DE10251439A1 - Brennstoffzelle - Google Patents

Brennstoffzelle

Info

Publication number
DE10251439A1
DE10251439A1 DE10251439A DE10251439A DE10251439A1 DE 10251439 A1 DE10251439 A1 DE 10251439A1 DE 10251439 A DE10251439 A DE 10251439A DE 10251439 A DE10251439 A DE 10251439A DE 10251439 A1 DE10251439 A1 DE 10251439A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
separators
gas
communication
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10251439A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10251439B4 (de
Inventor
Hideaki Kikuchi
Narutoshi Sugita
Seiji Sugiura
Hiroyuki Tanaka
Toshiya Wakahoi
Keisuke Andou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of DE10251439A1 publication Critical patent/DE10251439A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10251439B4 publication Critical patent/DE10251439B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

Eine kleine und leichte Brennstoffzelle hat Separatoren (4A, 5A) mit Kommunikationsöffnungen (18) für Reaktionsgase und ein Kühlmedium, die an einer Außenseite von Gasdichtungselementen (6, 7) in der Weise angeordnet sind, dass sie jeden der Separatoren durchgreifen und mit Kommunikationswegen (23A, 25A), die in Dickenrichtung der Separatoren (4, 5) einen Umweg um die Gadichtungselemente (6, 7) machen und die Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen (18, 21) mit Reaktionsgas-Durchflusskanälen (8, 9) verbinden. Ferner sind Stützelemente (29B) vorgesehen, um Bereiche der Separatoren zu stützen, in denen die Gasdichtungselemente (6A, 7A) und das Kühlflächendichtungselement (27) in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, die gebildet wird, indem man eine Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten stapelt, die durch die Aufnahme einer Elektrodenanordnung zwischen Separatoren gebildet werden.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Unter Brennstoffzelleneinheiten, die Brennstoffzellenstacks bilden, gibt es einen plattenförmigen Typ, der hergestellt wird, indem zwischen einem Separatorenpaar eine Membranelektrodenanordnung aufgenommen wird, zu deren Bildung eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils auf einer Seite einer Feststoff-Polymer-Elektrolytmembrane angeordnet werden. Eine Brennstoffzelle wird gebildet, indem eine Mehrzahl von auf diese Weise gebildeten Brennstoffzelleneinheiten in Dickenrichtung der Brennstoffzelleneinheiten gestapelt werden.
  • In jeder Brennstoffzelleneinheit sind ein Durchflusskanal für Brennstoffgas (z. B. Wasserstoff) an einer Oberfläche des anodenseitigen, der Anodenelektrode zugewandt positionierten Separators und ein Durchflusskanal für Oxidationsgas (z. B. sauerstoffhaltige Luft) an einer Oberfläche des kathodenseitigen, der Kathodenseite zugewandt positionierten Separators vorgesehen. Außerdem befindet sich ein Durchflusskanal für ein Kühlmittel (z. B. reines Wasser) zwischen benachbarten Separatoren benachbarter Brennstoffzelleneinheiten.
  • Wenn Brennstoffgas zur Elektrodenreaktionsfläche der Anodenelektrode geleitet wird, wird Wasserstoff dort ionisiert und bewegt sich über die Feststoff-Polymer-Elektrolytmembrane zur Kathodenelektrode. Während dieses Prozesses gebildete Elektronen werden in einen externen Kreis extrahiert und als elektrische Gleichstromenergie genutzt. Weil Oxidationsgas zur Kathodenelektrode geleitet wird, reagieren Wasserstoffionen, Elektronen und Sauerstoff, um Wasser zu bilden. Da bei der Bildung von Wasser an der Elektrodenreaktionsfläche Wärme erzeugt wird, kühlt man die Elektrodenreaktionsfläche durch ein Kühlmedium, das man zwischen den Separatoren strömen läßt.
  • Das Brennstoffgas, das Oxidationsgas (unter dem Oberbegriff Reaktionsgas bekannt) und das Kühlmedium müssen jeweils durch separate Durchflusskanäle strömen. Deshalb ist die Technologie der Abdichtung, die jeden Durchflusskanal in einem fluiddichten oder luftddichten Zustand hält, wesentlich.
  • Abzudichtende Bereiche sind zum Beispiel: die Randbereiche von hindurchgreifenden Zufuhröffnungen, die für die Zufuhr und Verteilung von Reaktionsgas und Kühlmittel in jeder Brennstoffzelleneinheit der Brennstoffzelle vorgesehen sind; die Randbereiche von Auslassöffnungen, die aus jeder Brennstoffzelleneinheit abgeführtes Reaktionsgas und Kühlmittel auffangen und ableiten; und die Außenrandbereiche zwischen Separatoren benachbarter Brennstoffzelleneinheiten. Für das Dichtungselement wird ein Material verwendet, das weich und dennoch angemessen elastisch ist, wie zum Beispiel organischer Gummi.
  • In den letzten Jahren jedoch haben sich die Verringerung von Größe und Gewicht sowie die Senkung der Kosten für Brennstoffzellen als die wesentlichen Barrieren für den Fortschritt hin zu einer Verbreitung von Brennstoffzellen durch deren praktische Anwendung in Fahrzeugen erwiesen.
  • Verfahren, die man für die Verkleinerung von Brennstoffzellen in Erwägung gezogen hat, sind unter anderem die Verschlankung jeder der die Brennstoffzelle bildenden Brennstoffzelleneinheiten, insbesondere die Verkleinerung des Raums zwischen den Separatoren unter Beibehaltung einer maximalen Größe für den Reaktionsgas-Durchflusskanal, der im Inneren einer jeden Brennstoffzelleneinheit gebildet ist; und auch die Ausbildung der Separatoren mit einer geringeren Dicke.
  • Durch die Anforderungen an die Festigkeit eines jeden Separators und an die Steifigkeit der Brennstoffzelle gibt es ein Grenze dahingehend, wie dünn die Separatoren gemacht werden können. Eine Verringerung der Höhe des Dichtungselements ist wirksam für die Reduzierung der Größe des Abstands zwischen den Separatoren, jedoch muss die Höhe des Dichtungselements ausreichen, damit das Dichtungselement ausreichend niedergedrückt werden kann, um sicherzustellen, dass die erforderliche Dichtungswirkung erreicht wird. Deshalb gibt es auch eine Grenze für das Ausmaß der Höhenreduzierung der Dichtungselemente.
  • Hinzu kommt, dass der von den Dichtungselementen in einer Brennstoffzelleneinheit belegte Raum, wenngleich er wegen des Einschlusses des Reaktionsgases und des Kühlmediums unverzichtbar ist, im Grunde nichts zur Energieerzeugung beiträgt, so dass er möglichst klein gestaltet werden muss.
  • Fig. 24 ist eine Draufsicht auf einen konventionellen Brennstoffzellenstack. Die Bezugsziffer 70 in Fig. 24 bezeichnet eine Kommunikationsöffnung wie beispielsweise eine Brennstoffgaszufuhröffnung und -auslassöffnung, eine Oxidationsgaszufuhröffnung und -auslassöffnung und eine Kühlmittelzufuhröffnung und -auslassöffnung, die jeweils den Brennstoffzellenstack in der Richtung durchgreifen, in der Separatoren 71 gestapelt sind. Die Bezugsziffer 72 bezeichnet einen Bereich, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffgas-Durchflusskanälen, Oxidationsgas-Durchflusskanälen und Kühlmittel-Durchflusskanälen, die entlang der Separatoren 71 verlaufen, gebildet sind.
  • Fig. 25 ist eine Längsschnittansicht eines konventionellen Brennstoffzellenstack 73 entlang der Linie X-X in Fig. 24. Wie in der Draufsicht zu sehen ist, werden die Außenabmessungen in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstack 73 auf ein Minimum beschränkt, um den von dem Dichtungselement belegten Bereich, der nicht zur Energieerzeugung beiträgt, möglichst klein zu gestalten, indem üblicherweise Gasdichtungselemente 76 und 77, die jeweils einen Brennstoffgas-Durchflusskanal 74 und einen Oxidationsgas-Durchflusskanal 75 abdichten, zusammen mit einem Kühlflächendichtungselement 78, das einen Kühlmittel-Durchflusskanal abdichtet, in Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheiten 79 in einer Reihe ausgerichtet sind.
