DE10245475B4 - Bipolarplatte - Google Patents

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Abstract

Bipolarplatte (1) für Brennstoffzellenstacks, welche zwei elektrisch miteinander verbundene Außenflächen (2, 3) zur elektrischen Kontaktierung sowie Ab- und Zufuhr von Gasen und/oder Flüssigkeiten zu den Außenflächen benachbarten Flächen (4, 5) von Brennstoffzellen aufweist, wobei
– die Bipolarplatte eine erste (2) und zweite (3) Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte (6) aufweist, wobei die Versorgungsplatte
– Kühlkanäle (7) zum Kühlen der Außenplatten (2, 3) sowie
– erste Kanäle (8), welche in erste Öffnungen (9) der ersten Außenplatte (2) münden und
– zweite Kanäle (10), welche in zweite Öffnungen (11) der zweiten Außenplatte (3) münden, aufweist, und
– die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- (8.1) und erste Abführkanäle (8.2) ausgeführt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen (9) möglich ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für Brennstoffzellenstacks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei PEM-Brennstoffzellen (Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen) werden üblicherweise mehrere Brennstoffzellen (bezeichnet auch als Elektroden-Membran-Einheit, EME) aufeinander geschichtet zu einem Brennstoffzellenstack. Die Abtrennung zwischen den einzelnen Zellen erfolgt durch Bipolarplatten, die folgende Funktion übernehmen:
    • – Elektrische Kontaktierung der Elektroden der Brennstoffzellen und Weiterleitung des Stroms zur benachbarten Zelle (Serienschaltung der Zellen),
    • – Versorgung der Zellen mit Reaktionsgasen und Abtransport des erzeugten Wassers über eine entspre chende Kanalstruktur,
    • – Weiterleiten der bei der Reaktion in den Brennstoffzellen entstehenden Abwärme, sowie
    • – Abdichten der verschiedenen Gas- bzw. Kühlkammern gegeneinander und nach außen.
  • Bisher wurden für Bipolarplatten meist grafitischen Werkstoffe eingesetzt. Der Vorteil der Werkstoffgruppe lag in ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und in Hinblick auf die mobile Anwendungen auch auf ihrer geringen Materialdichte. Die Anfälligkeit auf Zugspannungen und die damit verbundene Sprödigkeit von Grafit engt jedoch die Wahl des Formgebungsverfahrens für die Strukturierung stark ein. Die spanende Formgebung stellt dabei keine Option für eine kostengünstige Massenproduktion dar.
  • Weiterhin sind dem Design von grafitgebundenen Strukturplatten Grenzen bezüglich der Strukturstärke gesetzt. Der Grund hierfür liegt zum einen an der bereits erwähnten Sprödigkeit von Grafit und andererseits an der Restporosität des Werkstoffes, die stets die Gefahr einer unzulässigen Gaspermeabilität in sich birgt.
  • Als Alternative ist es auch versucht worden, metallische Bipolarplatten aus Edelstahl oder Titan herzustellen. Hierbei ergeben sich Nachteile in Bezug auf Korrosion sowie bezüglich der Kosten. Die Herstellung komplizierter Kanalstrukturen mit metallischen Platten erfordert sehr aufwendige Formgebungsverfahren, welche den Bau dieser Bipolarplatten stark verteuern. Hierbei ist zu beachten, daß bei aus mehreren Teilen aufgebauten Bipolarplatten oft Zusatzprobleme in Be zug auf die Dichtigkeit entstehen können.
  • Die nachveröffentlichte DE 699 02 259 T2 bzw. die vorveröffentlichte WO 99/60643 zeigen bipolare Platten für elektrochemische Zellen. Hierin ist ein mehrschichtiger Aufbau gezeigt, wobei rohrförmige Kühlkanäle in eine glasfaserverstärkte Kunststofflage eingebunden sind, welche beidseitig mit Kohlenstoffpapierlagen belegt sind.
