DE10235859B4

DE10235859B4 - Corrosion-resistant, gas-tight media connection for low-temperature fuel cells

Info

Publication number: DE10235859B4
Application number: DE10235859A
Authority: DE
Inventors: Ayhan Egmen; Harald Scharmann; Heinz Schmitz
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: DE10235859A1

Abstract

Medienanschluss (2, 3) zur Durchleitung von Medien durch die Endplatte einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle zu und von einzelnen Membran-Elektrodeneinheiten, dadurch gekennzeichnet,
– dass der Medienanschluss zweiteilig ausgestaltet ist,
– dass der Medienanschluss eine Welle als ein erstes korrosionsstabiles Mittel (3) aufweist, welches zum Durchleiten des Mediums vorgesehen ist, und wobei die Welle eine Anpressfläche (3b, 3c) aufweist, die zur gasdichten Verbindung mit der Membran-Elektrodeneinheit der Brennstoffzelle vorgesehen ist,
– dass der Medienanschluss eine metallische Verschraubung als zweites, mechanisch stabiles Mittel (2) aufweist, und welches zur gasdichten Verbindung der Welle mit der Brennstoffzelle vorgesehen ist.Media connection (2, 3) for the passage of media through the end plate of a low-temperature fuel cell to and from individual membrane electrode assemblies, characterized
- That the media connection is designed in two parts,
- That the media connection comprises a shaft as a first corrosion-resistant means (3) which is provided for passing the medium, and wherein the shaft has a contact surface (3b, 3c) which is provided for gas-tight connection with the membrane electrode assembly of the fuel cell .
- That the media connection has a metallic screw as a second, mechanically stable means (2), and which is provided for the gas-tight connection of the shaft to the fuel cell.

Description

Die Erfindung betrifft einen korrosionsstabilen, gasdichten Medienanschluss für Niedertemperatur-Brennstoffzellen gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode, einen Elektrolyten sowie eine Anode auf. Der Kathode wird ein Oxidationsmittel, z. B. Luft und der Anode wird ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff zugeführt.The The invention relates to a corrosion-resistant, gastight media connection for low-temperature fuel cells according to the generic term of the main claim. A fuel cell has a cathode, a Electrolytes and an anode on. The cathode becomes an oxidant, z. B. air and the anode is a fuel, for. B. hydrogen fed.

Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt, so beispielsweise die SOFC-Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 44 30 958 C1 sowie die PEM-Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 195 31 852 C1 .Various fuel cell types are known, such as the SOFC fuel cell from the document DE 44 30 958 C1 and the PEM fuel cell from the document DE 195 31 852 C1 ,

Die Betriebstemperatur einer PEM-Brennstoffzelle liegt bei ca. 80°C. An der Anode einer PEM-Brennstoffzelle bilden sich in Anwesenheit des Brennstoffs mittels eines Katalysators Protonen. Die Protonen passieren den Elektrolyten und verbinden sich auf der Kathodenseite mit dem vom Oxidationsmittel stammenden Sauerstoff zu Wasser. Elektronen werden dabei freigesetzt und elektrische Energie erzeugt.The Operating temperature of a PEM fuel cell is approx. 80 ° C. At the Anodes of a PEM fuel cell form in the presence of the fuel protons by means of a catalyst. The protons happen Electrolytes and combine on the cathode side with the of Oxidant-derived oxygen to water. Become electrons released and generates electrical energy.

Mehrere Brennstoffzellen werden in der Regel zur Erzielung großer elektrischer Leistungen durch verbindende Elemente elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Ein Beispiel für ein solches verbindendes Element stellt die aus DE 44 10 711 C1 bekannte bipolare Platte dar. Mittels bipolarer Platten entstehen übereinander gestapelte, elektrisch in Serie geschaltete Brennstoffzellen. Diese Anordnung wird Brennstoffzellenstapel genannt.Several fuel cells are usually connected to achieve high electrical power by connecting elements electrically and mechanically. An example of such a connecting element represents the DE 44 10 711 C1 known bipolar plate by means of bipolar plates are stacked, electrically connected in series fuel cells. This arrangement is called a fuel cell stack.

Als Brennstoff kann unter anderem Methan oder Methanol vorgesehen werden. Die genannten Brennstoffe werden durch Reformierung oder Oxidation u. a. in Wasserstoff oder wasserstoffreiches Gas umgewandelt.When Fuel can be provided, inter alia, methane or methanol. The fuels mentioned are reformed or oxidized u. a. converted into hydrogen or hydrogen-rich gas.

Der deutschen Patentschrift mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 196 46 354 C1 ist zu entnehmen, dass Brennstoff wie Methanol an der Anode einer PEM-Brennstoffzelle mittels eines Katalysators wie Platin oxidiert werden kann und so Wasserstoff freigesetzt wird.The German patent specification with the official file number DE 196 46 354 C1 It can be seen that fuel such as methanol at the anode of a PEM fuel cell can be oxidized by means of a catalyst such as platinum and so hydrogen is released.

Einzelzellen und Brennstoffzellenstapel umfassen weiterhin Medienanschlüsse. Medienanschlüsse dienen dazu Medien (bzw. Betriebsmittel) wie Luft, Wasserstoff, Kühlwasser, Methanol/Wasser an die Membran-Elektroden-Einheit (kurz: MEA) zu leiten und nach der Reaktion wieder abzuführen.Single cells and fuel cell stacks further include media connections. Serve media connections to media (or resources) such as air, hydrogen, cooling water, Methanol / water to the membrane electrode assembly (short: MEA) to conduct and dissipate again after the reaction.