  • Der Nachteil bei dem auf diese Weise gebauten Brennstoffzellenstack 73 ist jedoch, dass, wenn die Gasdichtungselemente 76 und 77, die die Durchflusskanäle 74 und 75 abdichten, sowie das die Kühlfläche abdichtende Dichtungselement 78 in Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheit 79 in einer Reihe angeordnet sind, die Dicke des Brennstoffzellenstack 73 nicht geringer bemessen werden kann als ein Wert, der durch Addieren der Höhe des Kühlflächendichtungselements 78 zur Dicke jeder Brennstoffzelleneinheit 79 und Multiplizieren dieses Ergebnisses mit der Anzahl von Brennstoffzelleneinheiten, die in dem Brennstoffzellenstack gestapelt sind, ergibt.
  • Um dies genauer zu erläutern, führt die Diskussion zurück zu Fig. 25. Gemäß Fig. 25 sind die Brennstoffgas-Zufuhröffnung 70 und der Brennstoffgas-Durchflusskanal 74, die in einem abgedichteten Zustand durch die Gasdichtungselemente 76 und 77 isoliert sind, durch einen Kommunikationsweg 80 verbunden. Der Kommunikationsweg 80 ist in dem Separator 81 in der Nähe der Brennstoffgas-Zufuhröffnung 70 in der Weise vorgesehen, dass er das die gesamte Peripherie des Brennstoffgas-Durchflusskanals 74 abdichtende Gasdichtungselement 77 in Dickenrichtung des Separators 81 umgeht. Darüber hinaus hat der Separator 82 einen ähnlichen Kommunikationsweg (nicht dargestellt) in der Nähe der Oxidationsgas-Zufuhröffnung (nicht dargestellt).
  • Demzufolge ist jeder der Separatoren 81 und 82 relativ dick ausgebildet, um den Kommunikationsweg 80 zu bilden; wie jedoch in dem Querschnitt in Fig. 25 zu erkennen ist, verfügen die Separatoren 81 und 82 an der Position der Dichtungslinie, wo jedes der Dichtungselemente 76 bis 78 angeordnet ist, über die für die Sicherstellung der notwendigen Festigkeit erforderliche minimale Dicke, und es nicht möglich sie noch dünner auszubilden.
  • Da jedes der Dichtungselemente 76 bis 78 außerdem mit der für die Sicherstellung der Dichtwirkung minimal notwendigen Höhe bemessen ist, kann die Höhe der Dichtungselemente 76 bis 78 nicht mehr weiter reduziert werden.
  • Deshalb ist es äußerst schwierig, eine weitere Reduzierung der Dicke zu erreichen, wenngleich sich Dicke des Brennstoffzellenstack 73 durch Multiplizieren der Anzahl von Stacks mit der Summe aus der minimalen Dicke der beiden Separatoren 81 und 82, der für die Bildung des Kommunikationsweges 80 notwendigen Dicke, der Höhe der beiden Gasdichtungselemente 76 und 77, der Dicke der Feststoff-Polymer-Elektrolytmembrane 83 und der Höhe des Kühlflächendichtungselements 78 ergibt.
  • Als Gegenmaßnahme wird für die Reduzierung der Gesamtdicke eines solchen Brennstoffzellenstack 73 vorgeschlagen, die Gasdichtungselemente 76 und 77 und das Kühlflächendichtungselement 78 in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander anzuordnen. Demzufolge ist es möglich, die Abmessung in der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstack 73 erheblich zu reduzieren, indem die für die Sicherstellung der Dichtungswirkung benötigte Höhe des Kühlflächendichtungselements 78 reduziert wird, während andererseits die Dicke der Bereiche der Separatoren 81 und 82, in denen die Kommunikationswege gebildet werden, gewährleistet wird.
  • Wenn man die Gasdichtungselemente 76 und 77 und das Kühlflächendichtungselement 78 versetzt zueinander anordnet, sind die Dichtungsabschnitte einer jeden Brennstoffzelleneinheit in der Stapelrichtung jedoch nicht in einer Reihe ausgerichtet. Das Ergebnis ist, dass der auf die Gasdichtungselemente 76 und 77 und auf das Kühlflächendichtungselement 78, die zueinander versetzt angeordnet sind, jeweils ausgeübte Dichtungsdruck verringert wird. Infolgedessen kann die Reaktionskraft, die im Zuge der Abdichtung der Brennstoffzelleneinheiten in der Stapelrichtung durch das dabei zusammengedrückte Kühlflächendichtungselement erzeugt wird, die Separatoren deformieren, was zu einer Verschlechterung der Dichtwirkung der Dichtungselemente führen kann und dazu, dass Reaktionsgas und Kühlmittel über den Bereichen der Gasdichtungselemente 76 und 77 und des Kühlflächendichtungselemente 78 rund um die deformierten Bereiche der Separatoren entweichen. Weil die Separatoren 81 und 82, um ihre Stabilität zu gewährleisten, ausreichend dick sein müssen, kann man den Brennstoffzellenstack 73 nicht mehr weiter verkleinern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben geschilderten Umstände erdacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle zu schaffen, die durch eine Reduzierung ihrer Dicke leichter und kleiner ausgebildet ist, während die jeweiligen Durchflusskanäle unter Verwendung der jeweiligen Dichtungselemente zwischen den Separatoren und den Membranelektrodenanordnungen, die die Brennstoffzelle bilden, dennoch zuverlässig abgedichtet werden.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle mit Brennstoffzelleneinheiten bereitgestellt, die gestapelt sind und zwischen sich wenigstens einen Kühlmittel- Durchflusskanal aufweisen, der durch ein Kühlflächendichtungselement abgedichtet ist, wobei jede Brennstoffzelleneinheit umfasst:
    • - eine Elektrodenanordnung, die durch Anordnen einer Elektrode auf jeder Seite eines Elektrolyts gebildet wird;
    • - Separatoren, die die Elektrodenanordnung in Richtung ihrer Dicke zwischen sich aufnehmen; und
    • - Gasdichtungselemente, die an einem äußeren Umfangsbereich der Elektrodenanordnung vorgesehen sind und die jeweiligen Reaktionsgas- Durchflusskanäle abdichten, die zwischen jedem Separator und der Elektrodenanordnung gebildet sind und durch die Separatoren und die Elektrodenanordnung begrenzt sind, wobei in jedem der Separatoren Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen und Kühlmittel-Kommunikationsöffnungen, die jeden der Separatoren in Richtung seiner Dicke durchgreifen, und Kommunikationswege vorgesehen sind, die in Dickenrichtung der Separatoren um die Gasdichtungselement herumführen und die Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen mit den Reaktionsgas- Durchflusskanälen verbinden; und wobei die Bereiche der Separatoren, in denen die Gasdichtungselemente und das Kühlflächendichtungselement in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind, durch Stützelemente gestützt sind.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle die Steifigkeit der Separatorbereiche, in denen die Gasdichtungselemente und das Kühlflächendichtungselement zueinander versetzt angeordnet sind, gewährleistet ist, kann ein ausreichend hoher Dichtungsdruck auf die Gasdichtungselemente und das Kühlflächendichtungselemente ausgeübt werden, die zueinander versetzt angeordnet sind.
  • Ein für die Stützelemente bevorzugtes Material hängt von deren Position ab, und für die Stützelemente, die zwischen Separatoren angeordnet sind, zwischen denen die Elektrodenanordnung vorgesehen ist, wird vorzugsweise ein elektrisches Isoliermaterial wie Gummi oder Harz bevorzugt. Wenn die Stützelemente dagegen an der Kühlfläche der Separatoren vorgesehen sind, werden als Material für die Stützelemente ein korrosionsbeständiges leitendes Material wie rostfreier Stahl oder Kohlenstoff oder ein elektrisches Isoliermaterial wie Gummi oder Harz bevorzugt. Sind die Stützelemente zwischen der Elektrodenanordnung und den Separatoren angeordnet, wird vorzugsweise auch eines der oben genannten korrosionsbeständigen leitenden Materialien verwendet. Eine Brennstoffzelle, bei welcher die vorliegende Erfindung Anwendung findet, kann einem Feststoffpolymer-Typ, Feststoffelektrolyt-Typ, Alkali-Typ, Phosphorsäure- Typ oder Schmelzkarbonat-Typ entsprechen.
  • Bei der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kommunikationswege in einer Brennstoffzelleneinheit und die korrespondierenden Kommunikationswege in der in Stapelrichtung benachbarten Brennstoffzelleneinheit in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sein, und vorzugsweise kann zumindest ein Bereich eines jeden Stützelements einen Bereich desjenigen Separators, an dem die Kommunikationswege ausgebildet sind, stützen.