  • Die DE 697 05 016 T2 zeigt gelötete bipolare Platten für Brennstoffzellen mit einem Polymerelektrolyt. Diese zeigt einen mehrschichtigen Aufbau von Bipolarplatten, wobei auf eine innere Platte zwei Außenplatten beispielsweise aufgelötet sind.
  • Die WO 02/23645 A2 zeigt einen Bipolarplattenaufbau für Brennstoffzellen. Zwei im Querschnitt zickzackförmige Trennplatten, welche mit den Kanten aufeinander liegend angeordnet sind und welche an ihren Außenseiten zusätzlich mit Außenplatten belegt sind, sorgen hierfür für einen Aufbau, welcher eine zentrale Kühlmittelführung zulässt und in dem Raum zwischen Außenplatten und der jeweils angrenzenden Zickzackplatte eine Medienführung erlaubt.
  • Die DE 195 42 475 C2 sowie die DE 100 25 207 A1 zeigen weitere Beispiele mehrschichtiger Bipolarplatten.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine leichtbauende, kleinvolumige und preiswerte Bipolarplatte zur Verfügung zu stellen, welche im Sinne der obigen Anforderungen gute Leitfähigkeit, Korrosionsfestigkeit, funktionierende Medienversorgung, Küh lung sowie Dichtigkeit zeigt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Bipolarplatte nach Anspruch 1 gelöst.
  • Diese zeigt eine Bipolarplatte (1) für Brennstoffzellenstacks, welche zwei elektrisch miteinander verbundene Außenflächen (2, 3) zur elektrischen Kontaktierung sowie Ab- und Zufuhr von Gasen und/oder Flüssigkeiten zu den Außenflächen benachbarten Flächen (4, 5) von Brennstoffzellen aufweist, wobei
    • –– die Bipolarplatte eine erste (2) und zweite (3) Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte (6) aufweist, wobei die Versorgungsplatte
    • – Kühlkanäle (7) zum Kühlen der Außenplatten (2, 3) sowie
    • – erste Kanäle (8), welche in erste Öffnungen (9) der ersten Außenplatte (2) münden und
    • – zweite Kanäle (10), welche in zweite Öffnungen (11) der zweiten Außenplatte (3) münden, aufweist und
    • – die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- (8.1) und erste Abführkanäle (8.2) ausgeführt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen (9) möglich ist.
  • Die ersten bzw. zweiten Öffnungen dienen hierbei zur Versorgung des Kathoden- bzw. Anodengasraums mit z.B. molekularem Wasserstoff/Sauerstoff oder Luft bei PEM-Brennstoffzellen. Besonders vorteilhaft ist, dass sich ein einfacher modularer Aufbau für die Bipolarplatte ergibt. Die Versorgungsplatte kann z.B. als Spritzgussteil aus leichten Materialien (insbesondere Kunststoffen) aufgebaut werden. Die Kanalstrukturen sind einfach vorzusehen.
