-
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der Offenlegungsschrift
WO 00/02282 A1 ist ein Brennstoffzellenstapel bekannt, bei dem Bipolarplatten zum Einsatz kommen. Eine Vielzahl von Brennstoffzellen sind in einer Stapelrichtung aufeinander folgend angeordnet und jeweils durch eine Bipolarplatte getrennt, wobei eine ihrer Flachseiten einer Anode der einen Brennstoffzelle und die andere ihrer Flachseiten einer Kathode der nächsten Brennstoffzelle gegenüber liegt. Die Bipolarplatte weist zumindest auf einer ihrer Flachseiten Medienführungskanäle zum Führen von Betriebsmedien für eine Anode und/oder Kathode einer Einzelzelle der Brennstoffzellenanordnung auf, wobei die Medienführungskanäle in einem mittleren Bereich der Bipolarplatte konzentriert sind. In einem Randbereich sind Öffnungen für Verteilerkanäle und Sammelkanäle für die Betriebsmedien vorgesehen. Die Öffnungen sind in den Ecken der Bipolarplatte spiegelsymmetrisch zu einer Diagonalen angeordnet.
-
Aus der Patentanmeldung
US 2002/0192531 A1 geht eine Bipolarplatte hervor, bei der zweite Öffnungen (fuel inlet port (
6)/fuel outlet port (
7)) und dritte Öffnungen (oxidant inlet port (
10)/oxidant outlet port (
11)) vom mittleren Bereich der Bipolarplatte aus gesehen hintereinander angeordnet sind und erste Öffnungen (coolant inlet port (
6)/coolant outlet port (
9)) seitlich dazu. Zweck dieser geometrischen Anordnung ist, die zweiten Öffnungen (für den Brennstoff) und die dritten Öffnungen (für das Oxidationsmittel) so anzuordnen, dass sie tiefere Punkte aufweisen als die mit ihnen fluidisch verbundenen Medienführungskanäle, um eine verbesserte Drainage zu bewirken.
-
Das Patent
US 6,303,245 B1 lehrt, bei einer Bipolarplatte humidification manifolds vorzusehen und hinter diesen zweite Öffnungen (für Brennstoff) bzw. dritte Öffnungen (für Oxidationsmittel) anzuordnen und seitlich zu den zweiten bzw. dritten Öffnungen erste Öffnungen (für Kühlmittel).
-
Aus der Patentanmeldung
US 2002/0081477 A1 geht eine Bipolarplatte hervor, bei der alle Öffnungen für die verschiedenen Betriebsmedien, also erste, zweite und dritte Öffnungen, nebeneinander angeordnet sind.
-
Aus der internationalen Anmeldung
WO 01/41241 A2 sind Bipolarplatten für Brennstoffzellenstapel zu entnehmen, die hintereinander liegende Öffnungen und seitlich davon liegende Öffnung aufweisen. Die Bipolarplatte weist keine Medienführungskanäle auf. Stattdessen ist in einer zentralen Region der Platte ein netzartiges Material angeordnet.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bipolarplatte anzugeben, mit der ein Brennstoffzellenstapel mit hoher Leistung betrieben werden kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Gemäß der Erfindung sind, von einem mittleren Bereich einer Bipolarplatte aus gesehen, eine erste Öffnung, die einem Kühlmittel zugeordnet ist, und eine zweite Öffnung, die einem Brennstoff zugeordnet ist, zur Zuführung von Betriebsmedien zur Brennstoffzelle in einem Randbereich hintereinander angeordnet, wobei die hintereinander liegenden Öffnungen seitlich von einer dritten Öffnung, die einem Oxidationsmittel zugeordnet ist, liegen. Damit ist es prinzipiell möglich, dass ein Gleichstrom eines Kühlmediums und eines Oxidationsmittels erreicht wird. Damit gelingt eine Homogenisierung eines Temperaturverlaufs entlang des Brennstoffzellenstapels, eine lokale Überhitzung wird vermieden.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bipolarplatte rechteckig mit zwei Langseiten und zwei Schmalseiten ausgebildet, wobei die Öffnungen im Randbereich an den beiden Schmalseiten angeordnet sind. Dies erlaubt eine Platz sparende Anordnung des Brennstoffzellenstapels.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine der ersten Öffnung zugeordnete Mehrzahl von parallelen Medienführungskanälen mit einer Mehrzahl von Medienführungskanälen, welche der dritten Öffnung zugeordnet sind, im Gleichstrom durchströmt. Diese Ausgestaltung dient ebenso der besseren und gleichmäßigeren Wärmeabfuhr und damit der Optimierung eines Temperaturhaushalts des Brennstoffzellenstapels.