Ein häufig auftretendes Problem bei Niedertemperatur-Brennstoffzellen ist die Alterung von Komponenten der Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Diese Degradation kann z. B. durch Wechselwirkungen zwischen Zellkomponenten und der MEA hervorgerufen werden.One often occurring problem with low-temperature fuel cells is the Aging of components of the membrane-electrode assembly (MEA). These Degradation can z. B. by interactions between cell components and the MEA are evoked.

Ein wesentlicher Anteil der Degradationen wird durch die Korrosion metallischer Bauteile hervorgerufen. Dies hat zur Folge, dass z. B. die bipolaren Platten eines Brennstoffzellenstapels mit Schutzschichten (z. B. aus Au, TiN und anderen Materialien) gegen Korrosion geschützt werden müssen.One a significant proportion of the degradation is due to the corrosion of metallic Caused components. This has the consequence that z. B. the bipolar Panels of a fuel cell stack with protective layers (eg made of Au, TiN and other materials) against corrosion have to.

Um die Gasdichtigkeit von Medienanschlüssen zu gewährleisten, bestehen diese aus metallischen Schraub-Verbindungen. Dies führt auf Grund der Korrosion der Verbindungen nachteilig ebenfalls zur Degradation der Membran bzw. des Katalysators.Around To ensure the gas-tightness of media connections, they consist of metallic screw connections. This leads to corrosion the compounds also detrimental to the degradation of the membrane or of the catalyst.

Bei Einsatz von Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen ist eine Standzeit von mind. 40000 Betriebsstunden gefordert. Während dieser Zeit muss eine Kontamination der Membran durch Metallionen und eine damit verbundene Blockierung der Innenwanderung, insbesondere der Protonen, vermieden werden. Alle Medien berührenden Teile sollten daher korrosionsstabil ausgeführt sein.at Use of fuel cells for stationary Applications require a service life of at least 40,000 operating hours. While This time must be a contamination of the membrane by metal ions and an associated blockage of the inner migration, in particular the protons are avoided. All media touching parts should therefore corrosion resistant be.

Durch Verwendung von Medienanschlüssen aus Kunststoff kann eine Degradation der MEA auf Grund der Korrosion von Medienanschlüssen vermieden werden. Medienanschlüsse aus Kunststoff sind aber nachteilig unzureichend mechanisch belastbar und gewährleisten daher keinen gasdichten Betrieb der Brennstoffzelle.By Use of media connections Plastic can cause degradation of the MEA due to corrosion of media connections be avoided. media connections made of plastic but disadvantageous insufficient mechanical stress and ensure therefore no gas-tight operation of the fuel cell.

Aus WO 98/26464 A2 ist eine PEM-Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektrodeneinheit bekannt, die auf ihrer Endplatte eine Anzahl von Medienanschlüssen – Reaktionsgasanschlüsse und Kühlmittelanschlüsse – aufweist. Die Anschlüsse sind als röhrenförmiger oder schlauchförmiger Hohlkörper ausgebildet, durch welche die Medien in oder aus der Brennstoffzelle strömen. Die röhrenförmigen Medienanschlüsse sind mittels 6-Kantmuttern bzw. 6-Kantschrauben gasdicht mit der Brennstoffzelle verbunden.Out WO 98/26464 A2 For example, a PEM fuel cell having a membrane-electrode assembly is known having a number of media ports on its end plate - reaction gas ports and coolant ports. The ports are formed as a tubular or tubular hollow body through which the media flow in or out of the fuel cell. The tubular media connections are gas-tightly connected to the fuel cell by means of hexagon nuts or hexagon bolts.

In DE 199 10 129 C1 wird eine Brennstoffzelle mit Endplatten beschrieben, die eine Reihe von Durchgängen aufweisen und die die Funktion der Zu- und Ableitung von Reaktionsmedien und Kühlmedien zu den Medienführenden weiteren Platten übernehmen. In die Durchgänge sind Anschlussstutzen eingebaut, durch welche die Reaktionsmedien und Kühlmedien fließen. Die in die Endplatte einschraubbaren Anschlussstutzen 25 werden über eine Dichtung 26 gasdicht mit der angrenzenden endständigen Platte 9 verbunden.In DE 199 10 129 C1 describes a fuel cell with end plates which have a series of passages and which take over the function of the supply and discharge of reaction media and cooling media to the media-carrying further plates. In the passages are built connecting pieces, through which the reaction media and cooling media flow. The screwed into the end plate connecting piece 25 Be about a seal 26 gas-tight with the adjacent terminal plate 9 connected.

In DE 26 13 551 A1 wird ein Anschlusselement für eine Leitung beschrieben, bei welchem eine Schlauchleitung 4 über ein Kupplungsstück 3 mit der Aufnahme 5 einer Apparatur verbunden ist. Die Schlauchleitung 4 wird dabei aufgeweitet und über eine metallische Überwurfmutter und einen Klemmring 2 druckdicht und verschleppungsfrei mit dem Kupplungsstück verbunden.In DE 26 13 551 A1 a connection element for a line is described in which a hose 4 via a coupling piece 3 with the recording 5 connected to an apparatus. The hose line 4 is thereby widened and a metallic nut and a clamping ring 2 pressure-tight and without entrapment connected to the coupling piece.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Medienanschluss für die Betriebsmittel bzw. Medien einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle zu schaffen, der korrosionsstabil und gasdicht zugleich ist.task The present invention is to provide a media connection for the resources or to create media of a low-temperature fuel cell, which is corrosion-resistant and gas-tight at the same time.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Medienanschluss nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Patentansprüchen. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung dieses Medienanschlusses gemäß der Nebenansprüche.The Task is solved by a media connection according to claim 1. Advantageous Embodiments result from the dependent claims. The Task is still solved through the use of this media connection according to the additional claims.

