausführungsformen der Bipolarplatte kann in einem Volumen, das zwischen zwei sich gegenüberliegenden und voneinander wegweisenden Schockabsorberanordnungen aufgespannt wird, ein zusätzliches Schockabsorberelement angeordnet sein, wobei beide Schockabsorberanordnungen vorzugsweise mit dem Schockabsorberelement in Kontakt sind. Das Schockabsorberelement kann verformbar und/oder elastisch sein. In optionalen Ausführungsformen kann das Schockabsorberelement von außerhalb der Bipolarplatte in das Volumen einbringbar sein und/oder als ein Kissen ausgebildet sein. Ein solches Schockabsorberelement kann in manchen Ausführungsformen zusätzlich zu einer Absorberbeschichtung vorgesehen sein. Weiter ist es möglich, anstelle individueller Schockabsorberelemente ein beispielsweise zusammenhängendes Schockabsorberelement für mehrere derartige Volumina eingebracht wird, beispielsweise mittels seitlichem Aufsprühen, vergleichbar dem Aufbringen von Bauschaum. Die Schockabsorberelemente können ähnlich ausgebildet sein, wie die Stützelemente, die in der Druckschrift WO 2019/076813 A1 vorgeschlagen werden, wobei die WO 2019/076813 A1 mittels Referenzierens vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
Außerdem wird eine elektrochemische Zelle vorgeschlagen, die eine erste Separatorplatte, eine zweite Separatorplatte und eine Membranelektrodeneinheit, MEA, aufweist. Die Separatorplatten sind insbesondere nach der zuvor beschriebenen Art ausgebildet. Die Separatorplatten sind derart ausgerichtet, dass die Sickenanordnung der ersten Separatorplatte auf die Sickenanordnung der zweiten Separatorplatte zuweist und die Schockabsorberanordnung der ersten Separatorplatte auf die Schockabsorberanordnung der zweiten Separatorplatte zuweist. Die MEA ist dabei zwischen den Separatorplatten derart angeordnet, dass zumindest die Sickenanordnungen beidseitig an der MEA, insbesondere an einem rahmenförmigen Verstärkungsrand der MEA anliegen. Die Separatorplatten und die MEA sind miteinander verpresst, sodass die Sickenanordnungen den abzudichtenden Bereich, um den sie zumindest bereichsweise verlaufen, abdichten, und die Schockabsorberanordnungen durch Auslenkung aus ihrer jeweiligen Ausgangslage gegeneinander vorgespannt sind. Die Zelle kann die oben beschriebene Anordnung mit der Separatorplatte und der MEA aufweisen.
Der verpresste Zustand wird dadurch charakterisiert, dass mechanische Verpressungskräfte auf die Separatorplatte ausgeübt werden, die die Separatorplatte bereichsweise, insbesondere im Bereich der Sicken- und Schockabsorberanordnungen verformen können. Typischerweise wirken die Kräfte in senkrechter Richtung zur Planflächenebene. Optional können in einem verpressten Zustand die Kräfte an den Bereichen der Separatorplatte einwirken, die am weitesten aus der Planflächenebene herausragen.
Ein Stapel elektrochemischer Zellen weist abwechselnd nebeneinander bzw. aufeinander angeordnete Bipolarplatten und Membranelektrodeneinheiten auf, sodass zwischen zwei Bipolarplatten eine Membranelektrodeneinheit angeordnet ist. An den Enden des Stapels in Stapelrichtung werden üblicherweise struktursteife und formstabile Endplatten angebracht. Nach dem Zusammensetzen eines solchen Stapels werden die Komponenten in Stapelrichtung über die Endplatten miteinander verpresst. Die Stapelrichtung steht senkrecht auf den Planflächenebenen der Separatorplatten. Durch die Verpressung soll unter anderem erreicht werden, dass die Sickenanordnungen der Bipolarplatten an den Membranelektrodeneinheiten anliegen, damit eine Abdichtung zwischen den Bipolarplatten und der Membranelektrodeneinheit erfolgen kann. Da die Schockabsorberanordnung der hier beschriebenen Separatorplatten weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung, wird die Schockabsorberanordnung aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt, bevor eine Abdichtung durch die Sickenanordnung zustande kommen kann. Eine derart vorgespannte Schockabsorberanordnung kann das Verpressungsverhalten des gesamten Stapels daher wesentlich beeinflussen.
In manchen Ausführungsformen kann die elektrochemische Zelle ein erstes Kompartiment mit einem darin eingeschlossenen Gas aufweisen. Das eingeschlossene Gas kann insbesondere Umgebungsluft sein. Das erste Kompartiment kann begrenzt sein durch die Schockabsorberanordnung einer der beiden Separatorplatten, eine Sickenanordnung dieser Separatorplatte, einen zwischen Schockabsorberanordnung und Sickenanordnung verlaufenden Bereich dieser Separatorplatte und einen zwischen Schockabsorberanordnung und Sickenanordnung verlaufenden Bereich der MEA.
Sollte die elektrochemische Zelle einem Kraftstoß ausgesetzt sein, kann durch die Kompartimente mit dem eingeschlossenen Gas ein Teil der Stoßenergie vernichtet werden. Eine Verformung der Separatorplatten führt oftmals zu einer Verformung des Kompartiments. Dies kann zur Folge haben, dass Gas aus dem verformten Kompartiment herausströmen kann. Hierzu können Unterbrechungen der Schockabsorberanordnung entlang des Umfangs der Kante dienen. Bei Rückstellung der Separatorplatten in ihre Ausgangslagen kann das Gas anschließend wieder in das Kompartiment hineinströmen.
Ausführungsbeispiele der Separatorplatte, der Bipolarplatte, der Anordnung, der elektrochemischen Zelle und des elektrochemischen Systems sind in den beigefügten 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 aus zwei Separatorplatten bestehende Bipolarplatten des Systems gemäß 1 mit einer zwischen den Bipolarplatten angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA);
3A schematisch eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs einer aus zwei Separatorplatten bestehenden Bipolarplatte gemäß einer Variation;
3B schematisch eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs einer aus zwei Separatorplatten bestehenden Bipolarplatte einer weiteren Variation;
3C schematisch einen Teilbereich einer Separatorplatte gemäß einer weiteren Variation in Draufsicht;
4A schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer Variation mit einer Membranelektrodeneinheit;
4B schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer verpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer Variation mit einer Membranelektrodeneinheit;
5 schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation mit einer Membranelektrodeneinheit;
6 schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation;
7 schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation;
8 schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation;
9A schematisch einen Teilbereich einer Bipolarplatte bzw. Separatorplatte gemäß einer weiteren Variation in Draufsicht;
9B eine Schnittansicht der aus zwei Separatorplatten bestehenden Bipolarplatte der 9A entlang der dortigen Schnittlinie B-B;
10 in 10A und 10B jeweils schematisch eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation; und
11 in 11A eine schematische Draufsicht und in 11B und 11C jeweils eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinien C-C und D-D eines Teilbereichs aus 11A einer unverpressten, aus zwei Separatorplatten bestehenden, Bipolarplatte einer weiteren Variation.