-
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich ein Strömungsgebiet ausgehend von der zweiten Öffnung zu einer Mehrzahl paralleler, der zweiten Öffnung zugeordneten Medienführungskanälen, wobei ein Eintrittsbereich bzw. Austrittsbereich der Medienführungskanäle der dritten Öffnung gegenüberliegt. Besonders günstig ist es, in dem Strömungsgebiet Strömungselemente vorzusehen, die eine weitgehende Gleichverteilung des betreffenden Betriebsmediums auf die parallelen Medienführungskanäle gewährleisten. Dies verbessert die Temperaturgleichverteilung im Brennstoffzellenstapel.
-
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung nimmt die dritte Öffnung eine größere Grundfläche ein als jede einzelne der beiden hintereinander liegenden Öffnungen.
-
In günstiger Weiterbildung ist die erste Öffnung einem Kühlmittel, die zweite Öffnung einem Brennstoff und die dritte Öffnung einem Oxidationsmittel zugeordnet. Dies verbessert die Temperaturgleichverteilung weiter.
-
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass die erste Öffnung Streifenform mit abgeschrägter Spitze aufweist, wobei eine kürzere Kante der zweiten Öffnung und eine lange Kante den Gasführungskanälen benachbart ist und der Streifen parallel zur Schmalseite liegt. Die zweite Öffnung weist eine Streifenform auf, die abgeknickt ist, wobei der abgeknickte Bereich in etwa parallel zur schrägen Kante der ersten Öffnung verläuft und der Streifen parallel zur Schmalseite liegt. Die dritte Öffnung weist in etwa Dreiecksform auf, wobei ein erster Schenkel parallel zur Langseite und ein zweiter Schenkel parallel zur Schmalseite liegt. Die spezielle Formgebung der Öffnungen ergibt jeweils besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich Temperaturverteilung und Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellenstapel.
-
In einer günstigen Weiterbildung sind die Öffnungen auf der einen Seite des Randes der Bipolarplatte punktsymmetrisch zu den Öffnungen auf der anderen Seite des Randes angeordnet. Damit wird eine Einhaltung des Gleichstroms der Medien einfacher.
-
In einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung ist die Bipolarplatte aus einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte gefügt, welche mit ihren Flachseiten in Kontakt sind. Dies ermöglicht eine günstige Herstellung der Bipolarplatte, sowie eine Gewichtsersparnis der gesamten Anordnung.
-
In einer weiteren günstigen Weiterbildung sind die Anodenplatte und die Kathodenplatte hohl geprägt, und die Erhebungen und Vertiefungen bilden im gefügten Zustand der Bipolarplatte Medienführungskanäle auf der Vorderseite und der Rückseite von Anodenplatte und Kathodenplatte, sowie im Inneren der Bipolarplatte. Dies vereinfacht die Herstellung und ist preiswert.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
-
Im folgenden ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine Aufsicht auf eine bevorzugte Anodenplatte einer bevorzugten Bipolarplatte;
-
2 eine Aufsicht auf eine bevorzugte Kathodenplatte einer bevorzugten Bipolarplatte;
-
3 eine Detailansicht der Strömungsgebiete für einen Brennstoff (3a), für ein Oxidationsmittel (3b) und für ein Kühlmittel (3c), und
-
4 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte bevorzugte gefügte Bipolarplatte.
-
Eine bevorzugte Brennstoffzellenanordnung ist in Stapelbauweise ausgeführt, bei der eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt und durch erfindungsgemäße Bipolarplatten getrennt sind.