Erfindungsgemäß weist der Medienanschluss ein erstes korrosionsstabiles Mittel für ein Medium und ein zweites, mechanisch stabiles Mittel auf, welches das erste Mittel gasdicht mit der Brennstoffzelle verbindet.According to the invention the media connection is a first corrosion-resistant medium for a medium and a second, mechanically stable means, which is the first Gas-tight connection with the fuel cell.

Vorteilhaft weist der Medienanschluss hierdurch beide Funktionen auf, da das erste Mittel die Funktion der Korrosionsstabilität und das zweite Mittel die Funktion der Gasdichtigkeit übernimmt. Mit Verbindung an die Brennstoffzelle ist gemeint, dass das mechanisch stabile Mittel das korrosionsstabile Mittel gasdicht und so mit der Brennstoffzelle verbindet, dass die Zuführung der Medien ohne Verluste an die MEA der Brennstoffzelle erfolgt. Selbstverständlich kann ein solcher erfindungsgemäßer Medienanschluss auch zur Abführung eines verbrauchten Mediums (Produkt) aus der Brennstoffzelle eingesetzt werden.Advantageous As a result, the media connection has both functions, since the first means the function of corrosion stability and the second means the Function of gas-tightness takes over. With connection to the fuel cell is meant that the mechanical stable means the corrosion-resistant agent gas-tight and so with the fuel cell connects that feeding the media without losses takes place at the MEA of the fuel cell. Of course you can Such a media connection according to the invention also to the exhaustion a spent medium (product) are used from the fuel cell.

Ein solcher Medienanschluss ist eine einfache und kostengünstige Lösung des Eingangs genannten Problems.One Such media connection is a simple and inexpensive solution of the Input mentioned problem.

Das erste korrosionsstabile Mittel ist erfindungsgemäß eine Welle und kann insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Es liegt dann eine schlauchförmige PTFE-Welle vor. In der PTFE-Welle wird dann das Medium an die MEA geleitet, wobei PTFE bis zu 260°C stabil ist.The The first corrosion-resistant agent according to the invention is a shaft and can in particular made of polytetrafluoroethylene (PTFE). There is then a tubular PTFE shaft in front. In the PTFE shaft, the medium is then directed to the MEA, where PTFE is up to 260 ° C is stable.

Das erste korrosionsstabile Mittel weist eine Anpressfläche auf. Die Anpressfläche wird über das zweite Mittel gasdicht mit der MEA verbunden. Das erste korrosionsstabile Mittel kann besonders vorteilhaft einen O-Ring aufweisen. Der O-Ring kann z. B. in eine eigens für diesen vorgesehene Aufnahmefläche in der Anpressfläche des ersten korrosionsstabilen Mittels eingebracht wer den. Hierdurch wird die Gasdichtigkeit der Verbindung während des Betriebs weiter erhöht.The first corrosion-resistant agent has a contact surface. The contact surface will over the second means connected gas-tight to the MEA. The first corrosion-resistant Agent may particularly advantageously have an O-ring. The O-ring can z. B. in a specially for this intended receiving surface in the contact surface introduced the first corrosion-resistant agent who the. hereby the gas-tightness of the connection is further increased during operation.

Der Medienanschluss weist erfindungsgemäß eine metallische Verschraubung als mechanisch stabiles zweites Mittel auf.Of the Media connection according to the invention has a metallic screw as a mechanically stable second means.

Die metallische Verschraubung sorgt dabei für die notwendige gasdichte Flächenanpressung des korrosionsstabilen Mittels an die Brennstoffzelle. Vor Inbetriebnahme der Brennstoffzelle wird die metallische Verschraubung an der Brennstoffzelle fest gezogen.The Metallic screwing ensures the necessary gastight Surface pressure of the corrosion-resistant agent to the fuel cell. Before commissioning The fuel cell is the metallic screw on the fuel cell pulled tight.

Der Medienanschluss kann ein oder mehrere weitere korrosionsstabile Mittel, insbesondere aus PTFE, zur gleichmäßigen Verteilung der Medien in der Brennstoffzelle und/oder zur Erhöhung der Gasdichtigkeit aufweisen.Of the Media connection can be one or more more corrosion-resistant Medium, in particular of PTFE, for uniform distribution of the media in the fuel cell and / or to increase the gas-tightness.

Beispielsweise kann der Medienanschluss eine Verteilerplatte als weiteres Mittel zur gleichmäßigen Verteilung der Medien in der MEA aufweisen. Die Verteilerplatte weist vorteilhaft eine Struktur auf, die das Medium gleichmäßig in einen Elektrodenraum der Brennstoffzelle leitet. Das erste korrosionsstabile Mittel wird über das mechanisch stabile Mittel gasdicht mit der Verteilerplatte und darüber hinaus mit der MEA der Brennstoffzelle verbunden.For example the media connection can be a distributor plate as another means for even distribution the media in the MEA. The distributor plate has advantageous a structure that evenly distributes the medium into an electrode space Fuel cell conducts. The first corrosion-resistant agent is about the mechanically stable means gas-tight with the distributor plate and beyond connected to the MEA of the fuel cell.