  • Da die jeweilige Festigkeit der Bereiche der Separatoren, in denen die Kommunikationswege zueinander versetzt angeordnet sind, erhöht wird, kann demzufolge die Dicke der Separatorbereiche verringert werden, und die Separatorbereiche können in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann jedes der über den Reaktionsgas-Durchflusskanälen oder dem Kühlmittel-Durchflusskanal angeordneten Stützelemente mit Kommunikationsausnehmungen versehen sein, die Reaktionsgase oder Kühlmittel hindurchströmen lassen.
  • Dementsprechend können die Reaktionsgase oder das Kühlmittel durch die Kommunikationsausnehmungen zugeführt werden, und die Steifigkeit derjenigen Bereiche der Separatoren, in denen die Stützelemente vorgesehen sind,. kann erhöht werden.
  • FIGURENKURZBESCHREIBUNG
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelleneinheit, die den Brennstoffzellenstack bildet, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Gasdichtungselement und Stützelemente an einem die in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzelleneinheit bildenden Separator vorgesehen sind.
  • Fig. 3 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Gasdichtungselement und Stützelemente an einem weiteren die in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzelleneinheit bildenden Separator vorgesehen sind.
  • Fig. 4 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Kühlflächendichtungselement und Stützelemente an den Rückflächen der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Separatoren vorgesehen sind.
  • Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung, die die in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzelleneinheit bildet.
  • Fig. 6A u. 6B sind jeweils eine Draufsicht, ähnlich wie jene in Fig. 2, auf einen Separator eines Brennstoffzellenstack gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 7A u. 7B sind jeweils eine Draufsicht, ähnlich wie jene in Fig. 3, auf einen weiteren Separator eines Brennstoffzellenstack gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 8A u. 8B sind jeweils eine Draufsicht, ähnlich wie jene in Fig. 2, auf einen Separator eines Brennstoffzellenstack gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 9A u. 9B sind jeweils eine Draufsicht, ähnlich wie jene in Fig. 3, auf einen weiteren Separator eines Brennstoffzellenstack gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 10 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Zustands, in dem ein Kühlflächendichtungselement und Stützelemente an der Rückfläche der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Separatoren vorgesehen sind.
  • Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten entlang der Linie P-P in Fig. 2.
  • Fig. 12 ist eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten entlang der Linie A-A in Fig. 2.
  • Fig. 13 ist eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten entlang der Linie B-B in Fig. 3.
  • Fig. 14 ist eine Längsschnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten entlang der Linie C-C in Fig. 4.
  • Fig. 15 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 12 die Brennstoffzelleneinheiten gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 16 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 13 die in Fig. 15 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten zeigt.
  • Fig. 17 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 14 die in Fig. 15 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten zeigt.
  • Fig. 18 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 12 die Brennstoffzelleneinheiten gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 19 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 13 die in Fig. 18 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten zeigt.
  • Fig. 20 ist eine Längsschnittansicht, die in ähnlicher Weise wie Fig. 14 die in Fig. 18 dargestellten Brennstoffzelleneinheiten zeigt.
  • Fig. 21A ist eine Längsschnittansicht der Brennstoffzelleneinheiten gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie D-D in Fig. 8A und
  • Fig. 21 B ist eine Längsschnittansicht der Brennstoffzelleneinheiten gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie E-E in Fig. 8B.
  • Fig. 22A ist eine Längsschnittansicht der in den Fig. 21A und 21 B gezeigten Brennstoffzelle entlang der Linie F-F in Fig. 9A und
  • Fig. 22B ist eine Längsschnittansicht der in den Fig. 21A und 21 B gezeigten Brennstoffzeile entlang der Linie G-G in Fig. 9B.
  • Fig. 23 ist eine Längsschnittansicht der in den Fig. 21 gezeigten Brennstoffzelle entlang der Linie H-H in Fig. 10.
  • Fig. 24 ist eine schematische Draufsicht auf eine Brennstoffzelleneinheit in einer konventionellen Brennstoffzelle.
  • Fig. 25 ist eine Längsschnittansicht der Umgebung einer Kommunikationsöffnung in der in Fig. 24 gezeigten Brennstoffzelle entlang der Linie X-X.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Der Brennstoffzellenstack gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Brennstoffzelleneinheit, die den Brennstoffzellenstack gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Wie in Fig. 12A gezeigt ist, wird der Brennstoffzellenstack 1A gemäß dieser Ausführungsform durch das Stapeln einer Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten 2A gebildet. Wie Fig. 1 zeigt, wird die Brennstoffzelleneinheit 2A gebildet, indem eine Membranelektrodenanordnung 3 zwischen einem Paar von Separatoren 4A und 5A aufgenommen wird. Zwischen der Membranelektrodenanordnung 3 und jedem der Separatoren 4A und 5A sind jeweils Gasdichtungselemente 6A und 7A vorgesehen. Fig. 12 zeigt, dass diese Gasdichtungselemente 6A und 7A einen Brennstoffgas-Durchflusskanal 8 und einen Odxidationsgas-Durchflusskanal 8 in der Weise abgrenzen, dass diese Kanäle auf beiden Seiten der Membranelektrodenanordnung 3 abgedichtet werden.
  • In den Fig. 5 und 12 hat die Membranelektrodenanordnung 3 zum Beispiel eine Feststoffpolymer-Elektrolyt-Membrane 10 (nachstehend kurz Elektrolytmembrane genannt), die aus einem Perfluorsulfonatpolymer gebildet ist, und eine Anodenelektrode 11 und eine Kathodenelektrode 12, die zwei Flächen der Elektrolytmembrane 10 zwischen sich aufnehmen.
  • Wie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt die Elektrolytmembrane 10 beispielsweise eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 10a. Die Elektrolytmembrane 10 ist in ihrer Größe äquivalent zu den Separatoren 4A und 5A, die nachstehend beschrieben sind, und jede der Durchgangsöffnungen 10a befindet sich in einer Position, die mit den jeweiligen Zufuhröffnungen 17 bis 19 und Auslassöffnungen 20 bis 22 der Separatoren 4A und 5A korrespondiert.
  • Die Anodenelektrode 11 und die Kathodenelektrode 12 werden beispielsweise gebildet, indem eine Katalysatorschicht aus einer Legierung mit Pt (Platin) als Hauptbestandteil auf einer Oberfläche einer Gasdiffusionsschicht vorgesehen wird, die als eine aus porösem Kohlenstoffgewebe oder aus porösem Kohlenstoffpapier gebildete Basis mit der Elektrolytmembrane 10 in Kontakt steht.
  • Zwei Typen von Separatoren 4A und 5A können als die die Brennstoffzelleneinheiten 2A bildenden Separatoren 4A und 5A verwendet werden. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist jeder der Separatoren 4A und 5A gebildet aus: gerippten Bereichen 4a und 5a, bestehend aus einer Vielzahl von Vertiefungen und Erhebungen, die eine feste Höhe aufweisen und nach einem festen Muster gebildet sind durch Ausnehmen einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Vertiefungen in einer Oberfläche einer aus Kohlenstoff hergestellten flachen Platte; einer Brennstoffgas-Zufuhröffnung (Kommunikationsöffnung) 17, einer Oxidationsgas-Zufuhröffnung (Kommunikationsöffnung) 18, einer Kühlmittel-Zufuhröffnung (Kommunikationsöffnung) 19, einer Brennstoffgas-Auslassöffnung (Kommunikationsöffnung) 20, einer Oxidationsgas-Auslassöffnung (Kommunikationsöffnung) 21 und einer Kühlmittel-Auslassöffnung (Kommunikationsöffnung) 22, deren jede die beiden Separatoren 4A und 5A auf solche Weise durchgreift, dass sowohl die Zufuhr als auch die Ableitung von Brennstoffgas (z. B. Wasserstoffgas), Oxidationsgas (z. B. sauerstoffhaltige Luft) bzw. einem Kühlmittel (z. B. reines Wasser) möglich ist, die man durch die gerippten Bereiche 4a und 5a hindurchströmen lässt; und aus ebenen Bereichen 4b und 5b, die derart angeordnet sind, dass sie jede der Kommunikationsöffnungen 17 bis 22 und die gerippten Bereiche 4a und 5a umgeben.
  • Die Fig. 2 und 3 zeigen, dass sich die Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 19 und die Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 22 in transversaler Richtung der Separatoren 4A und 5A (d. h. in der durch den Pfeil Q in Fig. 2 angegebenen Richtung) im wesentlichen in der Mitte befinden. Die Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 und die Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 liegen in transversaler Richtung auf beiden Seiten der Separatoren 4A und 5A und nehmen die Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 19 zwischen sich auf. Ferner befinden sich die Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 und die Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 21 in transversaler Richtung auf beiden Seiten der Separatoren 4A und 5A und nehmen die Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 22 zwischen sich auf. Die Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 und die Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 21 liegen der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 und der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 jeweils diagonal gegenüber.