-
Eine Aufsicht auf eine bevorzugte Anodenplatte 2 einer bevorzugten Bipolarplatte 1 für eine Brennstoffzellenanordnung ist in 1 dargestellt. Die Anodenplatte 2 weist eine Flachseite 4 und eine nicht erkennbare Rückseite 6 auf. 2 zeigt die Aufsicht auf eine bevorzugte Kathodenplatte 3 einer bevorzugten Bipolarplatte 1. Die Kathodenplatte 3 weist eine Flachseite 5 und eine nicht erkennbare Rückseite 7 auf. Werden die Anodenplatte 2 und die Kathodenplatte 3 mit ihren Rückseiten 6, 7 aneinander gelegt, ergibt sich die bevorzugte Bipolarplatte 1, wie später genauer anhand von 4 erläutert ist.
-
Die Bipolarplatte 1 gemäß der Erfindung weist zumindest auf einer ihrer Flachseiten 4, 5, d. h. Vorder- und/oder Rückseite der Bipolarplatte 1, Medienführungskanäle 10, 11 zum Führen von Betriebsmedien für eine Anode, die der einen Flachseite 4 gegenüber liegt (1), und/oder für eine Kathode, die der anderen Flachseite 5 gegenüber liegt (2), von benachbarten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung auf. Die Medienführungskanäle 10, 11 sind in einem mittleren Bereich 15, 15' der Bipolarplatte 1 konzentriert. Besonders bevorzugt sind die Medienführungskanäle 10, 11 durch eine Mehrzahl paralleler Kanäle gebildet, mit Zugängen und Abgängen in Bereichen A, B bzw. A', B'. Es ist jeweils vorgesehen, dass ein Betriebsmedium auf einer Seite im oberen Bereich in die Medienführungskanäle 10, 11, 12 eintritt und auf der gegenüberliegenden Seite unten wieder austritt oder umgekehrt, so dass die Bereiche A, A' den Bereichen B, B' jeweils diagonal gegenüberliegen.
-
Medienführungskanäle 12 für ein Kühlmittel sind vorzugsweise auf den nicht erkennbaren Rückseiten 6, 7 der Anodenplatte 2 und/oder der Kathodenplatte 3 angeordnet. Der mittlere Bereich 15, 15' ist von einem Rand umgeben. Der Rand weist einen ersten Randbereich 8; 8' mit Öffnungen 20, 21, 22; 20' 21', 22' und einen gegenüber liegenden zweiten Randbereich 9; 9' mit Öffnungen 30, 31, 32; 30', 31', 32' für Verteilerkanäle und Sammelkanäle für die Betriebsmedien auf.
-
In gestapelter Form bilden die Öffnungen 20, 20', 21, 21', 22, 22' in Stapelrichtung durchgehende Verteilerkanäle, in denen Betriebsmedien wie Kühlmittel, Oxidationsmittel und Brennstoff geführt und auf die einzelnen Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel verteilt werden. Die Öffnungen 30, 30', 31, 31' 32, 32' bilden dem entsprechend Sammelkanäle, in welche die Betriebsmedien bzw. deren Reaktionsprodukte nach Durchlaufen der Reaktions- und Kühlräume der Brennstoffzellen eingeleitet und aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt werden. Die Öffnungen 20, 20', 21, 21', 22, 22' bzw. 30, 30', 31, 31' 32, 32' sind dazu jeweils mit entsprechenden, nicht dargestellten Dichtungen umgeben, die in Auslassebenen der Brennstoffzellen geeignete, an sich bekannte Austrittsmöglichkeiten für das dort jeweils vorgesehene Betriebsmedium aufweisen. Zusätzlich ist der Rand der Bipolarplatte 1 auf den Flachseiten 4, 5 üblicherweise jeweils mit einer umlaufenden Dichtung versehen, welche den mittleren Bereich 15, 15' und/oder das gesamte Innere der Bipolarplatte 1 gegen die Umgebung abdichtet. Dazu ist beispielsweise eine umlaufende Dichtungsnut 17, 17' vorgesehen.
-
Vorzugsweise ist die Bipolarplatte 1 rechteckig ausgebildet mit zwei Langseiten L und zwei Schmalseiten S. Die Öffnungen 20, 21, 22, 30, 31, 32; 20', 21', 22', 30', 31', 32' sind im Randbereich 8, 8'; 9, 9' an den beiden Schmalseiten S angeordnet.
-
Bei der Anodenplatte 2 sind gemäß der Erfindung vom mittleren Bereich 15 aus gesehen, im Randbereich 8 eine erste Öffnung 20 und eine zweite Öffnung 21 hintereinander angeordnet. Die hintereinander liegenden Öffnungen 20, 21 liegen seitlich von einer dritten Öffnung 22. Entsprechendes gilt für die Anordnung im Randbereich 9, wo auf eine erste Öffnung 30 eine zweite Öffnung 31 folgt und beide neben einer dritten Öffnung 32 liegen.