Die Verteilerplatte kann besonders vorteilhaft über eine Anpressplatte an die MEA der Brennstoffzelle gepresst werden. Die Anpressplatte wird über die metallische Verschraubung und gegebenenfalls mit weiteren Mitteln gegen die Verteilerplatte gepresst. Die Verteilerplatte wird dadurch gleichmäßig an die MEA gepresst. Dies sorgt für eine besonders gleichmäßige und gasdichte Flächenanpressung der Verteilerplatte an die MEA.The Distributor plate can be particularly advantageous over a pressure plate to the MEA of the fuel cell to be pressed. The pressure plate is over the metallic screwing and optionally with other means pressed against the distributor plate. The distributor plate is characterized evenly to the MEA pressed. This ensures a particularly even and gas-tight surface pressure the distributor plate to the MEA.

Im Weiteren wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele und den beigefügten Figuren näher erläutert.in the Further, the invention with reference to some embodiments and the accompanying figures explained in more detail.

In den Figuren sind alle Zahlenwerte in mm angegeben.In the figures are given all numerical values in mm.

Es zeigen:It demonstrate:

1 bis 2: Erfindungsgemäßer Medienanschluss, umfassend PTFE-Welle als erstes korrosionsstabiles Mittel und Mutter als zweites, mechanisch stabiles Mittel. 1 to 2 : Media connection according to the invention, comprising PTFE shaft as first corrosion-resistant agent and mother as second, mechanically stable agent.

3 bis 7: Ausführungsformen der PTFE-Welle im Querschnitt (oben) und Längsschnitt (unten). 3 to 7 : Embodiments of the PTFE shaft in cross section (top) and longitudinal section (bottom).

8 bis 9: Ausführungsformen der Mutter im Querschnitt (oben) und Längsschnitt (unten). 8th to 9 : Embodiments of the nut in cross section (top) and longitudinal section (bottom).

10: Verteilerplatte aus PTFE. 10 : Distributor plate made of PTFE.

11: Andrückplatte aus PTFE. 11 : Pressure plate made of PTFE.

12 bis 13: Innenfläche, das heißt zur Membran gerichtete Seite von Endplatten (Mäander-, Füßchenstruktur). 12 to 13 : Inner surface, ie side of end plates facing towards the membrane (meandering, foot structure).

14: Innenfläche einer Spannplatte mit Aussparungen und mit drei Bohrungen für eine Verteilerplatte. 14 : Inner surface of a clamping plate with recesses and with three holes for a distributor plate.

15: Innen- oder Außenfläche einer Spannplatte, bei der keine Verteilerplatte vorgesehen ist. 15 : Inner or outer surface of a clamping plate where no distributor plate is provided.

16: Gesamtansicht einer Brennstoffzelle mit erfindungsgemäßem Medienanschluss. 16 : Overall view of a fuel cell with inventive media connection.

17: Blindstopfen (PTFE). 17 : Blind plug (PTFE).

18: Kunststoffhülse (Polyimid). 18 : Plastic sleeve (polyimide).

19: Unterlegscheibe (Polyimid). 19 : Washer (polyimide).

1 und 2 zeigen einen Medienanschluss, der aus einer jeweils mechanisch stabilen Mutter 2a, b zur gasdichten Befestigung und einer korrosionsstabilen PTFE-Welle 3 für das Medium besteht. Der obere Teil zeigt Aufsichten, der untere Teil einen Querschnitt des Medienanschlusses. Der korrosionsstabile, medienführende Anschluss 3 wird vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise aus PTFE oder aus Polyimid(PI-)-Kunststoff gefertigt. Der Unterschied zwischen den Figuren liegt in der PTFE-Welle 3 als korrosionsstabiles medienführendes Mittel und den dazu gehörigen Mutter 2a, b. 1 zeigt eine in der Mutter 2a versenkbare PTFE-Welle 3, bestehend aus einem Schaft 3a und einer vom Durchmesser her kleinen Anpressfläche 3b, welche zusätzlich über einen O-Ring gasdicht mit einer Brennstoffzelle verbunden werden kann. Der O-Ring wird in die Anpressfläche 3b eingesetzt. Die Mutter 2a weist eine Aussparung für die Anpressfläche 3b auf. 2 zeigt eine unversenkte PTFE-Welle 3, bestehend aus Schaft 3a und vom Durchmesser her großen Anpressfläche 3c. Über die große Anpressfläche 3c wird die PTFE-Welle 3 besonders vorteilhaft ohne Einsatz von zusätzlichen O-Ringen über die Mutter 2b mit der MEA einer Brennstoffzelle verbunden. 1 and 2 show a media connection, which consists of a mechanically stable nut 2a , b for gas-tight fastening and a corrosion-resistant PTFE shaft 3 for the medium exists. The upper part shows top views, the lower part shows a cross-section of the media connection. The corrosion-resistant, media-carrying connection 3 is preferably made of plastic, for example made of PTFE or polyimide (PI) - plastic. The difference between the figures lies in the PTFE shaft 3 as a corrosion-resistant media-carrying agent and the associated mother 2a , b. 1 shows one in the mother 2a Retractable PTFE shaft 3 consisting of a shaft 3a and a diameter-small contact surface 3b , which can also be connected via an O-ring gas-tight with a fuel cell. The O-ring is in the contact surface 3b used. The mother 2a has a recess for the contact surface 3b on. 2 shows an undeflected PTFE shaft 3 , consisting of shaft 3a and the diameter of large contact surface 3c , About the large contact surface 3c becomes the PTFE shaft 3 particularly advantageous without the use of additional O-rings over the nut 2 B connected to the MEA of a fuel cell.