  • Die Länge der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 und der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 und die Länge der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 und der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 21 in Längsrichtung der Separatoren 4A und 5A (die durch den Pfeil R in Fig. 2 angegebene Richtung) ist jeweils kürzer bemessen als die Länge der benachbarten Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 19 und Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 22. Als Ergebnis ist die Größe des Raumes von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 und der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 und von der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 und der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 21 zu den gerippten Bereichen 4a und 5a größer bemessen als die Größe des Raumes von der Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 19 und der Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 22 zu den gerippten Bereichen 4a und 5a.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind zwischen der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 und dem gerippten Bereich 4a und zwischen dem gerippten Bereich 4a und der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 auf einer Seite des einen Separators 4A Kommunikationswege 23A gebildet, die jeweils ermöglichen, dass von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 zugeführtes Brennstoffgas den gerippten Bereich 4a passiert und dass Brennstoffgas, das den gerippten Bereich 4a passiert hat, von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 abgeleitet wird. Jeder der Kommunikationswege 23A ist mit einer Mehrzahl von Vertiefungen 23a, die an einer Oberfläche des Separators 4A gebildet sind, und einer flachen Brückenplatte 23b versehen, die sich direkt über die Vertiefungen 23a erstreckt. An der Vorderfläche des Separators 4A, ist dort, wo die Brückenplatte 23b angeordnet ist, ein konkaver Bereich 23b gebildet, in den die Brückenplatte 23b eingesetzt ist. Dieser konkave Bereich ermöglicht die Anordnung der Oberfläche der Brückenplatte 23b in der gleichen Oberflächenebene wie die Oberfläche 4b des Separatars 4A.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind ebenso wie bei dem Separator 4A durch eine Mehrzahl von Vertiefungen 25a und eine Brückenplatte 25b gebildete Kommunikationswege 25A zwischen der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 und dem gerippten Bereich 5a und zwischen dem gerippten Bereich 5a und der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 21 auch an einer Oberfläche des Separators 5A vorgesehen.
  • Fig. 4 zeigt, dass auf der anderen Seite der beiden Separatoren 4A und 5A ein Kommunikationsweg 26, der die Kühlmittelzufuhröffnung 19 mit den gerippten Bereichen 4a und 5a verbindet, und ein Kommunikationsweg 26, der die gerippten Bereiche 4a und 5a mit der Kühlmittelzufuhröffnung 22 verbindet, vorgesehen sind.
  • Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, haben die Gasdichtungselemente 6A und 7A eine integrale Konfiguration mit einer Mehrzahl von Nebenschleifenbereichen 6b und 7b, die jede der Kommunikationsöffnungen 17 bis 22 auf beiden Seiten von. Hauptschleifenbereichen 6a und 7a umschließen, die die äußere Peripherie der gerippten Bereiche 4a und 5a umschließen. Wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind die Hauptschleifenbereiche 6a und 7a der Gasdichtungselemente 6A und 7A in der Weise positioniert, dass sie entlang der ebenen Bereiche 4b und 5b zwischen den jeweiligen Kommunikationsöffnungen 17 bis 22 und den gerippten Bereichen 4a und 5a verlaufen. Demzufolge führen die Hauptschleifenbereiche 6a und 7a über die Oberseite der in den Kommunikationswegen 23A und 25A vorgesehenen Brückenplatten 23b und 25b, und die jeweiligen Kommunikationsöffnungen 17 bis 22 sind nur durch die Vertiefungen 23a und 25a mit den gerippten Bereichen 4a und 5a verbunden, wodurch die Kommunikationswege 23 und 25 gebildet werden. Die restlichen Bereiche sind fluiddicht versiegelt.
  • Wie Fig. 12 zeigt, sind die auf diese Weise gebildeten Brennstoffzelleneinheiten 2A jeweils unter Zwischenschaltung von Kühlflächendichtungselementen 27 gestapelt. Fig. 4 zeigt, dass jedes Kühlflächendichtungselement 27 eine Konstruktion hat, bei der ein Hauptschleifenbereich 27a mit Nebenschleifenbereichen 27b integral zusammengeschlossen ist. Der Hauptschleifenbereich 27a des Kühlflächendichtungselements 27 verläuft zwischen den Kommunikations- Öffnungen 17 und 18 des Brennstoffgases und des Oxidationsgases und den gerippten Bereichen 4a und 5a und auch zwischen den Kommunikationsöffnungen 20 und 21 und den gerippten Bereichen 4a und 5a und dichtet die Peripherie eines Kühlmittel-Durchflusskanals 28 ab, der die Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 19 über den Kommunikationsweg 26 mit den gerippten Bereichen 4a und 5a verbindet und der die gerippten Bereiche 4a und 5a über den Kommunikationsweg 26 mit der Kühlmittel-Kommunikationsöffnung 22 verbindet. Darüber hinaus dichten die Nebenschleifenbereiche 27b des Kühlflächendichtungsbereichs 27 einzeln jede der Kommunikationsöffnungen 17 und 18 und der Kommunikationsöffnungen 20 und 21 ab.
  • Wenn diejenigen Abschnitte des Hauptschleifenbereichs 27a des Kühlflächendichtungselements 27, die zwischen den Kommunikationsöffnungen 17 und 18 des Brennstoffgases und des Oxidationsgases und den gerippten Bereichen 4a und 5a und auch zwischen den Kommunikationsöffnungen 20 und 21 und den gerippten Bereichen 4a und 5a verlaufen, mit den Positionen verglichen werden, entlang derer die Hauptschleifenbereiche 6a und 7a des oben beschriebenen Gasdichtungselements 6A und 6B verlaufen, lässt sich erkennen, dass diese Abschnitte des Hauptschleifenbereichs 27a in Positionen, die sich von den Hauptschleifenbereichen 6a und 7a unterscheiden, angeordnet sind und an Positionen vorbei verlaufen, die näher zu den Kommunikationsöffnungen 17 und 18 und den Kommunikationsöffnungen 20 und 21 liegen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind Stützelemente 29A bis 29D vorgesehen, die die Abschnitte der Separatoren 4A und 5A stützen, in denen die Gasdichtungselemente 6A und 7A und das Kühlflächendichtungselement 27 in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Das heißt dass, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, die Stützelemente 29A und 29B, die über die Separatoren 4A und 5A das von den Gasdichtungselementen 6A und 7A versetzt angeordnete Kühlflächendichtungselement 27 abstützen, für die Gasdichtungselemente 6A und 7A vorgesehen sind. Darüber hinaus sind die Stützelemente 29C und 29D, wie in Fig. 4 gezeigt, für das Kühlflächendichtungselement 27 in der von den Gasdichtungselementen 6A und 6B versetzten Position angeordnet.
  • Querschnitte der jeweiligen Bereiche eines auf diese Weise gebildeten Brennstoffzellenstack 1A sind in den Fig. 11 bis 14 gezeigt. Hier ist zu beachten, dass diese Figuren lediglich den jeweiligen Querschnitt zeigen und dass die gestrichelten Linien bedeuten, dass der linke Abschnitt und der rechte Abschnitt eigentlich zu einem Element verbunden sind.
  • Fig. 12 ist eine entlang der Linie A-A in Fig. 2 geschnittene Längsschnittansicht. Fig. 12 zeigt einen Weg, der es ermöglicht, dass Brennstoffgas aus der jeden der Separatoren 4A und 5A in seiner Dickenrichtung durchgreifenden Kommunikationsöffnung 17 über den Kommunikationsweg 23A in den Brennstoffgas-Durchflusskanal 8 strömt, der zwischen der Anodenelektrode 11 und dem Separator 4A gebildet ist.
  • In Fig. 12 ist zu sehen, dass die Gasdichtungselemente 6A und 7A, die den Bereich zwischen der Membranelektrodenanordnung 3 und dem beiderseits der Membranelektrodenanordnung 3 angeordneten Separatorenpaar 4A und 5A abdichten, so angeordnet sind, dass sie die Elektrolytmembrane 10 in ihrer Dickenrichtung in den jeweiligen in Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheit 2A übereinstimmenden Positionen zwischen sich aufnehmen. Das Gasdichtungselement 6A für den Brennstoffgas-Durchflusskanal ist auf der Brückenplatte 23b angeordnet, die sich direkt über den in dem Separator 4A gebildeten Kommunikationsweg 23A erstreckt. Das heißt der Kommunikationsweg 23A macht in der Dickenrichtung des Separators 4A einen Umweg um das Gasdichtungselement 6A und verbindet das Innere des Gasdichtungselements 6A mit seinem Äußeren. Das von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 an der Außenseite des Gasdichtungselements 6A zugeführte Brennstoffgas kann in den Brennstoffgas-Durchflusskanal 8 an der Innenseite des Gasdichtungselements 6A strömen.