Hier und im Folgenden sind in verschiedenen Figuren wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Zugunsten der Übersichtlichkeit wird teilweise auf die Wiederholung von Bezugszeichen in den Figuren verzichtet.
1 zeigt ein elektrochemisches System 1 mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen 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. Eine Verspannung kann beispielsweise über Bänder 50 oder hier nicht dargestellte Zugstäbe bzw. Zugplatten erfolgen. Ein Verschlussmechanismus der Bänder kann dabei auf der Endplatte 3 angeordnet sein und ist in der gezeigten Darstellung nicht sichtbar. 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 begrenzen also eine elektrochemische Zelle, 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) 10 angeordnet (siehe z. B. 2). Die MEA 10 beinhaltet typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Die MEA 10 umfasst außerdem oftmals eine rahmenförmige Verstärkungslage, welche die Elektrolytmembran umrahmt und diese im Überlappungsbereich mit der eigentlichen Elektrolytmembran verstärkt. Die Verstärkungslage ist in der Regel elektrisch isolierend ausgebildet und verhindert im Betrieb des elektrochemischen Systems 1, dass ein Kurzschluss entsteht.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, elektrochemischer Verdichter oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2a, 2b der Bipolarplatten 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 Bipolarplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der Separatorplatten jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Stapelrichtung bzw. zur z-Achse 7 ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist in der Regel 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.
In einem elektrochemischen System, wie es in 1 gezeigt ist, können sowohl konventionelle Bipolarplatten 2, wie sie in 2, gezeigt sind, als auch erfindungsgemäße Anordnungen, wie sie in den 4A, 4B und 5 gezeigt sind, oder erfindungsgemäße Bipolarplatten, wie sie in 3A, 3B, 3C sowie ab 6 dargestellt sind, eingesetzt werden.
2 zeigt perspektivisch zwei benachbarte, aus dem Stand der Technik bekannte Bipolarplatten 2, 2' eines elektrochemischen Systems von der Art des Systems 1 aus 1 sowie eine zwischen diesen benachbarten Bipolarplatten 2 angeordnete, ebenfalls 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 Separatorplatten 2a, 2b gebildet (siehe auch z. B. 3 bis 11C), von denen in 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte erste Separatorplatte 2a sichtbar ist, die die zweite Separatorplatte 2b verdeckt. Die Separatorplatten 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem ggf. (vor)beschichteten Edelstahlblech. Die Separatorplatten 2a, 2b können z. B. entlang ihres Außenrandes miteinander verschweißt sein, z. B. durch Laserschweißverbindungen.
Die Separatorplatten 2a, 2b weisen typischerweise 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 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 Medienanschlüsse 5 in der Endplatte 4 des Systems 1. Über die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen kann z. B. Kühlmittel in den Stapel 6 eingeleitet werden, während das Kühlmittel über andere Durchgangsöffnungen 11a aus dem Stapel 6 abgeleitet wird. 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 6 ausgebildet sein. Die medienführenden Durchgangsöffnungen 11a-c 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 Separatorplatten 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Portsicken 12a-c auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 11a-c herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 11a-c jeweils vollständig umschließen. Die zweiten Separatorplatten 2b weisen an der vom Betrachter der 2 abgewandten Rückseite der Bipolarplatte 2 entsprechende Portsicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c auf (nicht gezeigt). Jede Sickenanordnung einer Portsicke 12a-12d kann im Querschnitt zumindest ein Sickendach und zwei Sickenflanken aufweisen, eine im Wesentlichen winklige Anordnung zwischen diesen Elementen ist jedoch nicht notwendig, es kann auch ein gekrümmter Übergang vorgesehen sein, d.h. auch im Querschnitt bogenförmige Sicken sind möglich.
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 weisen die ersten Separatorplatten 2a an ihrer dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld 17 mit ersten Strukturen 14 zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Außenseite (oder auch Vorderseite) der Separatorplatte 2a auf. Diese ersten Strukturen 14 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 weist die erste Separatorplatte 2a zudem jeweils einen Verteil- und Sammelbereich 20 auf. Die Verteil- und Sammelbereiche 20 umfassen zweite Strukturen 16 zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Außenseite (oder auch Vorderseite) der Separatorplatte 2a, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in den angrenzenden Verteilbereich 20 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen und über den Sammelbereich 20 ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die zweiten Strukturen 16 d.h. die Strukturen des Verteil- bzw. Sammelbereichs 20 sind in 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.
Die Portsicken 12a-12c werden von Leitungskanälen 13a-13c gekreuzt, die jeweils in sämtliche Separatorplatten 2a, 2b eingeformt sind, und von denen die Leitungskanäle 13a sowohl auf der Unterseite der oben liegenden Separatorplatte 2a als auch auf der Oberseite der unten liegenden Separatorplatte 2b eine Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung 11a und dem Verteilbereich 20 ausbilden. Beispielsweise ermöglichen die Leitungskanäle 13a eine Passage von Kühlmittel zwischen der Durchgangsöffnung 11a und dem Verteil- bzw. Sammelbereich 20, so dass das Kühlmittel in den Verteil- bzw. Sammelbereich 20 zwischen den Separatorplatten 2a, 2b gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird.
Die Leitungskanäle 13b in der oben liegenden Separatorplatte 2a und die Leitungskanäle 13c in der unten liegenden Separatorplatte 2b stellen gemeinsam mit Durchbrüchen 15' in den Flanken eines Verbindungskanals 15 sämtlicher Leitungskanäle 13b bzw. 13c eine entsprechende Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung 11b bzw. 11c und dem jeweils angrenzenden Verteil- oder Sammelbereich 20 her. So ermöglichen die Leitungskanäle 13b eine Passage von Wasserstoff zwischen den Durchgangsöffnungen 12b und dem angrenzenden Verteil- bzw. Sammelbereich auf der Oberseite der oben liegenden Separatorplatte 2a. Diese Leitungskanäle 13b grenzen an dem Verteil- oder Sammelbereich zugewandte, schräg zur Plattenebene verlaufende Durchbrüche 15' - hier in den Flanken des Verbindungskanals 15 -, durch die der Wasserstoff strömen kann, an. Leitungskanäle 13c ermöglichen zusammen mit Durchbrüchen 15' in den Flanken des Verbindungskanals 15 eine Passage von beispielsweise Luft zwischen der Durchgangsöffnung 12c und dem Verteil- oder Sammelbereich auf der Rückseite der Bipolarplatte 2, so dass Luft in den Verteil- oder Sammelbereich auf der Unterseite der unten liegenden Separatorplatte 2b gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird (in 2 nicht sichtbar). Mögliche weitere Ausgestaltungen sind zum Beispiel in den oben genannten Schriften DE 20 2022 101 861 und DE 102 48 531 A1 gezeigt.