3 bis 7 zeigen jeweils Ausführungsformen von PTFE-Wellen im Querschnitt (oben) und Längsschnitt (unten). PTFE-Wellen 3 der 3 bis 7 können versenkbar sein. 3 und 4 zeigen eine PTFE-Welle 3, welche in den Anpressflächen 3b eine Aussparung 3d für einen O-Ring aufweist. 5 und 6 zeigen eine PTFE-Welle 3 mit großer Anpressfläche 3c mit abgewinkeltem Boden. 7 zeigt eine nicht versenkbare PTFE-Welle 3, die über die große Anpressfläche 3c direkt mit einer Brennstoffzelle verbunden wird. 3 to 7 show in each case embodiments of PTFE shafts in cross section (top) and longitudinal section (bottom). PTFE waves 3 of the 3 to 7 can be retractable. 3 and 4 show a PTFE shaft 3 , which in the contact surfaces 3b a recess 3d for an O-ring. 5 and 6 show a PTFE shaft 3 with large contact surface 3c with angled bottom. 7 shows a non-retractable PTFE shaft 3 that have the big contact surface 3c is connected directly to a fuel cell.

8 und 9 zeigen Mutter 2a, b im Querschnitt (oben) und im Längsschnitt (unten) als zweites, mechanisch stabiles Mittel. In 8 ist eine Mutter 2a gezeigt, in die eine PTFE-Welle 3 inklusive Anpressfläche versenkt werden kann, angedeutet als gestrichelte Linie. 9 zeigt eine Mutter 2b, aus der eine PTFE-Welle 3 herausragen würde, das heißt in dieser Ausführungsform der Mutter 2b würde die PTFE-Welle 3 nicht versenkt. 8th and 9 show mother 2a , b in cross section (top) and in longitudinal section (bottom) as a second, mechanically stable means. In 8th is a mother 2a shown in a PTFE shaft 3 including contact surface can be sunk, indicated as a dashed line. 9 shows a mother 2 B from which a PTFE shaft 3 would protrude, that is, in this embodiment, the mother 2 B would the PTFE shaft 3 not sunk.

Alle PTFE-Wellen sind prinzipiell mit beiden Mutter kompatibel, solange die Maße der PTFE-Welle und der Mutter aneinander angepasst sind.All PTFE shafts are in principle compatible with both nuts, as long as the dimensions the PTFE shaft and the nut are adapted to each other.

10 zeigt ein weiteres korrosionsstabiles Mittel zur Verteilung der Medien in der Brennstoffzelle, wobei die PTFE-Welle 3 als korrosionsstabile Mittel gasdicht über eine Mutter 2a, b als zweites mechanisch stabiles Mittel mit der Brennstoffzelle verbunden ist. Dieses zusätzliche Mittel ist eine Verteilerplatte 4 aus PTFE. Die Innenfläche der Verteilerplatte 4 weist einen Winkel von 90° auf; dies dient der Stabilität. Die Bohrung 4a am unteren Ende kann sich genauso gut auch in der Mitte befinden. Es können auch weitere Bohrungen z. B. insgesamt drei an jeweils an einem Ende sowie in der Mitte der Verteilerplatte 4 vorliegen. Die Bohrung dient dazu, das Medium, das über die Anpressfläche 3b, c einer PTFE-Welle 3 an die MEA herangeführt wird, aufzunehmen und über die MEA gleichmäßig zu verteilen. Hierzu wird die PTFE-Welle 3 mit ihrer Anpressfläche 3b, c in der Bildebene der 10 von hinten an die Bohrung 4a geführt, so dass die Anpressfläche 3b, c über die Mutter 2 an die Außenfläche des Verteilers 4, bzw. an die Bohrung 4a gepresst wird. Im Betrieb wird die PTFE-Verteilerplatte 4 über den Druck, den das zweite mechanisch stabile Mittel auf die Anpressfläche 3b, c ausübt nach innen an die MEA der Brennstoffzelle gepresst. Die Anpressfläche 3b, c der PTFE-Welle 3 wird somit gegen die Verteilerplatte 4 gepresst. Die Verteilerplatte 4 wird wiederum an eine Elektrode einer Brennstoffzelle gepresst. 10 shows another corrosion-resistant means for distributing the media in the fuel cell, wherein the PTFE shaft 3 as corrosion-resistant agent gastight via a nut 2a , B is connected as the second mechanically stable means to the fuel cell. This additional means is a distributor plate 4 made of PTFE. The inner surface of the distributor plate 4 has an angle of 90 °; this is for stability. The hole 4a at the bottom can be just as good in the middle. There may also be more holes z. B. a total of three at each end and in the middle of the distributor plate 4 available. The hole serves to move the medium over the contact surface 3b , c a PTFE shaft 3 to the MEA and to distribute it evenly across the MEA. For this purpose, the PTFE shaft 3 with their contact surface 3b , c in the picture plane of the 10 from the back to the hole 4a guided, so that the contact surface 3b , c about the mother 2 to the outside surface of the distributor 4 , or to the hole 4a is pressed. In operation, the PTFE distributor plate 4 about the pressure that the second mechanically stable agent has on the contact surface 3b , c exerts inward pressed against the MEA of the fuel cell. The contact surface 3b , c of the PTFE shaft 3 thus becomes against the distributor plate 4 pressed. The distributor plate 4 is in turn pressed against an electrode of a fuel cell.