  • In diesem Fall ist das Kühlflächendichtungselement 27, das jede der Brennstoffzelleneinheiten 2A abdichtet und den Kühlmittel-Durchflusskanal 28 abgrenzt, in einer Position angeordnet, die näher an der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 liegt als der Kommunikationsweg 23A. Deshalb können das Kühlflächendichtungselement 27 und die Vertiefungen 23a, die durch Ausnehmen einer Oberfläche des Separators 4A in seiner Dickenrichtung hergestellt werden und den Kommunikationsweg 23A bilden, im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Separator 4A angeordnet werden.
  • Darüber hinaus sind die Stützelemente 29A und 29B in den Bereichen der Separatoren 4A und 5A vorgesehen, in denen die Gasdichtungselemente 6A und 7A und das Kühlflächendichtungselement 27 versetzt zueinander angeordnet sind. Das Stützelement 29B ist im Querschnitt in Fig. 12 gezeigt. Weil die Bereiche der Separatoren 4A und 5A, in denen die Gasdichtungselemente 6A und 7A und das Kühlflächendichtungselement 27 versetzt zueinander angeordnet sind, durch die Stützelemente 29A und 29B gestützt werden, ist deren Festigkeit ausreichend sichergestellt. Deshalb kann die Dicke der Bereiche der Separatoren 4A und 5A unter Vermeidung einer Deformation ausreichend reduziert werden. Da es möglich ist, einen ausreichenden Dichtungsdruck auf das Kühlflächendichtungselement 27 auszuüben, das von den Gasdichtungselementen versetzt ist, kann eine ausreichende Dichtwirkung sichergestellt werden, selbst wenn die Dicke der Bereiche der Separatoren 4A und 5A reduziert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, zwei Arten von Stützelementen, d. h. die Stützelemente 29A und 29B, zum Stützen der Bereiche der Separatoren vorgesehen, in denen das Kühlflächendichtungselement 27 von den Gasdichtungselementen versetzt ist. Die Details der Stützelemente 29A und 29B werden mit Bezug auf Fig. 11 erläutert. Fig. 11 ist eine entlang der Linie P-P in Fig. 2 geschnittene Längsschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Brennstoffzelleneinheiten. Das Stützelement 29B, das den Brennstoffgas-Durchflusskanal 8 überquerend angeordnet ist, hat darin gebildete Kommunikationsausnehmungen 30 mit konkavem Querschnitt. Die Kommunikationsausnehmungen 30 ermöglichen, dass Brennstoffgas aus dem Brennstoffgas-Durchflusskanal 8 strömen kann, während andererseits die Steifigkeit der Bereiche der Separatoren 4A und 5A, in denen die Stützelemente 29B vorgesehen sind, erhöht werden kann. Die Stützelemente 29A sind nicht mit den Kommunikationsausnehmungen 30 versehen; deshalb kann die Steifigkeit des Separators noch weiter erhöht werden. Zur Bildung der Stützelemente 29A und 29B wird elektrisches Isoliermaterial verwendet.
  • Wenngleich die obige Beschreibung für die Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 gilt, ist sie auch im Fall der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 zutreffend.
  • Ferner ist Fig. 13 eine entlang der Linie B-B in Fig. 3 geschnittene Längsschnittansicht. Fig. 13 zeigt einen Weg, der es ermöglicht, dass Oxidationsgas aus der jeden der Separatoren 4A und 5A in seiner Dickenrichtung durchgreifenden Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 über den Kommunikationsweg 25A zu dem Oxidationsgas-Durchflusskanal 9 strömt, der zwischen der Kathodenelektrode 12 und dem Separator 5A gebildet ist.
  • Wie in Fig. 13 ebenfalls zu sehen ist, sind die Gasdichtungselemente 6A und 7A, die den Bereich zwischen der Membranelektrodenanordnung 3 und dem auf deren beiden Seiten angeordneten Paar von Separatoren 4A und 5A abdichten, in der Weise angeordnet, dass sie die Elektrolytmembrane 10 in ihrer Dickenrichtung in den jeweiligen in Stapelrichtung der Brennstoffzelleneinheit 2A übereinstimmenden Positionen zwischen sich aufnehmen. Das Gasdichtungselement 7A ist auf die Brückenplatte 25b gesetzt, die sich direkt über den in dem Separator 5A gebildeten Kommunikationsweg 25 A erstreckt. Das heißt der Kommunikationsweg 25A macht einen Umweg um das Gasdichtungselement 7A in der Dickenrichtung des Separators 5A und verbindet das Innere des Gasdichtungselements 7A mit seinem Äußeren. Das von der Oxidationsgas- Kommunikationsöffnung 18 an der Außenseite des Gasdichtungselements 7A zugeführte Oxidationsgas kann in den Oxidationsgas-Durchflusskanal 9 an der Innenseite des Gasdichtungselements 7A strömen.
  • In diesem Fall ist das Kühlflächendichtungselement 27, das die Brennstoffzelleneinheit 2A abdichtet und den Kühlmittel-Durchflusskanal 28 abgrenzt, in einer Position angeordnet, die näher als der Kommunikationsweg 25A an der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 liegt. Deshalb können das Kühlflächendichtungselement 27 und die den Kommunikationsweg 25A bildenden Vertiefungen 25a, die durch Ausnehmen einer Oberfläche des Separators 5A in seiner Dickenrichtung hergestellt werden, im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Separator 5A angeordnet werden. Wie im Falle der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 kann dank der Stützelemente 29A und 29B, die in den Bereichen der Separatoren 4A und 5A vorhanden sind, in denen die Gasdichtungselemente 6A und 7A und das Kühlflächendichtungselement 27 zueinander versetzt angeordnet sind, die Dicke dieser Bereiche der Separatoren unter Vermeidung einer Deformation der Separatoren 4A und 5A und unter Sicherstellung einer ausreichenden Dichtwirkung in ausreichendem Maße reduziert werden.
  • Diese Beschreibung gilt in der gleichen Weise auch im Falle der Oxidationsgas- Kommunikationsöffnung 21.
  • Fig. 14 ist eine entlang der Linie C-C in Fig. 4 geschnittene Längsschnittansicht. Diese Zeichnung zeigt einen Kühlmittelweg, der die Kühlmittelzufuhröffnung 19 mit dem durch benachbarte Brennstoffzelleneinheiten 2A und 2A abgegrenzten Kühlmittel-Durchflusskanal 28 verbindet, sowie den Brennstoffgas- Durchflusskanal 8, den Oxidationsgas-Durchflusskanal 9 und den Kühlmittel- Durchflusskanal 28, die durch die gerippten Bereiche 4a und 5a abgegrenzt sind. Ferner sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Stützelemente 29C und 29D an den Oberflächen der Separatoren 4A und 4B vorgesehen, die den Kühlmittel- Durchflusskanal 28 bilden. Diese Stützelemente 29C und 29D stützen die Last, die durch die Gasdichtungselemente 6A und 7A ausgeübt wird, so dass die Steifigkeit der Separatoren 4A und 5A erhöht wird. Zudem ist das Stützelement 29D, das den Kühlmittel-Durchflusskanal 28 überquerend angeordnet ist, ebenso wie das Stützelement 29B mit Kommunikationsausnehmungen 30 versehen. Für die Stützelemente 29C und 29D kann vorzugsweise ein korrosionsbeständiges leitendes Material wie rostfreier Stahl oder Kohlenstoff verwendet werden.
  • Es ist demzufolge möglich, die von dem Kühlflächendichtungselement 27 belegte Höhe, die das Kühlflächendichtungselement 27 für die Bereitstellung einer ausreichenden Dichtwirkung braucht, deutlich zu reduzieren, während die Dicke der Separatoren 4A und 5A in den Positionen, in denen die Kommunikationswege 23A und 25A gebildet sind, beibehalten werden kann. Da außerdem die Steifigkeit der Bereiche der Separatoren 4A und 4B, in denen die Gasdichtungselemente 6A und 7A und das Kühlflächendichtungselement 27 zueinander versetzt angeordnet sind, gewährleistet ist, kann deren Dicke unter Vermeidung einer Deformation der Separatoren 4A und 5A und unter Sicherstellung einer ausreichenden Dichtwirkung ausreichend reduziert werden. Deshalb lässt sich die Größe des Brennstoffzellenstack 1A stark reduzieren.
  • Als nächstes wird ein weiterer Brennstoffzellenstack 1 B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 17 beschrieben.