  • Eine zentrale Idee ist, dass die Werkstoff von Außenplatten sowie Versorgungsplatte ihren Anforderungen gemäß variiert werden können, d.h. dass für die Versorgungsplatte ein kostengünstig formbares Material zur Kanalbildung vorgesehen werden kann und für die Außenplatten günstige elektrisch leitfähige Materialien guter Stabilität vorgesehen werden können. Hierbei bildet die der Versorgungsplatte zugewandte Innenseite der jeweiligen Außenplatte vorteilhafterweise eine Begrenzungswand für Kanäle, so dass kein aufwendiges geschlossenes Kanalsystem innerhalb der Versorgungsplatte mit aufwendigen Hinterschneidungen nötig ist. Außerdem ist es einfach möglich, die Kanäle in der Versorgungsplatte mit einem geringen Strömungswiderstand vorzusehen, was eine gute Voraussetzung für eine gleichmäßige Gasversorgung sowie einen hohen Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellenstacks darstellt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- und erste Abführkanäle ausgeführt sind, welche voneinander getrennt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen diesen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen, d.h. durch die erste Außenplatte hindurch möglich ist. Hiermit wird mit einfach aufgebauten Kanalstrukturen eine gezielte Gasführung auf breiter Fläche der der Versorgungsplatte abgewandten Seite der ersten Außenplatte erzielt, wenn diese flächig mit einer Gasdiffusionsschicht zur Gasversorgung einer Membran verbunden ist. (Zur Erläuterung: Die Zu- und Abführkanäle wurden in den Ansprüchen sowie den obigen Ausfüh rungen immer mit Bezug auf die ersten Kanäle geschildert. Die Verhältnisse sind für die zweiten Kanäle völlig analog, es wurde jedoch aus Gründen der verbesserten Lesbarkeit am Beispiel der ersten Kanäle beschrieben)
  • Bei der Aufspaltung der ersten Kanäle in Zu- sowie Abführkanäle ist auch eine gute Integration der Kühlkanäle möglich, etwa im Bereich zwischen den Zuführ- und Abführkanälen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die ersten und zweiten Kanäle jeweils auf einer Seite der Versorgungsplatte von ihrer jeweiligen Außenplatte abgedeckt werden, wobei im Inneren der Versorgungsplatte die ersten und zweiten Kanäle jeweils nur durch im Wesentlichen parallel zu den Außenplatten verlaufende Begrenzungswände getrennt sind. Dennoch ist es möglich, den Kühlkreislauf in Kanälen über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte zu führen, d.h. daß gleichzeitig beide Außenplatten mit einem einzigen Kühlkanal, welcher von den Außenplatten abgedeckt wird, gekühlt werden, so daß sich insgesamt eine recht homogene Temperatur der bipolaren Platte ergibt.
  • Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, daß die erste bzw. zweite Außenplatte aus Metall bestehen (z.B. Titan, Edelstahl, Aluminium, Kupfer. Je nach Metall bietet es sich an, die Außenplatte als zumindest bereichsweise auf der der Versorgungsplatte abgewandten Seite mit einer korrosionsfesten und elektrisch leitfähigen Schicht zu überziehen.
  • Hierbei ist es besonders vorteilhaft, diese korrosionsfeste Schicht als Trägermasse mit darin eingelegten und/oder eingepressten elektrisch leitfähigen Strukturen vorzusehen, wobei die Strukturen einerseits die unbeschichtete Metallplatte berühren und andererseits aus der der Metallplatte abgewandten Seite der korrosionsfesten Schicht herausragen. Hierbei wird der Korrosionsschutz im Wesentlichen durch die Trägermasse erzielt, welche z.B. aus leitfähigen Duro- oder Thermoplasten oder Epoxydharzen oder Lacken bestehen kann (Leitfähigkeit ist aber nicht zwingend). In jedem Fall muß die korrosionsfeste Schicht aber eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, als elektrisch leitende Strukturen kommen hierbei vorteilhafterweise Grafitfasern, Grafitfaservliese, Grafitkörner oder Titanfasern in Frage. Diese Strukturen können in ihrer Anzahl und Länge so abgestimmt sein, daß in der Einbaulage der Bipolarplatte die aus der Trägermasse herausragenden Strukturen gleichzeitig eine Gasdiffusionsschicht zur gleichmäßigen Verteilung von Versorgungsgasen (etwa molekularem Wasserstoff oder molekularem Sauerstoff oder Luft) von der Bipolarplatte zu einer angrenzenden EME bewirken und somit zusätzliche Diffusionslagen überflüssig machen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die aus der Trägermasse herausragenden Strukturen mit einer weiteren Diffusionsschicht zu verbinden bzw. zu verweben.