Es kann zudem, wie in 11 dargestellt, eine Andrückplatte 5 vorgesehen sein. Die Andrückplatte 5 weist eine Bohrung 5a im unteren Teil auf, analog der Bohrung 4a der Verteilerplatte 4. Die Andrückplatte 5 ist im Betrieb der Brennstoffzelle in einer Aussparung einer Spannplatte (siehe unten, 14) zusammen mit der Verteilerplatte 4 und auf dieser angeordnet. Hierzu ist in der Spannplatte 14 eine passgenaue Aussparung zur Aufnahme der Verteilerplatte 4 und der Andrückplatte 5 vorgesehen. Die Andrückplatte 5 dient dazu, gleichmäßig Kraft auf die Verteilerplatte 4 ausüben zu können. Dadurch wird die Gasdichtigkeit besser gewährleistet. Auch die Andrückplatte 5 kann zusätzliche Bohrungen 5a z. B. auch in der Mitte aufweisen. Je nach weiteren Verteilerstrukturen innerhalb der MEA (siehe die unten näher beschriebenen Endplatten mit Mäander- oder Füßchenstruktur zur Verteilung der Medien, 12 und 13) können auch mehrere PTFE-Wellen 3 über zusätzliche Bohrungen in der Verteilerplatte 4 über Andrückplatten 5 mit der MEA der Brennstoffzelle gasdicht verbunden sein.It can also, as in 11 shown, a pressure plate 5 be provided. The pressure plate 5 has a hole 5a in the lower part, analogous to the bore 4a the distributor plate 4 , The pressure plate 5 is in operation of the fuel cell in a recess of a clamping plate (see below, 14 ) together with the distributor plate 4 and arranged on this. This is in the clamping plate 14 a precisely fitting recess for receiving the distributor plate 4 and the pressure plate 5 intended. The pressure plate 5 serves to force evenly on the distributor plate 4 to be able to exercise. As a result, the gas-tightness is better ensured. Also the pressure plate 5 may require additional drilling 5a z. B. also in the middle. Depending on further distribution structures within the MEA (see the end plates with meander or foot structure described below in more detail below for distributing the media, 12 and 13 ) can also have multiple PTFE shafts 3 via additional holes in the distributor plate 4 over pressure plates 5 be gas-tight connected to the MEA of the fuel cell.

12 bis 13 zeigen die Innenflächen, das heißt die zur MEA gerichtete Seite solcher Endplatten 12 bzw. 13 mit Mäanderstruktur bzw. Füßchenstruktur zur Verteilung der Betriebsmittel innerhalb der Brennstoffzelle. Die Endplatten 12 bzw. 13 bestehen aus Graphit und sind zur Erhöhung der Dichtigkeit geschliffen. Die Endplatten können optional auch aus Titan hergestellt sein. In 12 weist die dargestellte Innenseite der Endplatte eine Mäanderstruktur auf. Die die Mäanderstruktur flankierenden durchgehenden acht Bohrungen 12a (nur eine der Bohrungen ist mit Bezugszeichen versehen) am Rand der Endplatte liegen beim Zusammenbau der Brennstoffzelle passgenau auf den Bohrungen 14a oder 15a einer unten näher beschriebenen Spannplatte (14 und 15). Die Bohrungen dienen der Verschraubung der Brennstoffzelle im Betrieb. Verdeckt dargestellt sind an den Ecken der Mäanderstruktur die Bohrungen, über die die Betriebsmittel über die PTFE-Welle 3 zu- bzw. abgeführt werden. Der untere Teil der 12 zeigt einen Querschnitt entlang der Achse A-A. 12 to 13 show the inner surfaces, that is, the MEA-facing side of such end plates 12 respectively. 13 with meander structure or foot structure for distributing the resources within the fuel cell. The end plates 12 respectively. 13 consist of graphite and are ground to increase the tightness. The end plates can optionally also be made of titanium. In 12 The illustrated inside of the end plate has a meandering structure. The meander structure flanking through eight holes 12a (Only one of the holes is provided with reference numerals) are at the edge of the end plate during assembly of the fuel cell precisely on the holes 14a or 15a a clamping plate described in more detail below ( 14 and 15 ). The holes are used to screw the fuel cell in operation. Concealed at the corners of the meander structure are the holes through which the equipment passes through the PTFE shaft 3 be added or removed. The lower part of the 12 shows a cross section along the axis AA.

In 13 weist die Innenseite der Endplatte eine Füßchenstruktur auf. Die die Füßchenstruktur flankierenden durchgehenden acht Bohrungen 13a am Rand der Endplatte liegen beim Zusammenbau der Brennstoffzelle passgenau auf den Bohrungen 14a oder 15a der Spannplatte (14 und 15). Sie dienen der Verschraubung der Brennstoffzelle im Betrieb. Verdeckt dargestellt sind an den Ecken der Füßchenstruktur die Bohrungen, über die die Betriebsmittel über die PTFE-Welle 3 zu- und abgeführt werden. Der untere Teil der 13 zeigt im Querschnitt entlang der Achse A-A unter anderem diese Bohrung (links) über die das Betriebsmittel an die Brennstoffzelle heran- oder abgeführt wird.In 13 For example, the inside of the end plate has a foot structure. The feet structure flanking through eight holes 13a at the edge of the end plate lie during assembly of the fuel cell accurately on the holes 14a or 15a the clamping plate ( 14 and 15 ). They serve to screw the fuel cell in operation. Concealed at the corners of the foot structure are the holes, over which the resources on the PTFE shaft 3 be added and removed. The lower part of the 13 shows in cross-section along the axis AA, inter alia, this bore (left) over which the resource to the fuel cell zoom is removed or.