  • Der Brennstoffzellenstack 1 B gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Brennstoffzellenstack 1A gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass anstelle der Kohlenstoffseparatoren in der ersten Ausführungsform die durch Pressformen von dünnen Metallplatten zu gerippten Platten hergestellten Separatoren 4A und 5A verwendet werden.
  • Auch bei dem Brennstoffzellenstack 1 B gemäß dieser Ausführungsform wird der Kommunikationsweg 23A hergestellt, indem der Separator 4A gebogen wird, um in einer Position, in der die beide Flächen der Elektrolytmembrane 10 zwischen sich aufnehmenden Gasdichtungselemente 6A und 7A vorgesehen sind, Abstände von den Gasdichtungselementen 6A und 7A zu schaffen, und das Gasdichtungselement 6A wird durch die Brückenplatte 23b gestützt, die sich direkt über den Kommunikationsweg 23A erstreckt. Demgemäss macht der Kommunikationsweg 23A in der Stapelrichtung der Separatoren 4A und 5A einen Umweg um das Gasdichtungselement 6A und verbindet das Innere des Gasdichtungselements 6A mit seinem Äußeren.
  • Darüber hinaus ist das Kühlflächendichtungselement 27 in einer Position angeordnet, die näher als der Kommunikationsweg 23A zur Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 liegt, wodurch das Kühlflächendichtungselement 27 und der Kommunikationsweg 23A in Stapelrichtung der Separatoren 4A und 5A gesehen im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Deshalb lässt sich der Spalt zwischen den einander gegenüberstehenden Separatoren 4A und 5A reduzieren, mit dem Effekt, dass die Dimension des gesamten Brennstoffzellenstack 1B in der Stapelrichtung reduziert werden kann. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform kann dank der vorgesehenen Stützelemente 29A bis 29D die Dicke der Separatoren 5A und 5B unter Vermeidung ihrer Deformation und unter Sicherstellung einer ausreichenden Dichtwirkung auch bei dieser Ausführungsform ausreichend reduziert werden. Außerdem ist eine noch weitere Reduzierung der Größe des Brennstoffzellenstack 1 B möglich, weil metallische Separatoren dünner ausgebildet werden können als Kohlenstoffseparatoren.
  • Ein weiterer Brennstoffzellenstack 1C gemäß der dritten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 18 bis 20 beschrieben. Hier ist zu beachten, dass die mit der ersten und der zweiten Ausführungsform gemeinsamen Elemente dieser Ausführungsform die gleichen Bezugsziffern tragen und nur noch vereinfacht beschrieben werden.
  • Die Fig. 18 bis 20 zeigen jeweils Längsschnittansichten ähnlich jenen der Fig. 12 bis 14, in denen die erste Ausführungsform dargestellt ist.
  • Der Brennstoffzellenstack 1C gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von den Brennstoffzellenstacks 1A und 1B der ersten und der zweiten Ausführungsform, dass nach je zwei Brennstoffzelleneinheiten 2B und 2C ein Brennstoffgas-Durchflusskanal 28 vorgesehen ist, während in der ersten Ausführungsform ein Brennstoffgas-Durchflusskanal 28 nach jeder Brennstoffzelleneinheit 2A vorgesehen ist. Das heißt in dem Bereich, in dem der Kühlmittel-Durchflusskanal 28 gebildet ist, sind zwei Separatoren 4A und 5A einander zugekehrt angeordnet, und das Kühlflächendichtungselement 27 ist zwischen den Separatoren in der Weise aufgenommen, dass wie im Falle der in Fig. 17 gezeigten ersten Ausführungsform der Kühlmittel-Durchflusskanal 28 gebildet wird, während in dem Bereich, in dem der Kühlmittel-Durchflusskanal 28 nicht gebildet wird, ein einziger Separator 37 verwendet wird, der einem Separator gleicht, der durch die Integration der Separatoren 4A und 5A in der ersten Ausführungsform gebildet wird.
  • Dadurch dass nach je zwei Brennstoffzelleneinheiten 2B und 2C ein Kühlmittel- Durchflusskanal 28 vorgesehen ist, können aufgrund der geringeren Anzahl von Kühlflächendichtungselementen 27 die Kosten des Brennstoffzellenstack gesenkt werden, und weil die Dicke des integrierten Separators 37, in dem der Kühlmittel-Durchflusskanal 28 nicht gebildet ist, reduziert wird, kann auch die Dimension in der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstack 1C weiter reduziert werden.
  • Darüber hinaus sind in dieser Ausführungsform, wie in den Fig. 6A und 6B gezeigt, der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23B in der Brennstoffzelleneinheit 2B und der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23C in der Brennstoffzelleneinheit 2C in Stapelrichtung gesehen von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 zur Membranelektrodenanordnung 3 versetzt zueinander angeordnet, d. h. der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23C in der Brennstoffzelleneinheit 2C ist von der Membranelektrodenanordnung 3 der Brennstoffzelleneinheit 2B weiter nach außen angeordnet als der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23B in der Brennstoffzelleneinheit 2B. Außerdem sind auch in dieser Ausführungsform, wie in den Fig. 6A und 6B gezeigt, Stützelemente 29E bis 29H vorgesehen, die die jeweiligen Bereiche der Separatoren 4B, 37 und 5C stützen. Da die Stützelemente 29E und 29F zwischen den Separatoren 4B und 37 oder zwischen den Separatoren 37 und 5C vorgesehen sind, sind die Stützelemente 29E und 29F aus elektrischem Isoliermaterial hergestellt. Da ferner die Stützelemente 29G und 29H zwischen dem Separator 4B und der Membranelektrodenanordnung 3 oder zwischen der Membranelektrodenanordnung 3 und dem Separator 37 angeordnet sind, sind die Stützelemente 29 G und 29H aus korrosionsbeständigem Material hergestellt. Außerdem sind die Stützelemente 29F und 29H mit Kommunikationsausnehmungen 30 versehen, die das Reaktionsgas (das Brennstoffgas oder Oxidationsgas) hindurchströmen lassen. Die Stützelemente 29E und 29F sind nicht mit Kommunikationsausnehmungen 30 versehen, weshalb die Steifigkeit der Stützelemente 29E und 29F weiter erhöht werden kann.
  • Obwohl der Bereich der Brennstoffzelleneinheit 2C, der den Brennstoffgas- Kommunikationsweg 23C bildet, von der Membranelektrodenanordnung 3 der Brennstoffzelleneinheit 2B nach außen angeordnet ist, kann dessen Steifigkeit dank des Stützelements 29F sichergestellt werden. Außerdem kann dank der vorgesehenen Stützelemente 29E bis 29H die Steifigkeit der Bereiche der Separatoren 4B, 37 und 5C, in denen die Gasdichtungselemente 6B und 7B und das Kühlflächendichtungselement 27 versetzt zu einander angeordnet sind, in ausreichendem Maße sichergestellt werden. Die gleiche Beschreibung gilt im Falle der Brennstoffgas-Kommunikationswege 23B und 23C, die in der Nähe der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 vorgesehen sind.
  • Wie im Falle der Brennstoffgas-Kommunikationswege 23B und 23C und wie in den Fig. 7A und 7B dargestellt, sind der Oxidationsgas-Kommunikationsweg 25B in der Brennstoffzelleneinheit 2B und der Oxidationsgas-Kommunikationsweg 25C in der Brennstoffzelleneinheit 2C in der Weise angeordnet, dass sie in Stapelrichtung gesehen von der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 18 in Richtung zur Membranelektrodenanordnung 3 versetzt zueinander angeordnet sind. Deshalb kann der Bereich der Brennstoffzelleneinheit 2C, der den Oxidationsgas-Kommunikationsweg 23b bildet, von der Membranelektrodenanordnung 3 der Brennstoffzelleneinheit 2C nach außen angeordnet werden. Wie Fig. 18 zeigt, lässt sich aufgrund der Stützung des Bereichs der Brennstoffzelleneinheit 2C durch das Stützelemente 29F dessen Steifigkeit sicherstellen. Hinzu kommt, dass wie im Falle der Brennstoffgasseite durch die Anordnung der Stützelemente 29E bis 29H die Steifigkeit der Bereiche der Separatoren 4B, 37 und 5C, in denen die Gasdichtungselemente 6B und 7B und das Kühlflächendichtungselement 37 versetzt zueinander angeordnet sind, in ausreichendem Maße sichergestellt wird. Die gleiche Beschreibung gilt auch im Falle der Oxidationsgas-Kommunikationswege 25B und 25C, die in der Nähe der Oxidationsgas-Kommunikationsöffnung 20 vorgesehen sind. Wie vorstehend erläutert, kann bei dem Brennstoffzellenstack 1C gemäß der vorliegenden Erfindung die Größe des Brennstoffzellenstack 1C weiter reduziert werden, da unter Beibehaltung der Dichtwirkung eine ausreichende Reduzierung der Dicke der Separatoren 37, 5C und 4B möglich ist.