  • Die vorliegende Erfindung wird wirtschaftlich besonders interessant, wenn die Versorgungsplatte aus spritzformbaren Kunststoffen hergestellt wird. Um eine elektrische Leitung über die Versorgungsplatte auch bei elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffen zu erreichen, wird hierzu bei Bedarf ein gesondertes elektrisches Brückenelement vorgesehen, welches die erste und die zweite Außenplatte miteinander elektrisch verbindet. Vorzugsweise können diese Außenplatten aus einem Stück gefertigt und mit Hilfe geeigneter Verfahren umgeformt, die Versorgungsplatte umschließend, ausgeführt werden.
  • In die erfindungsgemäße Bipolarplatte sind außerdem Sensoren zur Messung von Temperatur und/oder Druck in den ersten, zweiten bzw. Kühlkanälen möglich. Nach Maßgabe dieser Einrichtungen können dann in der Versorgungsplatte ebenfalls untergebrachte Einheiten zur Regelung des Flusses von Gasen und/oder Flüssigkeiten durch die Kanäle wie Ventile, Blenden oder dergleichen den Fluß durch die Kanäle beeinflussen. Außerdem ist es z.B. möglich, die ersten Öffnungen der ersten Außenplatte entlang der ersten Kanäle zur gezielten Anpassung des Fluidmassenstroms (also z.B. für eine gleichmäßige Gasverteilung auf der der Versorgungsplatte abgewandten Seite der Außenplatte), in Anzahl, Form und Größe zu variieren, so daß eine gleichmäßige Gasausströmung gegeben ist.
    •
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte, welche zwischen zwei Brennstoffzellen eingespannt ist,
  • 2a bis 2b verschiedene dreidimensionale Ansichten einer erfindungsgemäße Versorgungsplatte.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1, welche zwei Brennstoffhalbzellen mit Membranen 4 bzw. 5 voneinander trennt. Zur seitlichen Abdichtung des Kathoden- bzw. Anodengasraums sind zwischen Bipolarplatte und Membran jeweils Dich tungen 15 vorgesehen.
  • Die Bipolarplatte 1 besteht aus einem Verbund einer Versorgungsplatte 6 sowie zwei damit verbundenen Außenplatten, einer ersten Außenplatte 2 und einer zweiten Außenplatte 3. In der Versorgungsplatte 6 sind Kühlkanäle 7 vorgesehen, welche sich über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte erstrecken und an ihrer Ober- bzw. Unterseite von den Außenplatten abgedeckt bzw. abgedichtet werden. Außerdem sind erste Kanäle 8 in der Versorgungsplatte 6 vorgesehen, welche auf ihrer Oberseite durch die erste Außenplatte 2 abgedeckt sind. In der Außenplatte 2 sind Öffnungen 9 vorgesehen, welche einen Gasfluß zu dem von einer Gasdiffusionslage 13 belegten Gasraum zwischen Außenplatte 2 und Membran 5 zulassen. Dieselben Verhältnisse ergeben sich auf der Unterseite der bipolaren Platte für die zweiten Kanäle 10 sowie die korrespondierenden zweiten Öffnungen 11. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird daher im Folgenden primär anhand der ersten Kanäle die Funktion der Erfindung erläutert, wobei sämtliche Ausführungen auch für die zweiten Kanäle entsprechend zutreffen.
  • Die ersten Kanäle 8 sind als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführkanäle 8.1 sowie erste Abführkanäle 8.2 ausgeführt. Wie in 1 zu sehen ist, erfolgt von den ersten Zuführkanälen 8.1 ein Gasfluß durch die Öffnung 9 in den von der Gasdiffusionslage 13 belegten Gaszwischenraum. In umgekehrter Richtung strömt Gas durch die Öffnung 9 in den ersten Abführkanal 8.2. Somit wird gewährleistet, daß die Gasdiffusionslage 13 und somit die Membran 5 gleichmäßig mit Gas beströmt wird. Hierbei findet ein Gasaustausch zwischen erstem Zuführkanal 8.1 und erstem Abführkanal 8.2 quasi über die Außenseite der Außenplatte 2 statt, d.h. dem Raum, in welchem die Gasdiffusionslage eingelegt ist.