Die ersten Separatorplatten 2a weisen ferner jeweils eine weitere Dichtanordnung in Gestalt einer Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18, die Verteil- bzw. Sammelbereiche 20 und die Durchgangsöffnungen 11b, 11c umläuft und diese gegenüber der Umgebung des Systems 1 und gemeinsam mit den Portsicken 12a gegenüber den Durchgangsöffnungen 11a, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, abdichtet. Die zweiten Separatorplatten 2b umfassen jeweils entsprechende Perimetersicken 12d. Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die Verteil- oder Sammelstrukturen des Verteil- bzw. Sammelbereichs 20 und die Dichtsicken 12a-d sind jeweils einteilig mit den Separatorplatten 2a ausgebildet und in die Separatorplatten 2a eingeformt, z. B. in einem Präge-, Hydroforming- oder Tiefziehprozess. Dasselbe gilt für die entsprechenden Strömungsfelder, Verteilstrukturen und Dichtsicken der zweiten Einzelplatten 2b.
Während die Portsicken 12a-12c einen im Wesentlichen runden Verlauf aufweisen, der jedoch in erster Linie von der Flächenform der zugehörigen Durchgangsöffnung 11a-11c abhängt, weist die Perimetersicke 12d verschiedene Abschnitte auf, welche unterschiedlich geformt sind. So kann der Verlauf der Perimetersicke 12d zumindest zwei wellenförmige Abschnitte aufweisen, auch Portsicken 12a-12c können abschnittsweise wellenförmig verlaufen.
Wie eingangs erwähnt, wurde die vorliegende Erfindung konzipiert um in einem Stapel verpresste Separatorplatten und insbesondere deren Sickenanordnungen 12a-12d in einem Crashfall vor Deformation zu schützen. Dafür werden zusätzliche Strukturen - nämlich Schockabsorberanordnungen - vorgesehen, die es ermöglichen, die Aufprallenergie aufzunehmen. In den nachfolgenden 3-11C sind die Dichtsicken als im Querschnitt zumindest ein Sickendach und zwei gerade Sickenflanken aufweisend dargestellt, eine im Wesentlichen winklige Anordnung zwischen diesen Elementen ist jedoch nicht notwendig, es kann auch ein gekrümmter Übergang vorgesehen sein, d.h. auch im Querschnitt bogenförmige Sicken oder Sickenformen mit Überlagerung von Wellenstrukturen sind möglich, wie sie in DE 10 2009 012 730 A1 , DE 10 2009 006 413 A1 bzw. DE 20 2014 004 456 U1 gezeigt sind.
Die 3-11C zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die hier gezeigten Sickenanordnungen 35a, 35b können analog zu den vorgenannten konventionellen Sickenanordnungen 12a-12d der vorgenannten Beispiele ausgestaltet sein und Verwendung finden.
3A zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 2, die zwei Separatorplatten 2a, 2b aufweist. Jede der Separatorplatten 2a, 2b weist eine Sickenanordnung 35a, 35b auf, die voneinander wegweisen. Weiter zeigt die 3A Kanten 30a, 30b, die die Separatorplatten 2a, 2b seitlich in einer Richtung parallel zu einer entsprechenden Planflächenebene E begrenzen. Die Kante 30a, 30b kann, wenn die Sickenanordnungen 35a, 35b eine Perimetersicke 12d bilden, eine Außenkante darstellen, die einen Außenumfang der Separatorplatte 2a, 2b begrenzt oder, wenn die Sickenanordnungen 35a, 35b eine Portsicke 12a-c bilden, eine Portkante darstellen, die eine in der Separatorplatte 2a, 2b ausgebildete Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Fluids begrenzt. Die Sickenanordnung 35a, 35b verläuft beabstandet zur Kante 30a, 30b zumindest bereichsweise um einen abzudichtenden Bereich und ragt nach oben aus der Planflächenebene heraus.
Weiter sind Schockabsorberanordnungen 40a, 40b dargestellt. Die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b sind zumindest abschnittsweise entlang der Kanten 30a, 30b angeordnet und verlaufen nach oben beabstandet zur Planflächenebene E. Die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b ragen also jeweils nach oben aus der entsprechenden Planflächenebene heraus, wenn die jeweilige Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b als „unten“ betrachtet wird. Die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b sind in x-y Richtung beabstandet zur Sickenanordnung 35a, 35b angeordnet. Zwischen Kante 30a, 30b und Sickenanordnung 35a, 35b wird ein Bereich eingeschlossen, der nachstehend auch als Außenrandbereich 22 bezeichnet wird. Der Außenrandbereich 22 weist im Bereich der Schockabsorberanordnung 40a, 40b einen im Wesentlichen flach ausgebildeten Plateauabschnitt 46a, 46b und eine sich winklig aus der Planflächenebene erhebende Flanke 47a, 47b oder Wölbung auf, wobei die Flanke 47a, 47b oder die Wölbung typischerweise in den Plateauabschnitt 46a, 46b übergeht. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist im Bereich des Plateauabschnitts 46a, 46b zumindest abschnittsweise parallel zur Planflächenebene ausgebildet.
Die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b und die Sickenanordnungen 35a, 35b der Separatorplatten 2a, 2b sind jeweils einteilig mit den Separatorplatten 2a, 2b ausgebildet und in die jeweiligen Separatorplatten 2a, 2b eingeformt, z. B. in einem Präge-, Tiefzieh- oder Hydroformingprozess.
Die Planflächenebene E kann in der 3A durch jeweils drei Punkte in den unverformten Bereichen der jeweiligen Separatorplatte 2a, 2b definiert werden und verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, die von der x-Richtung 8 und der y-Richtung 9 aufgespannt wird. Sie ist hier in der Grenzfläche der beiden Separatorplatten 2a, 2b dargestellt. Unverformte Bereiche können daher beispielsweise die ebenen Bereiche der Separatorplatte sein, die zwischen der Schockabsorberanordnung 40a, 40b und der Sickenanordnung 35a, 35b angeordnet sind. Die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b ragen weiter aus der jeweiligen Planflächenebene heraus als die Sickanordnungen 35a, 35b. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Überstand im unverpressten Zustand 0,15 mm, ist also doppelt so groß als die hier verwendete Blechstärke von 0,075 mm.
Der Verlauf der Kante 30a, 30b ist in Projektion auf die Planflächenebene der jeweiligen Separatorplatte 2a, 2b gerade. Auch die Breite der Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist entlang des Verlaufs der Kante konstant und variiert nicht. Die Sickenanordnung 35a, 35b ist beabstandet zur Kante 30a, 30b angeordnet. Der Abstand der Sickenanordnung 35a, 35b zur Kante 30a, 30b ist entlang des Verlaufs der Sickenanordnung 35a, 35b nicht konstant, sondern variiert entlang des Verlaufs wiederholend zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand, sodass ein wellenförmiger Verlauf der Sickenanordnung realisiert ist.