  • Die Fig. 21A und 21 B bis 23 zeigen die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und sind jeweils Längsschnittansichten ähnlich wie die Fig. 12 bis 14 der ersten Ausführungsform. Wie in den Fig. 21A und 21B bis 23 gezeigt ist, umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 1D dieser Ausführungsform eine Brennstoffzelleneinheit 2D und eine Brennstoffzelleneinheit 2E. Wie die Fig. 21A und 21B zeigen, sind der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23D in der Brennstoffzelleneinheit 2D und der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23E in der Brennstoffzelleneinheit 2E in Stapelrichtung gesehen von der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 17 in Richtung zur Membranelektrodenanordnung 3 und in der diese Richtung kreuzenden Richtung versetzt zueinander angeordnet.
  • Da die Brennstoffgas-Kommunikationswege 23D und 23E in den jeweiligen Brennstoffzelleneinheiten 2D und 2E in der Richtung von der Brennstoffgas- Kommunikationsöffnung 17 zur Membranelektrodenanordnung 3 und in der diese Richtung kreuzenden Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, können die Gasdichtungselemente 6E und 7E der Brennstoffzelleneinheit 2E von dem Bereich der Brennstoffzelleneinheit 2D, in dem der Brennstoffgas- Kommunikationsweg 23D gebildet ist, versetzt angeordnet werden, d. h. die Gasdichtungselemente 6E und 7E können von der Membranelektrodenanordnung 3 der Brennstoffzelleneinheit 2D nach außen angeordnet werden.
  • Wie des weiteren in den Fig. 8A und 8B dargestellt ist, sind in dieser Ausführungsform ebenso wie in der dritten Ausführungsform die Stützelemente 29E bis 29H vorgesehen, die die jeweiligen Bereiche der Separatoren 4D, 4E, 5D und 5E stützen. Dank der Stützelemente 29E bis 29H kann der Bereich der Brennstoffzelleneinheit 2E, in dem der Brennstoffgas-Kommunikationsweg 23E gebildet ist, von der Membranelektrodenanordnung 3 der Brennstoffzelleneinheit 2D nach außen positioniert werden, während die Steifigkeit des Bereichs erhalten bleibt. Deshalb lässt sich die Dicke der Brennstoffeinheiten 2D und 2E reduzieren. Die gleiche Beschreibung gilt auch für den Fall der Brennstoffgas- Kommunikationswege 23D und 23E, die in der Nähe der Brennstoffgas-Kommunikationsöffnung 20 vorgesehen sind. Wie weiterhin in den Fig. 22A und 22B gezeigt ist, gilt die gleiche Beschreibung auch für den Fall der Oxidationsgas-Kommunikationswege 25D der Brennstoffzelleneinheit 2D und für den Fall der Oxidationsgas-Kommunikationswege 25E der Brennstoffzelleneinheit 2E. Außerdem sind, wie Fig. 10 zeigt, in dieser Ausführungsform Stützelemente 291 bis 29K an der Oberfläche der Separatoren 4D und 5E dort vorgesehen, wo das Kühlflächendichtungselement 27 angeordnet ist, um deren Steifigkeit zu erhöhen. Demzufolge kann die Größe des Brennstoffzellenstack weiter reduziert werden.
  • In der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsformen sind die Stützelemente getrennt von den Separatoren gebildet; sie können jedoch auch einstückig mit den jeweiligen Separatoren ausgebildet werden. Zum Beispiel können im Falle eines Kohlenstoffseparators die Stützelemente gebildet werden, indem der Separator in einem seiner Bereiche dick ausgebildet wird, und die Kommunikationswege lassen sich herstellen, indem in diesem Bereich konkave und konvexe Abschnitte geformt werden. Die vorstehenden Ausführungsformen sind außerdem nur Beispiele, und die vorliegende Erfindung ist auch auf anderen Ausführungsformen anwendbar. Zum Beispiel können die Separatoren in der zweiten und in der dritten Ausführungsform aus Kohlenstoff hergestellt sein, oder es kann der Kühlmittel-Durchflusskanal nicht in jeder Brennstoffzelleneinheit, sondern stattdessen in jeder zweiten oder jeder dritten Brennstoffzelleneinheit gebildet sein.
  • Wie vorstehend erläutert, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Steifigkeit der Bereiche der Separatoren, in denen die Gasdichtungselemente und das Kühlflächendichtungselement versetzt zueinander angeordnet sind, sichergestellt. Deshalb kann die Dicke des Separators unter Vermeidung seiner Deformation in ausreichendem Maße reduziert werden. Es ist darüber hinaus auch möglich, einen ausreichenden Dichtungsdruck auf die Gasdichtungselemente und das Kühlflächendichtungselement, die versetzt zueinander angeordnet sind, auszuüben. Deshalb wird eine ausreichende Dichtwirkung sogar bei einer verringerten Dicke des Separators sichergestellt. Das Ergebnis ist, dass die Größe des Brennstoffzellenstack beachtlich reduziert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Dicke der Bereiche der Separatoren, in denen die Kommunikationswege versetzt zueinander angeordnet sind, reduziert werden, und es können auch die Bereiche der Separatoren in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet werden. Deshalb lässt sich die Größe des Brennstoffzellenstack weiter reduzieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Reaktionsgase oder das Kühlmittel durch die in den Stützelementen ausgebildeten Kommunikationsausnehmungen zugeführt werden, und die Steifigkeit des Bereichs der Separatoren, in dem die Stützelemente vorgesehen sind, kann erhöht werden. Deshalb ist eine weitere Reduzierung der Größe des Brennstoffzellenstack möglich.
  • Eine kleine und leichte Brennstoffzelle hat Separatoren (4A, 5A) mit Kommunikationsöffnungen (18) für Reaktionsgase und ein Kühlmedium, die an einer Außenseite von Gasdichtungselementen (6, 7) in der Weise angeordnet sind, dass sie jeden der Separatoren durchgreifen, und mit Kommunikationswegen (23A, 25A), die in Dickenrichtung der Separatoren (4, 5) einen Umweg um die Gasdichtungselemente (6, 7) machen und die Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen (18, 21) mit Reaktionsgas-Durchflusskanälen (8, 9) verbinden. Ferner sind Stützelemente (29B) vorgesehen, um Bereiche der Separatoren zu stützen, in denen die Gasdichtungselemente (6A, 7A) und das Kühlflächendichtungselement (27) in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.

Claims (3)

1. Brennstoffzelle mit Brennstoffzelleneinheiten (2A), die gestapelt sind und zwischen sich zumindest einen Kühlmittel-Durchflusskanal (28) aufweisen, der durch ein Kühlflächendichtungselement (27) abgedichtet ist, wobei jede Brennstoffzelleneinheit (2A) umfasst:
eine Elektrodenanordnung (3), die durch Anordnen einer Elektrode (11, 12) auf jeder Seite eines Elektrolyts (10) gebildet wird;
Separatoren (4A, 5A), die die Elektrodenanordnung (3) in ihrer Dickenrichtung zwischen sich aufnehmen; und
Gasdichtungselemente (6A, 7A), die an einem äußeren Randbereich der Elektrodenanordnung (3) angeordnet sind und die jeweiligen Reaktionsgas-Durchflusskanäle (8, 9), die zwischen jedem Separator (4A, 5A) und der Elektrodenanordnung (3) gebildet und durch die Separatoren (4A, 5A) und die Elektrodenanordnung (3) begrenzt sind, abdichten, wobei in jedem der Separatoren (4A, 5A) Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen (17, 18, 20, 21) und Kühlmittel-Kommunikationsöffnungen (19, 22), die jeden der Separatoren (4A, 5A) in seiner Dickenrichtung durchgreifen, und Kommunikationswege (23A, 25A) vorgesehen sind, die in Dickenrichtung der Separatoren (4A, 5A) einen Umweg um die Gasdichtungselemente (6A, 7A) machen und die Reaktionsgas-Kommunikationsöffnungen (17, 18, 20, 21) mit den Reaktionsgas-Durchflusskanälen (8, 9) verbinden; und wobei
die Bereiche der Separatoren (4A, 5A), in denen die Gasdichtungselemente (6A, 7A) und das Kühlflächendichtungselement (27) in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind, durch Stützelemente (29A, 29B, 29C, 29D) gestützt sind.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationswege (23A, 25A) in einer Brennstoffzelleneinheit (2A) und die korrespondierenden Kommunikationswege (23A, 25A) in der in Stapelrichtung angrenzenden Brennstoffzelleneinheit (2A) in Stapelrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind und wobei zumindest ein Bereich eines jeden der Stützelemente (29A, 29B, 29C, 29D) einen Bereich der Separatoren (4A, 5A) stützt, in dem die Kommunikationswege (23A, 25A) gebildet sind.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der über den Reaktionsgas-Durchflusskanälen (8, 9) oder dem Kühlmittel-Durchflusskanal (28) angeordneten Stützelemente (29A, 29B, 29C, 29D) mit Kommunikationsausnehmungen (30) versehen ist, die die Reaktionsgase oder das Kühlmittel hindurchströmen lassen.