  • Die Öffnungen 9 (selbstverständlich gilt dies auch für die Öffnungen 11) sind als entlang des ersten Kanals verlaufende unterbrochene Schlitze ausgeführt. Erfindungsgemäß kann die Anzahl, die Form und die Größe dieser Schlitze in der Außenplatte 2 entlang des ersten Kanals 8 so variiert werden, daß aus allen Öffnungen, unabhängig davon wie weit diese stromauf- bzw. stromabwärts des Kanals angeordnet sind, ein gleichmäßiger Gasstrom entweicht oder eindringt.
  • Für die erste Außenplatte 2 und die zweite Außenplatte 3 steht eine Auswahl von Materialien zur Verfügung. So können diese z.B. aus polymergebundenem Grafit bestehen. Es ist außerdem möglich, die Außenplatten aus Metall (Titan oder Edelstahl) vorzusehen. Der Vorteil von Metall liegt hierbei in den niedrigen Kosten des Grundmaterials, außerdem ist die Bearbeitung mit üblichen Methoden möglich, so können besonders einfach Prägungen in die Platte eingebracht werden oder auch die Öffnungen 9 bzw. 11, etwa durch Bohren, Stanzen etc. in die Außenplatte eingebracht werden. Insbesondere bei einigen Metallen ist es jedoch aus Korrosionsschutzgründen sinnvoll, eine Grundplatte aus Metall mit einem korrosionsfesten und dennoch elektrisch leitfähigen Überzug zu versehen (dies bietet sich insbesondere bei kostengünstigen Stählen an).
  • Hierbei kann eine korrosionsfeste Schicht mit einer Trägermasse mit darin eingelegten elektrisch leitfähigen Strukturen vorgesehen werden, wobei die Strukturen die metallische Grundplatte berühren und aus der der Grundplatte abgewandten Seite der korrosions festen Schicht herausragen, also in Richtung zu der Membran 5 in 1. Der Vorteil einer solchen Konstruktion ist, daß hohe elektrische Leitfähigkeit zwischen der Grundplatte der Außenplatte 2 sowie einer Membran 5 erzielt wird. Je nach Ausführung der aus der Trägermasse herausragenden leitfähigen Schichten können diese sogar die Funktion der Gasfeinverteilung mit übernehmen und somit eine gesonderte Gasdiffusionslage 13 überflüssig machen.
  • Die Außenplatten 2 und 3 können auf verschiedene Weisen mit der Versorgungsplatte 6 verbunden werden. So ist es möglich, sie durch vollflächiges Kleben, Schweißen oder Löten zu fügen. Abhängig von den Werkstoffpaarungen ist hierbei darauf zu achten, daß durch die Verbindung eine ausreichende Dichtung der Kanäle untereinander gegeben ist.
  • 2a und 2b zeigen unterschiedliche dreidimensionale Ansichten einer erfindungsgemäßen Versorgungsplatte 6. Diese ist aus einem Kunststoff (z.B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polyoxymethylen) in einem Spritzgußverfahren hergestellt. Bei elektrisch nicht leitenden Kunststoffen ist jedoch zu beachten, daß ein gesondertes elektrisches Brückenelement (in 1 mit Bezugszeichen 22 bezeichnet) zur elektrischen Verbindung der beiden umgebenden Außenplatten 2 und 3 für die elektrische Serienschaltung mehrerer Brennstoffzellen vorgesehen wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Versorgungsplatte als ein Metallspritzgussteil (z.B. Aluminiumdruckguss) vorzusehen. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß gegebenenfalls im Bereich der Kanäle eine korrosionsfeste Beschichtung der Metalle vorzusehen ist.