14 zeigt die Innenfläche einer Spannplatte 14. Insgesamt acht flankierende Bohrungen 14a, von denen aus Platzgründen nur eine mit dem Bezugszeichen markiert ist, sind dargestellt. Zentral angeordnet sind zwei längliche Aussparungen 14b für zwei Verteilerplatten 4 und zwei Andrückplatten 5 mit insgesamt jeweils drei Bohrungen 14b1 (nur an der rechten Aussparung mit Bezugszeichen versehen). Diese Struktur ist geeignet für eine Endplatte mit Füßchenstruktur auf der Innenseite der Endplatte. Die Medien werden über die Bohrungen und den daran befestigten Medienanschlüssen 2, 3 gleichmäßig über die gesamte Kantenlänge der Füßchenstruktur zugeführt. Dann weist auch die Verteilerplatte 4 und die Andrückplatte 5 drei Bohrungen auf. Bei einer Mäanderstruktur auf der Innenseite der Endplatte kann auf die mittlere und eine weitere der insgesamt drei Bohrungen 14b1 verzichtet werden, so dass nur eine Bohrung für eine Ecke der Mäanderstruktur verbleibt (15). Dann kann die Verteilerplatte 4 und die Andrückplatte 5 der 10 und 11 verwendet werden. Es können neben einem Medienanschluss 2, 3 an Stelle der Andrückplatte 5 in zwei der Bohrungen 14b1 auch Blindstopfen 17 (17), insbesondere aus PTFE eingeführt werden und über Muttern 2 analog des Medienanschlusses gegen die MEA gepresst werden. Hierdurch wird wie im Falle der Andrückplatte 5 eine gleichmäßige Flächenanpressung der Verteilerplatte 4 gegen die MEA der Brennstoffzelle erzielt und die Gasdichtigkeit erhöht. 14 shows the inner surface of a clamping plate 14 , A total of eight flanking holes 14a , of which space reasons only one is marked with the reference symbol are shown. Centrally arranged are two elongated recesses 14b for two distributor plates 4 and two pressure plates 5 with a total of three holes 14b1 (only provided on the right-hand recess with reference numerals). This structure is suitable for a pedestal end plate on the inside of the end plate. The media will pass through the holes and attached media ports 2 . 3 fed evenly over the entire edge length of the foot structure. Then also points the distributor plate 4 and the pressure plate 5 three holes on. In a meandering structure on the inside of the end plate may be on the middle and another of the three holes 14b1 be omitted, so that only one hole for a corner of the meander structure remains ( 15 ). Then the distributor plate can 4 and the pressure plate 5 of the 10 and 11 be used. It can be next to a media connection 2 . 3 in place of the pressure plate 5 in two of the holes 14b1 also blind plug 17 ( 17 ), in particular of PTFE, and nuts 2 be pressed against the MEA analogue of the media connection. As a result, as in the case of the pressure plate 5 a uniform surface pressure of the distributor plate 4 achieved against the MEA of the fuel cell and increases the gas-tightness.