Es sind ebenso Ausführungsformen möglich, in denen der Abstand zwischen Sickenanordnung 35a, 35b und Kante 30a, 30b entlang des Verlaufs der Sickenanordnung 35a, 35b zumindest abschnittsweise konstant ist. Es sind ebenfalls Ausführungsformen möglich, in denen die Breite der Sickenanordnung 35a, 35b, also ihre Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu ihrem Verlauf, entlang des Verlaufs der Sickenanordnung 35a, 35b variiert. In der in dieser Figur gezeigten Ausführungsform verläuft die Schockabsorberanordnung 40a, 40b sowie die Kante 30a, 30b im Bereich der Schockabsorberanordnung 40a, 40b zumindest abschnittsweise parallel zur jeweiligen Planflächenebene.
Die 3B zeigt wie die 3A einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 2, aufweisend zwei Separatorplatten 2a, 2b. Im Gegensatz zu der Ausführungsform, die in 3A gezeigt ist, variiert die Breite der Schockabsorberanordnung 40a, 40b und somit auch die Breite des Plateauabschnitts 46a, 46b entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung 40a, 40b durch das Vorsehen von Versteifungsstrukturen 42a, welche die Schockabsorberanordnung 40a, 40b versteifen. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist im Bereich der Versteifungsstrukturen 42a eine reduzierte, sich im Verlauf einer Versteifungsstruktur 42a ändernde, Breite auf. Zwischen den Bereichen mit reduzierter Breite, ist die Breite der Schockabsorberanordnung 40a, 40b entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung 40a, 40b konstant. Es sind ebenfalls Ausführungsformen möglich, in denen die Höhe der Schockabsorberanordnung 40a, 40b, also der Abstand der Schockabsorberanordnung 40a, 40b zur Planflächenebene in einem unverpressten Zustand entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung variiert.
Diese Versteifungsstrukturen 42a ermöglichen eine Versteifung der Kante der Separatorplatten, damit unerwünschte Deformationen in diesem Bereich verhindert werden können. Die Versteifungsstrukturen können demselben Zweck dienen, wie die Versteifungsstrukturen, die in der Druckschrift DE 10 2021 212 053 A1 vorgeschlagen werden, wobei die DE 10 2021 212 053 A1 mittels Referenzierens vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
Die 3C zeigt eine Ausführungsform einer Separatorplatte 2a in einem Portbereich, also im Bereich einer ihrer Durchgangsöffnungen 11a-c in Draufsicht. Der Verlauf der Kante ist in Projektion auf die Planflächenebene nicht gerade, sondern wellenförmig. Die Kante 30a begrenzt einen Portbereich, der von der Sickenanordnung 35a abgedichtet wird. Die Schockabsorberanordnung 40a verläuft entlang der Kante 30a und weist entlang ihres Verlaufs eine konstante Breite auf. Weiter weist die Separatorplatte 2a in dieser Ausführungsform Leitungskanäle 27a, sowie Durchbrüche 28a auf, damit ein Fluid von der Durchgangsöffnung durch die Sickenanordnung 35a zum elektrochemisch aktiven Bereich 18 oder andersherum geleitet werden kann. Das Fluid kann im Bereich der Kante 30a in den Leitungskanal 27a eintreten und aus der Leitungsöffnung 28a, die sich auf der anderen Seite der Sickenanordnung 35a befindet, austreten. Die Leitungskanäle 27a gehen senkrecht von der Kante 30a aus, gehen in die Sickenanordnung 35a über und enden in den Leitungsöffnungen 28a. Die Leitungsöffnungen 28a bilden eine Öffnung bzw. ein Loch in der Separatorplatte 2a. Die Leitungskanäle 27a sind an den Stellen der Kante 30a angeordnet, an denen die Kante 30a die tiefste Einbuchtung aufweist. Benachbarte Leitungskanäle 27a sind an den Enden, an denen die Leitungsöffnungen 28a angeordnet sind, miteinander durch den Verbindungskanal 26a verbunden.
Die 4A und 4B zeigen eine Schnittansicht einer Anordnung 60 für ein elektrochemisches System 1 mit einer Bipolarplatte 2 und einer benachbarten Membranelektrodeneinheit 10, welche übereinander angeordnet sind, wobei die Membranelektrodeneinheit 10 über die Bipolarplatte, genauer deren Kanten 30a, 30b übersteht. Die Bipolarplatte 2 weist zwei miteinander verbundene, insbesondere stoffschlüssig verbundene Separatorplatten 2a, 2b auf. Die Schnittebene steht sowohl senkrecht zur Planflächenebene als auch senkrecht zum Verlauf der Kanten der Separatorplatten 2a, 2b.
Die 4A zeigt die Bipolarplatte und die MEA 10 in einem unverpressten Zustand. Das bedeutet, dass keine mechanische Kraft auf die Bipolarplatte 2 und die MEA 10 ausgeübt wird. Die 4B zeigt die Bipolarplatte 2 in einem verpressten Zustand, wie in einem verpressten Plattenstapel gemäß der 1. In dem verpressten Zustand ist die MEA 10 in Richtung der Planflächenebene verschoben. Es wirkt eine mechanische Verspannungskraft auf die Bipolarplatte 2 und die MEA 10. Die mechanische Kraft wirkt im gezeigten Beispiel beidseitig in senkrechter Richtung zur Planflächenebene und lenkt beispielsweise die Schockabsorberanordnung 40a, 40b aus ihrer Ausgangslage aus.
Die in den 4A und 4B gezeigte Anordnung 60 weist eine Bipolarplatte 2 mit zwei Separatorplatten 2a, 2b auf, die derart angeordnet sind, dass ihre Unterseiten einander zugewandt sind und die Sickenanordnungen 35a, 35b und die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b beider Separatorplatten voneinander wegweisen. Die Planflächenebenen der Separatorplatten 2a, 2b sind parallel zueinander ausgerichtet. Jede der Separatorplatten 2a, 2b weist eine Sickenanordnung 35a, 35b und eine Schockabsorberanordnung 40a, 40b auf. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist eine verformbare Absorberbeschichtung 41a, 41b auf, die in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte 2a, 2b weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung 35a, 35b.
In der Schnittansicht ist erkennbar, dass der Außenrandbereich im Bereich der Schockabsorberanordnung 40a, 40b den im Wesentlichen flach ausgebildeten Plateauabschnitt 46a, 46b und die sich winklig aus der Planflächenebene erhebende Flanke 47a, 47b oder Wölbung aufweist, wobei die Flanke 47a, 47b oder die Wölbung typischerweise in den Plateauabschnitt 46a, 46b übergeht. Die Blechlage der Separatorplatten 2a, 2b ragt im Bereich der Schockabsorberanordnung jeweils ungefähr um eine Blechstärke, hier 0,1 mm weiter als aus der Planflächenebene heraus als das Blechmaterial im Bereich der Sickenanordnung 35a, 35b. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist also zumindest abschnittsweise parallel zur Planflächenebene ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform bildet die Absorberbeschichtung 41a, 41b den am weitesten nach oben aus der Planflächenebene herausragenden Bereich der Separatorplatte 2a, 2b. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b ist hier ungefähr doppelt so dick ausgebildet wie die Dichtungsbeschichtung 45a, 45b. Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, in denen die Absorberbeschichtung 41a, 41b nicht oder nur abschnittsweise den am weitesten nach oben aus der Planflächenebene herausragenden Bereich der Separatorplatte 2a, 2b bildet.