  • 2a zeigt eine schräge Draufsicht einer Versor gungsplatte 6. Hierbei sind die ohne Außenplatte 2 offenen ersten Kanäle 8 auf der Oberseite zu erkennen, welche einerseits als erste Zuführkanäle 8.1 und andererseits als erste Abführkanäle 8.2 ausgeführt sind. Außerdem sind Kühlkanäle 7 vorgesehen, welche zwischen den Zu- und Abführkanälen entlanglaufen und sich zumindest bereichsweise über die volle Höhe der Versorgungsplatte 6 erstrecken.
  • Zur besseren Verdeutlichung der räumlichen Struktur der Versorgungsplatte 6 sind in 2a und 2b Querschnitte in schraffierter Form eingezeichnet. Es ist zu sehen, daß die Versorgungsplatte 6 keine Hinterschneidungen aufweist. Dies ist ein bedeutsamer fertigungstechnischer Vorteil. Das Schließen der Kanäle erfolgt regelmäßig durch das Aufbringen der ersten und zweiten Außenplatte, so daß dann, abgesehen von den Öffnungen zum Gasein- bzw. -ausströmen die Kanalquerschnitte vollkommen geschlossen sind.
  • Zur Erklärung sei hinzugefügt, daß die Kühlmittelzuleitung 16 über Zuführschlitze 7.1 mit den Kühlkanälen 7 verbunden ist, so daß die Zuführung neuen Kühlmittels zu den Kühlkanälen 7 möglich ist. Im Schnitt der Ebene A-A (diese Schnittebene entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 1) sind "H"-förmige Schnitte zu sehen. Es sei gesagt, daß die Kühlkanäle 7 sich in dieser Schnittebene über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte 6 ziehen, durch eine Zwischenwand getrennt sind die ersten Kanäle 8 sowie die darunter liegenden zweiten Kanäle 10. Zum vereinfachten Verständnis sei gesagt, daß der dreidimensionale Körper im Wesentlichen bezüglich der in 2a eingezeichneten Achse S symmetrisch ist.
  • Abschließend wird nun mit Fokus auf 2b der Gasfluß in einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte anhand einer dreidimensionalen Zeichnung der Versor gungsplatte 6 am Beispiel der Medien H2, O2 sowie H2O (als Kühlmittel) gezeigt. Die Zuführungen für H2O (16), H2 (18) und O2 (20) sowie die Ableitungen für H2O (17), H2 (19) sowie O2 (21) und erzeugtem Wasserdampf sind mit einem zentralen Medienver- und -entsorgungssystem des Brennstoffzellenstacks verbunden. Dieses ist orthogonal zu den Einzelzellen bzw. Bipolarplatten, entlang der Gesamtlänge des Stacks angeordnet und versorgt so die Einzelzellen des Stacks gleichzeitig mit den Reaktionsgasen und dem Kühlwasser; überschüssige Gase und Reaktionsprodukte werden abgeführt. Das H2O fließt von der Zuleitung 16 ausgehend über die Kanäle 7.1 (siehe 2a) durch die Kanäle 7 etc. zu der Ableitung 17. Von der Zuleitung 18 aus fließt H2 in erste Zuführkanäle 8.1. Da innerhalb der Versorgungsplatte 6 keine Verbindung zu der Ableitung 19 für Wasserstoff gegeben ist, wird der Wasserstoff gezwungen, durch die Öffnungen 9 der ersten Außenplatte 2 hindurch in den darüber liegenden Gasraum zu strömen und von dort aus wieder durch eine Öffnung 9 in den ersten Abführkanal 8.2, welcher sodann zu der Ableitung 19 führt. Für die andere Seite der Bipolarplatte ergibt sich dasselbe entsprechend für Sauerstoff, die Zuleitung erfolgt über 20, die Ableitung über 21. Für den dazwischen liegenden Gasfluß von O2 wird auf die Beschreibung bezüglich des Wasserstoffs voll Bezug genommen.