-
Entsprechend ist auch die Kathodenplatte 3 ausgebildet, wobei ausgehend von dem mittleren Bereich 15' in dem Randbereich 8' auf eine erste Öffnung 20' eine zweite Öffnung 21' folgt und die hintereinander liegenden Öffnungen 20', 21' und neben einer dritten Öffnung 22' liegen. Im Randbereich 9' folgt auf eine erste Öffnung 30' die zweite Öffnung 31' und beide liegen neben einer dritten Öffnung 32'.
-
Jeder Randbereich 8, 9 der Anodenplatte 2 und zweckmäßigerweise jeder Randbereich 8', 9' der Kathodenplatte 3 hat eine im wesentlichen rechteckige Grundfläche. Der Randbereich an den Langseiten L ist dem gegenüber wesentlich schmaler ausgebildet und besteht im wesentlichen aus den Dichtungsnuten 17, 17'. Die hintereinander liegenden Öffnungen 20, 21, 30, 31 der Anodenplatte 2 bzw. Öffnungen 20', 21', 30', 31' der Kathodenplatte 3 nehmen etwa die halbe Grundfläche der Randbereiche 8, 8' bzw. 9, 9' ein.
-
Ausgehend von der zweiten Öffnung 21 der Anodenplatte 2 erstreckt sich ein Strömungsgebiet zu einer Mehrzahl paralleler, der zweiten Öffnung 21 zugeordnete Medienführungskanäle 10, wobei ein Eintrittsbereich A der Medienführungskanäle 10 der dritten Öffnung 22 gegenüber liegt. In dem Strömungsgebiet sind Strömungselemente 23 angeordnet, um die Strömung des Betriebsmittels aus der zweiten Öffnung 21 auf die parallelen Medienführungskanäle 10 möglichst homogen zu verteilen. Die Strömungselemente 23 können auch Stützelemente sein, welche im zusammengebauten Zustand des Brennstoffzellenstapels benachbarte Membran-Elektrodeneinheiten (MEA) bzw. Bipolarplatten 1 der Brennstoffzellen abstützen. Nach Durchlaufen der Medienführungskanäle 10 tritt das Betriebsmedium im Bereich B aus ihnen aus und gelangt in die zweite Öffnung 31. Im Strömungsgebiet zwischen dem Bereich B und der zweiten Öffnung 31 sind ebenso Strömungselemente 33 angeordnet, so dass am Eintrittsbereich A und am Austrittsbereich B symmetrische Strömungsverhältnisse vorliegen.
-
Damit kann das Betriebsmedium auf die parallelen Medienführungskanäle 10 in etwa gleich verteilt werden, so dass die Zufuhr und die Abfuhr der Betriebsmedien möglichst homogen für jede Brennstoffzelle und innerhalb jeder Brennstoffzelle erfolgen kann.
-
Auf der Kathodenplatte 3 in 2 sind ebenfalls Strömungselemente 24', 34' in einem Strömungsgebiet zu erkennen, wobei diese zwischen den dritten Öffnungen 22', 32' und einem Eintrittsbereich A' und einem Austrittsbereich B' mit zugeordneten Medienführungskanälen 11 liegen, welche das den dritten Öffnung 22', 32' zugeordnete Betriebsmedium gleich auf die parallelen Medienführungskanäle 11 verteilen sollen. Auch diese Strömungselemente können als Stützelemente dienen.
-
Eine der ersten Öffnung 20, 30; 20', 30' zugeordnete Mehrzahl von parallelen, nicht erkennbaren Medienführungskanälen 12 ist mit einer Mehrzahl von Medienführungskanälen 11, welche der dritten Öffnung 22', 32' zugeordnet sind, im Gleichstrom durchströmt.