Die Sickenanordnung 35a, 35b weist eine Dichtungsbeschichtung 45a, 45b auf, die in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte 2a, 2b weniger weit aus der Planflächenebene herausragt als die Schockabsorberanordnung 40a, 40b. In der gezeigten Darstellung der Separatorplatte ist die Dichtungsbeschichtung 45a, 45b in einem Bereich der Sickenanordnung 35a, 35b angeordnet, der im Wesentlichen parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b ausgebildet ist. Ein solcher Bereich wird nachstehend auch als Sickendach 51a, 51b bezeichnet. Weiter weisen die Separatorplatten 2a, 2b Strömungsfelder 17 auf, die im verpressten Zustand der Bipolarplatte 2 durch die jeweilige Sickenanordnung 35a, 35b abgedichtet werden können.
Die Absorberbeschichtung 41a, 41b kann ein Polymer aufweisen oder daraus bestehen. Die Dichtungsbeschichtung 45a, 45b kann ein Polymer aufweisen oder daraus bestehen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Funktionen können die Dichtungsbeschichtung 45a, 45b und die Absorberbeschichtung 41a, 41b unterschiedliche Materialien aufweisen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Absorberbeschichtung 41a, 41b eine höhere Elastizität aufweist als die Dichtungsbeschichtung 45a, 45b. Vorzugsweise nimmt die Absorberbeschichtung 41a, 41b zumindest einen Teil der aus einem Aufprall resultierenden Energie auf und ist in der Lage, diese intern zu vernichten bzw. abzuleiten. Bevorzugt sind deshalb insbesondere offenporige Schaummaterialien. In alternativen Ausführungsformen sind die Materialien der Absorberbeschichtung 41a, 41b und der Dichtungsbeschichtung 45a, 45b gleich.
Im unverpressten Zustand, der in 4A dargestellt ist, berührt die Schockabsorberanordnung 40a einen Verstärkungsrand 10' der Membranelektrodeneinheit 10. Der Verstärkungsrand 10' der MEA 10 kann beispielsweise durch einen Rahmen bzw. die rahmenförmige Verstärkungslage gebildet werden und ist wie im Zusammenhang mit der 2 bereits beschrieben in der Regel elektrisch isolierend ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform der MEA wird der Verstärkungsrand 10' durch den Bereich der MEA mit reduzierter Stärke gebildet. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist ohne Krafteinwirkung in ihrer Ausgangslage dargestellt. Da die Membranelektrodeneinheit parallel zu den Planflächenebenen der Separatorplatten ausgerichtet ist und die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung 35a, 35b, berührt die Sickenanordnung 35a, 35b, in der gezeigten, abstrahierten Darstellung die Membranelektrodeneinheit 10 im unverpressten Zustand nicht. In der Praxis ist die MEA 10 jedoch häufig biegeschlaff und berührt daher die Sickenanordnung 35a auch in einem unverpressten Zustand der Anordnung 60. Durch Krafteinwirkung kann die Schockabsorberanordnung 40a, 40b aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt werden. Dadurch kann die Schockabsorberanordnung 40a, 40b vorgespannt werden. In der gezeigten Darstellung liegt die Sickenanordnung 35a, 35b lediglich bei vorgespannter Schockabsorberanordnung 40a, 40b an der Membranelektrodeneinheit 10 an.
Die 4B zeigt eine Schnittansicht der Bipolarplatte 2 in einem verpressten Zustand der Anordnung 60. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist vorgespannt und die Sickenanordnung 35a, 35b liegt an der Membranelektrodeneinheit 10 an. Durch Verspannen der Endplatten 3 und 4 z.B. mittels der Bänder 50 in 1 wirkt in Verpressungsrichtung eine Kraft auf die Bipolarplatte 2 und die MEA 10 ein.
Die Schnittansichten der 4A und 4B können ebenso wie die nachfolgenden Schnittansichten, bei denen keine weitere Angabe zu ihrer Position gemacht ist, beispielsweise in einem Bereich angeordnet sein, der dem Schnitt A-A in 2 entspricht, die Kante 30a, 30b kann also beispielsweise eine Au-ßenkante sein. Sie könnte aber auch - ähnlich wie in Figurengruppe 11 eine Innenkante sein.
Die 5 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform von Separatorplatten 2a, 2b mit einer Membranelektrodeneinheit in einem unverpressten Zustand der Anordnung 60 in leicht gesprengter Darstellung. In dieser Ausführungsform ragt die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ebenfalls weiter nach oben aus der Planflächenebene heraus als die Sickenanordnung 35a, 35b, bereits die Auslenkung des Blechs ist im Bereich der Schockabsorberanordnung 40a, 40b um ungefähr eine Blechstärke größer als die des Blechs der Sickenanordnung. Die Dichtungselemente 48 und die Absorberelemente 49 sind in dieser Ausführungsform nicht auf den Sickendächern 51a, 51b der Sickenanordnungen 35a, 35b und den Plateauabschnitten 46a,46b der Separatorplatten 2a, 2b angeordnet, sondern an den Verstärkungsrand 10' der MEA 10 angeformt oder auf dem Verstärkungsrand 10' der MEA 10 aufgebracht, zum Beispiel in einem Beschichtungsprozess oder mittels Klebens. Die Schockabsorberanordnung wird in der gezeigten Darstellung der 5 aus den Plateauabschnitten 46a, 46b und dem Absorberelement 49 der MEA 10 gebildet. Die Absorberelemente 49 sind ungefähr 1,5 mal so hoch wie die Dichtbeschichtungen 48. Es sind ebenfalls Ausführungsformen möglich, in denen lediglich auf der Sickenanordnung 35a, 35b eine Dichtbeschichtung oder lediglich auf dem Plateauabschnitt 46a, 46b eine Absorberbeschichtung angeordnet ist, wobei die jeweils andere Beschichtung auf der MEA angeordnet ist. Die 5 zeigt daher eine Anordnung 60, aufweisend eine Separatorplatte 2a, 2b und eine Membranelektrodeneinheit 10, wobei die Separatorplatte 2a, 2b zumindest eine Sickenanordnung 35a, 35b und zumindest eine Schockabsorberanordnung 40a, 40b aufweist.
Die Anordnung 60 der 5 ist in einem unverpressten Zustand dargestellt. In dem dargestellten Zustand wird keine mechanische Kraft auf die Separatorplatte 2a, 2b und die MEA 10 ausgeübt. In einem verpressten Zustand wirkt durch Verspannen der Endplatten 3 und 4 beispielsweise mittels Bändern 50 in Verpressungsrichtung eine Kraft auf die Bipolarplatte 2 und die MEA 10. Dadurch werden der Plateauabschnitt 46a, 46b und/oder das Absorberelement 49 aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ist in einem solchen verpressten Zustand also vorgespannt.