Claims (22)

  1. Bipolarplatte (1) für Brennstoffzellenstacks, welche zwei elektrisch miteinander verbundene Außenflächen (2, 3) zur elektrischen Kontaktierung sowie Ab- und Zufuhr von Gasen und/oder Flüssigkeiten zu den Außenflächen benachbarten Flächen (4, 5) von Brennstoffzellen aufweist, wobei – die Bipolarplatte eine erste (2) und zweite (3) Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte (6) aufweist, wobei die Versorgungsplatte – Kühlkanäle (7) zum Kühlen der Außenplatten (2, 3) sowie – erste Kanäle (8), welche in erste Öffnungen (9) der ersten Außenplatte (2) münden und – zweite Kanäle (10), welche in zweite Öffnungen (11) der zweiten Außenplatte (3) münden, aufweist, und – die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- (8.1) und erste Abführkanäle (8.2) ausgeführt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen (9) möglich ist.
  2. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ersten Zuführ- (8.1) und ersten Abführkanälen (8.2) zumindest bereichs weise Kühlkanäle (7) angeordnet sind.
  3. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (8) oder zweiten (10) Kanäle sowie Kühlkanäle (7) bereichsweise übereinander geführt sind.
  4. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten Kanäle und/oder Kühlkanäle (7) bereichsweise durch die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte abgedeckt sind.
  5. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (7) sich zumindest bereichsweise über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte erstrecken (1).
  6. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anzahl, Form und Größe der ersten (9) und/oder zweiten Öffnungen (11) der ersten (2) und/oder zweiten Außenplatte (3) entlang der ersten (8) und/oder zweiten Kanäle (10) zur gezielten Anpassung der Fluidmassenströme veränderlich sind.
  7. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (8) und zweiten (10) Kanäle zumindest bereichsweise übereinander angeordnet sind, wobei sie durch eine Zwischenwand der Versorgungsplatte getrennt sind (1).
  8. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte aus polymergebundenem Graphit bestehen.
  9. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte aus Metall bestehen.
  10. Bipolarplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte als zumindest bereichsweise mit einer korrosionsfesten und elektrisch leitfähigen Schicht überzogenen Grundplatte aus Metall ausgeführt sind.
  11. Bipolarplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsfeste Schicht aus einer Trägermasse mit darin eingelegten elektrisch leitfähigen Strukturen besteht, wobei die Strukturen die Grundplatte berühren und/oder aus der Grundplatte abgewandten Seite der korrosionsfesten Schicht herausragen.
  12. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte eben ist.
  13. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Außenplatte Prägungen aufweist.
  14. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (9, 11) schlitzförmig ausgeführt sind.
  15. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und die zweite (3) Außenplatte über die Versorgungsplatte (6) oder über gesonderte elektrische Brückenelemente miteinander verbunden sind.
  16. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) aus Kunststoff besteht.
  17. Bipolarplatte nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kunststoff leitfähig ist, insbesondere ein mit Graphit, Ruß und/oder mit Metallpartikeln, gefüllter duro- oder thermoplastischer Kunststoff ist.
  18. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1–15 dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) aus Metall, insbesondere Kupfer, Nickel, Titan, Edelstahl oder Aluminium ist.
  19. Bipolarplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kanäle (7, 8, 10) das Metall beschichtet ist.
  20. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) Sensoren zur Messung von Temperatur und/oder Druck in den Kanälen aufweist.
  21. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) Einheiten zur Regelung des Flusses von Gasen und/oder Flüssigkeiten durch die Kanäle wie Ventile oder Blenden enthält.
  22. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte mit der Versorgungsplatte (6) durch. Kleben, Schweißen oder Löten gefügt ist oder durch formschlüssige Fügeverfahren, insbesondere Klemmen, Binden, Klammern, an dieser fixiert ist.
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