-
Die der zweiten Öffnung 21, 31 zugeordneten Medienführungskanäle 10 sind mit den Medienführungskanälen, welche der dritten Öffnung 22', 32' zugeordnet sind, vorzugsweise im Gleichstrom durchströmbar. Alle Betriebsmedien, die durch die Öffnungen dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden, treten vorzugsweise im gleichen Bereich A, A' bzw. B, B' der Bipolarplatten 1 ein oder aus. Falls eine Durchströmung der Betriebsmedien im Gegenstrom erfolgen soll, können für einzelne Betriebsmedien die Eintrittsbereiche A, A' mit den Austrittsbereichen B, B' vertauscht werden. In diesem Sinne liegen als Eintrittsbereiche und/oder Austrittsbereiche A, A', B, B' fungierende Bereiche im Brennstoffzellenstapel stets übereinander und nie nebeneinander.
-
Weiterhin ist hervorzuheben, dass der Strömungsbereich mit den Strömungselementen 23, 33, 24', 34' relativ kleinflächig angelegt ist, so dass eine Verteilung der Betriebsmedien jeweils in kleinen Zonen erfolgt. Damit steht mehr Volumen und Fläche für eine homogene Strömung der Betriebsmedien in den Medienführungskanälen zur Verfügung. Auch diese Ausgestaltung macht sich deutlich in der Temperaturverteilung im Brennstoffzellenstapel bemerkbar.
-
Die dritten Öffnungen 22, 32 bzw. 22', 32' nehmen eine größere Grundfläche ein als jede einzelne der paarweise hintereinander liegenden Öffnungen 20, 21, 30, 31 bzw. 20', 21', 30', 31' der Anodenplatte 2 bzw. der Kathodenplatte 3.
-
Die ersten Öffnungen 20, 30; 20', 30' sind einem Kühlmittel zugeordnet, vorzugsweise Wasser. Die zweiten Öffnungen 21, 31; 21', 31' sind einem Brennstoff zugeordnet, vorzugsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas. Die dritten Öffnungen 22, 32; 22', 32' sind einem Oxidationsmittel, vorzugsweise Luft, zugeordnet. Durch die günstige Zuordnung der Öffnungen 20, 21, 22, 30, 31, 32; 20', 21', 22', 30', 31', 32' zu den benannten Betriebsmedien ergibt sich ein besonders homogener, praktisch durchgängiger Gleichstrom insbesondere des Kühlmittels und des Oxidationsmittels. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese in den Medienführungskanälen 10, 11, 12 in Serpentinengeometrie geführt werden.
-
Die Öffnungen 20, 21, 22, 30, 31, 32; 20', 21', 22', 30', 31', 32' weisen eine von einer Rechteckform abweichende Kontur auf. Es zeigt sich, dass nicht nur ein bevorzugter Gleichstrom der Betriebsmedien und insbesondere von Kühlmittel und Oxidationsmittel eine besonders vorteilhafte Temperaturgleichverteilung ermöglicht, sondern diese auch von der Form und Anordnung der Öffnungen mit beeinflusst wird.
-
Besonders bevorzugt weisen die ersten Öffnungen 20, 30; 20', 30' Streifenform mit abgeschrägter Spitze auf, wobei eine kürzere Kante der zweiten Öffnungen 21, 31; 21', 31' und eine lange Kante den Gasführungskanälen 10, 11 benachbart ist und der Streifen parallel zur Schmalseite S liegt. Die zweiten Öffnungen 21, 31; 21', 31' weisen vorzugsweise eine Streifenform auf, die an einem Ende abgeknickt ist, wobei der abgeknickte Bereich in etwa parallel zur schrägen Kante der ersten Öffnungen 20, 30; 20', 30' verläuft und der Streifen parallel zur Schmalseite S liegt. Die dritten Öffnungen 22, 32; 22', 32' weisen in etwa Dreiecksform in Form eines ungleichschenkeligen Dreiecks auf, wobei ein erster Schenkel parallel zur Langseite L und ein zweiter Schenkel parallel zur Schmalseite S liegt und der längste Schenkel einen Knick aufweist. Damit kann der verfügbare Raum für das Oxidationsmittel besser genutzt werden. Es zeigt sich, dass mit der speziellen Formgebung der Öffnungen 20, 21, 22, 30, 31, 32; 20', 21', 22', 30', 31', 32' eine weitere Verbesserung der Temperaturgleichverteilung erzielt werden kann. So genannte Hotspots lassen sich damit im Brennstoffzellenstapel weitgehend vermeiden.