6 zeigt eine Schnittansicht zweier Separatorplatten 2a, 2b weiterer Ausführungsformen. Einerseits weisen die beiden Separatorplatten 2a, 2b - anders als die anderen Ausführungsformen - beispielhaft einseitig flächige Beschichtungen 37 auf. Eine derartige Beschichtung kann zur Vermeidung von Korrosion zum Einsatz kommen, auch auf beiden Oberflächen einer Separatorplatte.
Beide Separatorplatten 2a, 2b weisen hier unterschiedlich ausgebildete Schockabsorberanordnungen 40a, 40b auf, die jedoch vergleichbare Breiten aufweisen. Während die Schockabsorberanordnung 40a eine steile Flanke 47a und einen breiten Plateaubereich aufweist, ist die Schockabsorberanordnung 40b mit einer wesentlich flacheren Flanke 47b und einem schmalen Plateaubereich 46b ausgebildet. Die steilere Flanke 47a hat zur Folge, dass die Schockabsorberanordnung 40a bezogen auf ihre Metallkomponente eine geringere Elastizität aufweist als die Schockabsorberanordnung 40b. Auch die Absorberbeschichtungen 41a, 41b sind bezüglich ihrer geometrischen Form unterschiedlich ausgebildet. Unter Verwendung desselben Materials hat dies zur Folge, dass die breite, weniger hohe Absorberbeschichtung 41a härter ist, also eine größere Federkonstante aufweist als die schmale, deutlich höhere Absorberbeschichtung 41b.
In 6 sind die Separatorplatten 2a, 2b beabstandet dargestellt. Einerseits können sie wie im Beispiel der 5 zu einer Bipolarplatte 2 gefügt werden, so dass der Stack dann alternierend Schockabsorber unterschiedlicher Eigenschaften aufweist. Andererseits soll mit der beabstandeten Darstellung auch illustriert werden, dass es sich um voneinander unabhängige Separatorplatten 2a, 2b handeln kann. Diese können beispielsweise mit im Bereich der Anordnung 60 spiegelsymmetrischen Separatorplatten zu einer Bipolarplatte 2 gefügt werden. Zudem können die beiden in 6 dargestellten Schnitte Schnitte ein und derselben Separatorplatte sein, wobei die Schnitte in unterschiedlichen Abschnitten der Kante angeordnet sind. Die Sickenanordnung 35b könnte also (um 180° gedreht) eine Fortsetzung der Sickenanordnung 35a sein. Dies soll verdeutlichen, dass die Schockabsorberanordnungen 40a, 40b entlang ihres Verlaufes unterschiedlich ausgebildet sein können.
5 und 6 verdeutlichen in Ergänzung zu 3A die Lage der Planflächenebene E einer Separatorplatte bzw. das Zusammenfallen der Planflächenebenen der beiden zur Bipolarplatte verbundenen Separatorplatten in der Berührebene dieser beiden Separatorplatten.
Die 7 zeigt eine Schnittansicht einer Bipolarplatte 2, die zwei Separatorplatten 2a, 2b nach einer weiteren Ausführungsform aufweist. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist eine Absorberbeschichtung 41a, 41b auf und ragt weiter nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b heraus, als die Sickenanordnung 35a, 35b. Die Sickenanordnung 35a, 35b weist eine Dichtungsbeschichtung 45a, 45b auf. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b weist eine erste Absorberbeschichtung 52a, 52b und eine zweite Absorberbeschichtung 53a, 53b auf, wobei die erste Absorberbeschichtung 52a, 52b unter der zweiten Absorberbeschichtung 53a, 53b angeordnet ist. Die zweite Absorberbeschichtung 53a, 53b wurde also nach der ersten Absorberbeschichtung 52a, 52b aufgetragen. Die zweite Absorberbeschichtung umgreift dabei zumindest teilweise die erste Absorberbeschichtung. Die zweite Absorberbeschichtung kann den höchsten Punkt der Separatorplatte 2a, 2b aufweisen. Die erste Absorberbeschichtung 52a, 52b und die zweite Absorberbeschichtung 53a, 53b können unterschiedliche Materialien aufweisen. Die erste Absorberbeschichtung 52a, 52b und die zweite Absorberbeschichtung 53a, 53b können hierdurch unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Dämpfungs- oder Federeigenschaften aufweisen.
Die 8 zeigt eine Schnittansicht einer Bipolarplatte 2, die zwei Separatorplatten 2a, 2b nach einer weiteren Ausführungsform aufweist. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist eine Absorberbeschichtung 41a, 41b auf und ragt weiter nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b heraus als die Sickenanordnung 35a, 35b. Die Sickenanordnung 35a, 35b weist eine Dichtungsbeschichtung 45a, 45b auf. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b weist eine erste Absorberbeschichtung 54a, 54b und eine zweite Absorberbeschichtung 55a, 55b auf. Die erste Absorberbeschichtung 54a, 54b ist dabei neben der zweiten Absorberbeschichtung 55a, 55b angeordnet. Die zweite Absorberbeschichtung 55a, 55b ragt weiter aus der Planflächenebene heraus als die erste Absorberbeschichtung 54a, 54b. Die erste Absorberbeschichtung 54a, 54b und die zweite Absorberbeschichtung 55a, 55b können unterschiedliche Materialien und somit unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Dämpfungs- oder Federeigenschaften aufweisen. In der in 8 dargestellten Ausführungsform ist die Höhe des Plateauabschnitts 46a, 46b niedriger als die maximale Höhe der Sickenanordnung 35a, 35b, auch ohne die Sickenbeschichtung 51a, 51b. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b ragt dennoch durch die Absorberbeschichtung 41a, 41b weiter nach oben aus der Planflächenebene heraus als die Sickenanordnung 35a, 35b.
Die 9A und 9B zeigen jeweils eine Bipolarplatte, die zwei Separatorplatten 2a, 2b nach einer weiteren Ausführungsform aufweist. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist dabei zusätzlich eine Versteifungsstruktur 42a, 42b auf, die von der Kante 30a, 30b weg- und in Richtung der Sickenanordnung 35a, 35b zeigt. Die Versteifungsstruktur 42a, 42b ist als Verbreiterung der Schockabsorberanordnung 42a, 42b ausgebildet. Die Versteifungsstruktur 42a, 42b stellt also eine Ausbuchtung dar, im Gegensatz zur Ausführungsform, die in der 3B gezeigt ist, in der die Versteifungsstruktur 42a, 42b als Einbuchtung der Schockabsorberanordnung 40a, 40b ausgebildet ist. Die Schockabsorberanordnung 40a, 40b weist eine Absorberbeschichtung 41a, 41b auf und ragt weiter nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b heraus als die Sickenanordnung 35a, 35b. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b ist ebenfalls auf der Versteifungsstruktur 42a, 42b angeordnet. Die Sickenanordnung 35a, 35b weist eine Dichtungsbeschichtung 45a, 45b auf.