DE10251439A 2001-11-07 2002-11-05 Brennstoffzelle Expired - Fee Related DE10251439B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001/342435 2001-11-07
JP2001342435A JP3830805B2 (ja) 2001-11-07 2001-11-07 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10251439A1 true DE10251439A1 (de) 2003-11-13
DE10251439B4 DE10251439B4 (de) 2006-11-09

Family

ID=19156293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10251439A Expired - Fee Related DE10251439B4 (de) 2001-11-07 2002-11-05 Brennstoffzelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6833210B2 (de)
JP (1) JP3830805B2 (de)
CA (1) CA2411081C (de)
DE (1) DE10251439B4 (de)
GB (1) GB2382456B (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1324416A2 (de) * 2001-12-27 2003-07-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brennstoffzellenstapel
EP1796196A2 (de) * 2005-12-06 2007-06-13 Behr GmbH & Co. KG Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102009043381B4 (de) * 2008-10-16 2014-09-04 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE112005001970B4 (de) * 2004-08-12 2015-10-22 General Motors Corp. Separatorplattenanordnung
DE102014213192A1 (de) * 2014-07-08 2016-02-11 Volkswagen Ag Bipolarplatte mit in Sicke angeordnetem Dichtelement und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4841769B2 (ja) * 2001-09-07 2011-12-21 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP3693955B2 (ja) * 2001-12-26 2005-09-14 本田技研工業株式会社 燃料電池
US8283085B2 (en) 2001-12-26 2012-10-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and separator thereof
US7459227B2 (en) * 2003-04-18 2008-12-02 General Motors Corporation Stamped fuel cell bipolar plate
DE102004021253B4 (de) 2003-05-01 2009-06-04 Honda Motor Co., Ltd. Brennstoffzelle
JP4747486B2 (ja) * 2003-10-09 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US7186476B2 (en) * 2003-11-07 2007-03-06 General Motors Corporation One piece bipolar plate with spring seals
JP4081432B2 (ja) * 2003-12-22 2008-04-23 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP2005209470A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Equos Research Co Ltd 燃料電池
JP4417136B2 (ja) * 2004-02-25 2010-02-17 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4723196B2 (ja) * 2004-03-16 2011-07-13 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4189345B2 (ja) * 2004-03-24 2008-12-03 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4218569B2 (ja) * 2004-03-30 2009-02-04 株式会社エクォス・リサーチ セパレータ及びそれを用いた燃料電池
JP4887639B2 (ja) * 2005-03-11 2012-02-29 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP4992188B2 (ja) * 2005-03-11 2012-08-08 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP5051606B2 (ja) * 2005-03-23 2012-10-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP5306615B2 (ja) * 2007-08-09 2013-10-02 本田技研工業株式会社 燃料電池
KR100974772B1 (ko) * 2007-09-14 2010-08-06 현대자동차주식회사 연료전지스택의 응력 집중 저감을 위한 가스켓
DE102008018595A1 (de) * 2008-04-11 2009-10-15 Behr Gmbh & Co. Brennstoffzelle
US8911918B2 (en) * 2010-02-08 2014-12-16 GM Global Technology Operations LLC Hybrid seal application process
JP6547731B2 (ja) * 2016-12-13 2019-07-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
JP6284662B1 (ja) * 2017-02-02 2018-02-28 日本特殊陶業株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
WO2018229799A2 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Kpit Technologies Ltd Bi-polar metal plate for a fuel cell stack
JP6950614B2 (ja) * 2018-04-18 2021-10-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池の製造方法
DE102021210518A1 (de) * 2021-09-22 2023-03-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Elektrochemische Zelle
DE102022110834B4 (de) 2022-05-03 2024-03-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3489181B2 (ja) 1994-03-10 2004-01-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の単電池およびその製造方法
US6159628A (en) 1998-10-21 2000-12-12 International Fuel Cells Llc Use of thermoplastic films to create seals and bond PEM cell components
US6261710B1 (en) * 1998-11-25 2001-07-17 Institute Of Gas Technology Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells
JP3951484B2 (ja) * 1998-12-16 2007-08-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP4809519B2 (ja) * 1999-09-10 2011-11-09 本田技研工業株式会社 燃料電池
DE10015360B4 (de) * 2000-03-28 2006-11-23 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Separatoreinheit für Elektrolysezellen und Brennstoffzellen
FR2819343B1 (fr) * 2001-01-10 2003-04-04 Technicatome Pile a combustible equipee de plaques polaires identiques et a circulation interne de combustible et de refrigerant
US20040038109A1 (en) * 2002-08-22 2004-02-26 Bernacki John E. Apparatus for electrically insulating bipolar plates in fuel cell stack

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1324416A2 (de) * 2001-12-27 2003-07-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brennstoffzellenstapel
EP1324416A3 (de) * 2001-12-27 2006-07-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Brennstoffzellenstapel
DE112005001970B4 (de) * 2004-08-12 2015-10-22 General Motors Corp. Separatorplattenanordnung
EP1796196A2 (de) * 2005-12-06 2007-06-13 Behr GmbH & Co. KG Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102005058350A1 (de) * 2005-12-06 2007-06-14 Behr Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
EP1796196A3 (de) * 2005-12-06 2008-06-25 Behr GmbH & Co. KG Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102005058350B4 (de) * 2005-12-06 2020-10-08 Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102009043381B4 (de) * 2008-10-16 2014-09-04 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE102014213192A1 (de) * 2014-07-08 2016-02-11 Volkswagen Ag Bipolarplatte mit in Sicke angeordnetem Dichtelement und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte

Also Published As

Publication number Publication date
US20030087140A1 (en) 2003-05-08
GB2382456A (en) 2003-05-28
CA2411081C (en) 2008-01-22
GB0225797D0 (en) 2002-12-11
US6833210B2 (en) 2004-12-21
JP2003142144A (ja) 2003-05-16
JP3830805B2 (ja) 2006-10-11
CA2411081A1 (en) 2003-05-07
DE10251439B4 (de) 2006-11-09
GB2382456B (en) 2003-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10251439B4 (de) Brennstoffzelle
DE102010061802B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Separators für eine Brennstoffzelle
DE102004032907B4 (de) Membranelektrodenanordnung und Brennstoffzelle
DE202016107302U1 (de) Separatorplatte für ein elektrochemisches System
DE10300068B4 (de) Brennstoffzelle
EP3378117B1 (de) Bipolarplatte mit asymmetrischen dichtungsabschnitten, sowie brennstoffzellenstapel mit einer solchen
DE10260626B4 (de) Brennstoffzelle
DE112013001654B4 (de) Brennstoffzelle
DE10340215A1 (de) Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle und bipolare Platte
DE102005056341A1 (de) Brennstoffzelle
DE60225237T2 (de) Platzsparende Bipolarplatte und Brennstoffzellenstapel
DE102018222609B4 (de) Stromerzeugungszelle
DE202018104628U1 (de) Elektrochemisches System
DE102006028541A1 (de) Brennstoffzelle und Separator für Brennstoffzelle
DE112009004263T5 (de) Brennstoffzellenseparator und Brennstoffzelle
DE102014006749A1 (de) Strömungsfeldplatte für einen verbesserten Kühlmittelfluss
DE112005002123B4 (de) Bipolarplatte mit Versetzungen
DE102004022969A1 (de) Brennstoffzelle
DE102017124447A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
DE112007000282T5 (de) Brennstoffzelle
DE112014004569B4 (de) Brennstoffzellenseparator und Brennstoffzelle
DE102006056468A1 (de) Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102023203124A1 (de) Separatorplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102004058730B4 (de) Brennstoffzelle
DE10243353B4 (de) Brennstoffzelle

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R084 Declaration of willingness to licence
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000

Ipc: H01M0008027100