15 zeigt die Innen- bzw. Außenseite einer Spannplatte 15, die z. B. für eine Mäanderstruktur einer Endplatte vorgesehen ist. Acht Bohrungen 15a, von denen nur eine mit dem Bezugszeichen markiert ist dienen der Verschraubung der Brennstoffzelle im Betrieb. Diagonal zueinander und zentral angeordnet sind zwei Bohrungen 15b zur direkten Verschraubung der PTFE-Welle 3 ohne Verteilerplatte 4. Bei einer Füßchenstruktur einer Endplatte, welche sich an der Innenseite anschließen würde, könnten z. B. zwei weitere oder noch mehr Bohrungen 15b vorliegen. Auf diese Weise würde die gleichmäßige Zufuhr der Medien an die Endplatten verbessert. 16 zeigt eine Gesamtansicht einer Brennstoffzelle umfassend den erfindungsgemäßen Medienanschluss 2, 3. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Komponenten sind Mittel 18, 19 dargestellt, die einen Kurzschluss an der Brennstoffzelle verhindern. Dies sind Kunststoffhülsen 18 (s. auch 18), die in den jeweils acht Bohrungen beider Endplatten eingesetzt werden, um einen Kontakt der metallischen VA-Schrauben (nicht dargestellt) mit den Wänden der Bohrungen innerhalb der Endplatte zu verhindern. Es sind Kunststoffhülsen aus Polyimid vorgesehen. Weiterhin sind Unterlegscheiben 19 (s. auch 19) dargestellt, die ebenfalls der Vermeidung von Kurzschlüssen dienen. Verteilerplatte 4 ist zur MEA gerichtet und in einer Aussparung einer Spannplatte 14 zusammen mit einer Andrückplatte (nicht dargestellt) angeordnet. Die Verteilerplatte 4 ragt somit von außen an eine Endplatte, hier mit innen liegender Mäanderstruktur (s. auch 12), heran. Daher sind von beiden Seiten der Brennstoffzelle jeweils zwei Blindstopfen 17 oben (z. B. Zuführungsseite des Mediums) und unten (z. B. Abführungsseite des Mediums) vorgesehen, die jeweils eine Andrückplatte an die Verteilerplatte 4 über die Mutter pressen. Die Verteilerplatte 4 ist auf Grund der Darstellungsweise nur in der Bildebene hinten eingezeichnet. Bezugszeichen zu den Blindstopfen 17 und den Mutter 2 sind nur in der Bildebene vom eingezeichnet. Rechts oben an der äußeren Seite der in der Blattebene vorne liegenden Spannplatte 14 ist die Zuführung eines ersten Mediums über Teflonwelle 3a vorgesehen. Links unten an der äußeren Seite der in der Blattebene vorne liegenden Spannplatte 14 ist die Abführung des ersten Mediums über die Teflonwelle 3a vorgesehen. Durch die in der Blattebene hinten liegende Spannplatte 14 wird das jeweils andere Medium der Brennstoffzelle zu- und abgeführt. 15 shows the inside and outside of a clamping plate 15 that z. B. is provided for a meandering structure of an end plate. Eight holes 15a of which only one is marked with the reference symbol serve to screw the fuel cell in operation. Diagonal to each other and arranged centrally are two holes 15b for direct screwing of the PTFE shaft 3 without distributor plate 4 , In a foot structure of an end plate, which would connect to the inside, z. B. two more or more holes 15b available. In this way, the uniform supply of the media to the end plates would be improved. 16 shows an overall view of a fuel cell comprising the media connection according to the invention 2 . 3 , In addition to the components already described are means 18 . 19 shown, which prevent a short circuit to the fuel cell. These are plastic sleeves 18 (see also 18 ) which are inserted into each of the eight holes of both end plates to prevent contact of the metallic VA screws (not shown) with the walls of the holes within the end plate. Plastic sleeves made of polyimide are provided. Furthermore, there are washers 19 (see also 19 ), which also serve to avoid short circuits. distribution plate 4 is directed to the MEA and in a recess of a clamping plate 14 arranged together with a pressure plate (not shown). The distributor plate 4 protrudes from the outside of an end plate, here with internal meander structure (s 12 ). Therefore, from both sides of the fuel cell are each two blind plugs 17 above (eg supply side of the medium) and below (eg discharge side of the medium) provided, each having a pressure plate to the distributor plate 4 press over the mother. The distributor plate 4 is drawn on the basis of the representation only in the image plane back. Reference to the blind plug 17 and the mother 2 are only drawn in the picture plane of. Top right at the outer side of the plate plane lying in front of the sheet plane 14 is the supply of a first medium via Teflon wave 3a intended. Lower left on the outer side of the plate lying in front of the sheet plane 14 is the removal of the first medium via the teflon shaft 3a intended. Due to the back plate in the leaf plane 14 the other medium of the fuel cell is added and removed.

Alle gezeigten Maße sind variabel. Im Rahmen der Erfindung sollen daher auch weitere Maße, beispielsweise von Bohrungen, PTFE-Wellen, Mutter und so weiter geschützt sein, beispielsweise zur Anpassung an große Brennstoffzellen oder Brennstoffzellenstapel.All shown dimensions are variable. In the context of the invention, therefore, other Dimensions, for example protected by bores, PTFE shafts, nut and so on for example for adaptation to large fuel cells or fuel cell stacks.

Weiterhin sind die in 14 und 15 gezeigten Spannplatten prinzipiell sowohl für eine Mäanderstruktur als auch für eine Füßchenstruktur oder auch für anders gestaltete bipolare Platten, beispielsweise mit parallel und voneinander getrennten Kanälen, verwendbar.Furthermore, the in 14 and 15 shown clamping plates in principle for both a meandering structure as well as for a Füßchenstruktur or for differently shaped bipolar plates, for example, with parallel and separate channels used.

Claims

Media connection ( 2 . 3 ) for the passage of media through the end plate of a low-temperature fuel cell to and from individual membrane electrode units, characterized in that - the media connection is designed in two parts, - that the media connection a shaft as a first corrosion-stable agent ( 3 ), which is provided for passing the medium, and wherein the shaft is a contact surface ( 3b . 3c ), which is provided for the gas-tight connection with the membrane electrode unit of the fuel cell, - that the media connection a metallic screw as a second, mechanically stable means ( 2 ), and which is provided for the gas-tight connection of the shaft to the fuel cell.

Media connection according to claim 1, with a shaft made of PTFE.

Media connection according to one of the preceding claims 1 to 2, where the shaft in addition has an O-ring.

Media connection according to one of the preceding claims 1 to 3, with a nut as a metallic screw connection.

Media connection according to one of the preceding claims 1 to 4, with a distributor plate ( 4 ) for uniform distribution of the media in the fuel cell.

Media connection according to one of the preceding claims 1 to 4, with a pressure plate ( 5 ) to increase the gas-tightness of the fuel cell.

Media connection according to one of the preceding claims 1 to 4, with one or more blind plugs ( 17 ) to increase the gas-tightness of the fuel cell.

Use of a media connection according to one of previous claims 1 to 7 in a fuel cell.

Use of a media connection according to one of claims 1 to 7 in a fuel cell stack.