Die 9A zeigt eine Draufsicht auf die Bipolarplatte 2. Die Kante 30a weist einen geraden Verlauf auf. Die Sickenanordnung 35a verläuft parallel zur Kante 30a. In Draufsicht auf die Separatorplatte 2a ist erkennbar, dass die Versteifungsstruktur 42a als Ausbuchtung der Schockabsorberanordnung 40a ausgebildet ist, die in Richtung der Sickenanordnung 35a zeigt. Außerhalb des Bereichs, in dem die Versteifungsstruktur 42a angeordnet ist, ist die Bereite der Schockabsorberanordnung 40a entlang ihres Verlaufs konstant.
In der Schnittansicht der Bipolarplatte 2 der 9A, die in 9B gezeigt ist, wird die Ausbildung der Versteifungsstruktur 42a, 42b deutlich. Die Schnittebene steht senkrecht auf den Planflächenebenen der beiden Separatorplatten 2a, 2b, verläuft senkrecht zur Kante 30a, 30b und schneidet die Versteifungsstruktur 42a, 42b an ihrer breitesten Stelle. Der Verlauf der Schnittebene ist in der 9A durch die Linie B-B dargestellt. Die Versteifungsstruktur 42a, 42b weist ein Plateau auf, das niedriger ist als der zugehörige Plateauabschnitt 46a, 46b der Schockabsorberanordnung 40a, 40b. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b ist auf dem gesamten Bereich der Schockabsorberanordnung 40a, 40b, der von der Schnittebene geschnitten wird, angeordnet. Die Absorberbeschichtung 41a, 41b weist den höchsten Punkt der Separatorplatte 2a, 2b auf.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in lokal begrenzten Abschnitten Versteifungsstrukturen mit mehreren nebeneinander angeordneten Absorberbeschichtungen vorgesehen sind, während in anderen Abschnitten Schockabsorberanordnungen ohne Beschichtung vorgesehen sind.
10 zeigt in zwei Varianten in 10A und 10B jeweils eine Bipolarplatte, die zwei Separatorplatten 2a, 2b nach einer weiteren Ausführungsform aufweist. Benachbart zur Kante 30a, 30b weisen beide Varianten einen Auflageabschnitt 32a, 32b auf, der über eine weitere Absorberflanke 33a, 33b mit dem Plateauabschnitt 46a, 46b verbunden ist. Die Auflageabschnitte 32a, 32b dienen einander gegenseitig als Wegbegrenzungselement, so dass die jeweilige Schockabsorberanordnung 40a, 40b nur eine begrenzte Verformung erfahren kann. Die Auflageabschnitte 32a, 32b sind deutlich kürzer als die Höhe der jeweiligen Schockabsorberanordnungen 40a, 40b, so dass es bei Verpressung der Anordnung 60 nicht zu einer Kontaktierung zwischen einer der Kanten 30a, 30b und der jeweils nächstliegenden MEA kommen kann. Die beiden 10A und 10B unterscheiden sich dadurch, dass nur in 10B Sicken- und Absorberbeschichtungen vorhanden sind. Die Bipolarplatte 2 der 10A könnte somit insbesondere auch mit einer MEA 10, wie sie in 5 gezeigt ist, kombiniert werden.
11 stellt in 11A in einer Draufsicht einen Abschnitt einer Separatorplatte 2a im Bereich einer Durchgangsöffnung 21 und den daran angrenzenden Bereichen dar. Die Schockabsorberanordnung 40a ist nur abschnittsweise entlang der Innenkante 30a ausgebildet. Im Eckbereich 23, der hier winklig ausgebildet ist, ist die Schockabsorberanordnung 40a über beidseitige Übergänge 24a auf die Höhe eines Stützelements 25a reduziert. Dies vermeidet eine übermäßige Verpressung des Eckbereichs 23 und damit eine Beschädigung der MEA. Die unterschiedlichen Höhen der Schockabsorberanordnung 40a, 40b und des Stützelements 25a, 25b sind in 11B und 11C, die Schnitten entlang der Schnittlinien C-C bzw. D-D in 11A entsprechen, dargestellt, wobei hier schematisch Beispiele ohne Sicken- oder Absorberbeschichtung dargestellt sind, die Höhe der Elemente 40a, 40b einerseits und 25a, 25b andererseits könnten sich ebenfalls ergeben, wenn wie in einem Teil der vorhergehenden Ausführungsbeispiele Sicken- und/oder Absorberbeschichtungen vorhanden wären. Wesentlich zur Unterscheidung einer Schockabsorberanordnung 40a, 40b von einem Stützelement 25a, 25b ist, dass ein Stützelement 25a, 25b weniger weit nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte 2a, 2b herausragt als die Sickenanordnung 35a, 35b der entsprechenden Separatorplatte 2a, 2b, während eine Schockabsorberanordnung 40a, 40b die zugehörige Sickenanordnung 35a, 35b überragt.
Grundsätzlich sind in den vorstehend beschriebenen Anordnungen der Bipolarplatten bzw. Separatorplatten, sowohl die Separatorplatten, wie auch einzelne Merkmale der Separatorplatten miteinander kombinierbar ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Es ist ebenso möglich, dass Separatorplatten bestimmte Merkmale nur abschnittsweise aufweisen.
Bezugszeichenliste:

1: elektrochemisches System
2: Bipolarplatte
2': zweite Bipolarplatte
2a: Separatorplatte
2b: Separatorplatte
3: Endplatte
4: Endplatte
5: Medienanschluss
6: Stapel
7: z-Richtung
8: x-Richtung
9: y-Richtung
10: Membranelektrodeneinheit
10': MEA-Verstärkungsrand
11a-c: Durchgangsöffnungen
12a-d: Sickenanordnung
13a-c: Durchführungen
14: erste Strukturen
15: Verbindungskanal
15': Durchbrüche in den Flanken des Verbindungskanals
16: zweite Strukturen
17: Strömungsfeld
18: aktiver Bereich
19: Hohlraum
20: Verteil- oder Sammelbereich
21: Durchgangsöffnung
22: Außenrandbereich
23: Eckbereich
24: Übergang
25a, b: Stützanordnungen
26: Verbindungskanal
27: Leitungskanal
28: Durchbruch
29: Kanal
30a,b: Kante
32a,b: Auflageabschnitt
33a,b: weitere Absorberflanke
35a,b: Sickenanordnung
37: flächige Beschichtung
40a,b: Schockabsorberanordnung
41a,b: Absorberbeschichtung
42a,b: Versteifungsstruktur
45a,b: Dichtungsbeschichtung
46a,b: Plateauabschnitt
47a,b: Flanke
48: Dichtungselemente
49: Absorberelemente
50: Bänder
51a,b: Sickendach
52a,b: erste Absorberbeschichtung
53a,b: zweite Absorberbeschichtung
54a,b: erste Absorberbeschichtung
55a,b: zweite Absorberbeschichtung
60: Anordnung für ein elektrochemisches System

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019076813 A1 [0012, 0049]
DE 102009012730 A1 [0023, 0069]
DE 102009006413 A1 [0023, 0069]
DE 10248531 A1 [0023, 0066]
DE 202022101861 [0023, 0066]
DE 202014004456 U1 [0023, 0069]
DE 102021212053 A1 [0078]

Claims

Separatorplatte (2a, 2b) für ein elektrochemisches System (1), aufweisend - zumindest eine Kante (30a, 30b), die die Separatorplatte (2a, 2b) seitlich in einer Richtung parallel zu einer Planflächenebene der Separatorplatte (2a, 2b) begrenzt; - eine Sickenanordnung (35a, 35b), die beabstandet zur Kante (30a, 30b) zumindest bereichsweise um einen abzudichtenden Bereich verläuft und nach oben aus der Planflächenebene herausragt; und - zumindest abschnittsweise entlang der Kante (30a, 30b) mindestens eine zur Sickenanordnung (35a, 35b) beabstandete Schockabsorberanordnung (40a, 40b), wobei die Kante (30a, 30b) im Bereich der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) nach oben beabstandet zur Planflächenebene verläuft, sodass die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) nach oben aus der Planflächenebene herausragt, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (2a, 2b) weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Separatorplatte (2a, 2b) nach Anspruch 1, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) eine verformbare Absorberbeschichtung (41a, 41b) aufweist, die in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (2a, 2b) weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Separatorplatte (2a, 2b) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Absorberbeschichtung (41a, 41b) den am weitesten nach oben aus der Planflächenebene herausragenden Bereich der Separatorplatte (2a, 2b) bildet.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (2a, 2b) um mindestens 0,05 und/oder höchstens 0,5 mm, bevorzugt um mindestens 0,08 und/oder höchstens 0,4 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,1 und/oder höchstens 0,3 mm weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorberbeschichtung (41a, 41b) ein Polymer aufweist oder daraus besteht.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sickenanordnung (35a, 35b) eine Dichtungsbeschichtung (45a, 45b) aufweist, die in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (2a, 2b) weniger weit aus der Planflächenebene herausragt als die Schockabsorberanordnung (40a, 40b).
Separatorplatte (2a, 2b) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichtungsbeschichtung (45a, 45b) ein Polymer aufweist oder daraus besteht.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorstehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf die Ansprüche 2 und 6, wobei die Dichtungsbeschichtung (45a, 45b) und die Absorberbeschichtung (41a, 41b) unterschiedliche Materialkompositionen aufweisen oder daraus bestehen.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Kante (30a, 30b) aufweisend eine Außenkante, die einen Außenumfang der Separatorplatte (2a, 2b) begrenzt und/oder eine Portkante, die eine in der Separatorplatte (2a, 2b) ausgebildete Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Fluids begrenzt.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) und/oder die Kante (30a, 30b) im Bereich der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) zumindest abschnittsweise parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte (2a, 2b) verlaufen.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) Versteifungsstrukturen aufweist (42a, 42b), welche von der Kante (30a, 30b) wegzeigen und/oder in Richtung der Sickenanordnung (35a, 35b) zeigen.
Separatorplatte (2a, 2b) nach dem vorhergehenden Anspruch, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, wobei die Absorberbeschichtung (41a, 41b) auf den Versteifungsstrukturen (42a, 42b) angeordnet ist.
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei entlang der Kante (30a, 30b) abschnittsweise Stützanordnungen (25a, 25b) angeordnet sind, die weniger weit nach oben aus der Planflächenebene der Separatorplatte (2a, 2b) herausragen als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Separatorplatte (2a, 2b) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Breite der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) und/oder der maximale Abstand der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) zur Planflächenebene und/oder die Steigung einer Flanke (47a, 47b) der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) in einem unverpressten Zustand entlang des Verlaufs der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) variiert.
Bipolarplatte (2), aufweisend zwei miteinander verbundene Separatorplatten (2a, 2b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die derart angeordnet sind, dass ihre Unterseiten einander zugewandt sind und die Sickenanordnungen (35a, 35b) und Schockabsorberanordnungen (40a, 40b) beider Separatorplatten (2a, 2b) voneinander wegweisen.
Elektrochemische Zelle, aufweisend eine erste Separatorplatte (2a) nach einem der Ansprüche 1-14, eine zweite Separatorplatte (2b) nach einem der Ansprüche 1-14 und eine Membranelektrodeneinheit (10), MEA, wobei die Separatorplatten (2a, 2b) derart ausgerichtet sind, dass die Sickenanordnung (35a) der ersten Separatorplatte (2a) auf die Sickenanordnung (35b) der zweiten Separatorplatte (2b) zuweist und die Schockabsorberanordnung (40a) der ersten Separatorplatte (2a) auf die Schockabsorberanordnung (40b) der zweiten Separatorplatte (2b) zuweist, wobei die MEA (10) zwischen den Separatorplatten (2a, 2b) derart angeordnet ist, dass zumindest die Sickenanordnungen (35a, 35b) beidseitig an der MEA (10) anliegen, wobei die Separatorplatten (2a, 2b) und die MEA (10) miteinander verpresst sind, sodass die Sickenanordnungen (35a, 35b) den abzudichtenden Bereich, um den sie zumindest bereichsweise verlaufen, abdichten, und die Schockabsorberanordnungen (40a, 40b) durch Auslenkung aus ihrer jeweiligen Ausgangslage gegeneinander vorgespannt sind.
Anordnung (60) für ein elektrochemisches System (1), aufweisend eine Separatorplatte (2a, 2b), - mit zumindest einer Kante (30a, 30b), die die Separatorplatte (2a, 2b) seitlich in einer Richtung parallel zur Planflächenebene der Separatorplatte (2a, 2b) begrenzt; - mit einer Sickenanordnung (35a, 35b), die beabstandet zur Kante (30a, 30b) zumindest bereichsweise um einen abzudichtenden Bereich verläuft und nach oben aus der Planflächenebene herausragt; die Anordnung (60) weiter aufweisend eine Membranelektrodeneinheit, MEA, (10) und eine Schockabsorberanordnung (35a, 35b), - wobei die Schockabsorberanordnung zumindest abschnittsweise entlang der Kante (30a, 30b) beabstandet zur Sickenanordnung (35a, 35b) angeordnet ist, und die Kante (30a, 30b) der Separatorplatte im Bereich der Schockabsorberanordnung (40a, 40b) nach oben beabstandet zur Planflächenebene verläuft, sodass die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) nach oben aus der Planflächenebene herausragt, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) in einem unverpressten Zustand der Anordnung weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Anordnung (60) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (2a, 2b) um mindestens 0,05 und/oder höchstens 0,5 mm, bevorzugt um mindestens 0,08 und/oder höchstens 0,4 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,1 und/oder höchstens 0,3 mm weiter aus der Planflächenebene herausragt als die Sickenanordnung (35a, 35b).
Anordnung (60) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Schockabsorberanordnung (40a, 40b) Bestandteil der MEA (10) und/oder der Separatorplatte (2a, 2b) ist.