-
Die Öffnungen 20, 21, 22; 20', 21', 22' auf der einen Seite des Randes im Randbereich 8, 8' der Bipolarplatte 1, über welche in der gefügten Form die Zufuhr der Betriebsmedien erfolgt, sind bevorzugt punktsymmetrisch zu den Öffnungen 30, 31, 32; 30', 31', 32' auf der anderen Seite des Randes im Randbereich 9, 9' angeordnet, über welche in der gefügten Form die Betriebsmedien bzw. die Reaktionsprodukte abgeführt werden.
-
3 zeigt Details der Strömungsgebiete der Anodenplatte 2 (3a), der Kathodenplatte (3b), sowie der Rückseite der Anodenplatte 2 (3c). Die Strömungselemente 23, 24' sind deutlich im Strömungsgebiet erkennbar. Auf der Flachseite 4 der Anodenplatte 2 sind die Strömungselemente 23 im Strömungsgebiet so angeordnet, dass der Brennstoff, der aus der Öffnung 21 austritt, von diesen zum Eintrittsbereich A geleitet wird. Im Bereich des Strömungsgebiets und der Strömungselemente 23 ist ein Gebiet 25 vorgesehen, in dem die Strukturtiefe senkrecht zur Flachseite und damit zur Bildebene vorzugsweise weniger tief als in den Medienführungskanälen 10 ausgebildet ist. Dies ist durch den gestrichelten Pfeil herausgehoben. Die Medienströmung des Brennstoffs ist mit dünnen Pfeilen angedeutet. Die Öffnungen 20 und 22 sind auf der Flachseite 4 vollständig von Dichtungen umgeben, während die Öffnung 21 nur am äußeren Umfang nach Außen abgedichtet, aber zum Strömungsgebiet hin offen ist.
-
Die Kathodenplatte 2 zeigt ebenfalls einen Bereich 25' im Strömungsgebiet, in dem die Strukturtiefe von Kanälen, mit denen das Oxidationsmittel zu den Medienführungskanälen 11 geleitet wird, geringer ist als in dem Medienführungskanälen 11 selbst. Das Oxidationsmittel wird aus der Öffnung 22 zum Eintrittsbereich A' geleitet und von Strömungselementen 23' auf die verschiedenen Medienführungskanäle 11 verteilt. Auf der Flachseite 5 der Kathodenplatte 3 sind die Öffnungen 21 und 20 vollständig von Dichtungen umgeben, während die Öffnung 22 für das Oxidationsmittel zum Strömungsgebiet hin offen ist.
-
3c zeigt die Rückseite 6 der Anodenplatte 2. Die Strukturen sind komplementär zu denen der Flachseite 4, d. h. Kanäle oder Vertiefungen auf der Flachseite 4 entsprechen Erhebungen auf der Flachseite 6 und umgekehrt. Dementsprechend weist auch die Flachseite 6 im Strömungsgebiet eine geringere Strukturtiefe auf als in den Medienführungskanälen 12, die in der 4 näher beschrieben sind. Die Öffnungen 20, 21, 22 weisen keine sie umgebenden Dichtungen auf, sondern werden, wie nachfolgend beschrieben gegen außen und innen mit materialschlüssigen Fügenähten versehen, etwa Lotnähten oder Schweißnähten. Die Öffnung 20, aus der das Kühlmittel in die zugehörigen Medienführungskanäle 12 geleitet wird, ist mit einem Steg 26 abgeschlossen, der von einer Mehrzahl von Pfeilern gestützt wird, zwischen denen das Kühlmittel aus der Öffnung 20 in das Strömungsgebiet eintreten kann. Es ist erkennbar, dass im gefügten Zustand alle Öffnungen 20, 21, 22 übereinander zu liegen kommen und die Eintrittsbereiche A, A' von Oxidationsmittel, Brennstoff und Kühlmittel in Stapelrichtung genau übereinander liegen.
-
4 zeigt die bevorzugte Bipolarplatte 1 in zusammengesetzter Form. Die Bipolarplatte 1 ist aus der Anodenplatte 2 und der Kathodenplatte 3 gefügt, welche mit ihren Rückseiten 6, 7 an einer Mehrzahl von Fügebereichen 19 in Kontakt sind. Der Übersichtlichkeit wegen ist nur einer der Fügebereiche sowie der Rückseiten 6, 7 und Flachseiten 4, 5 mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. Als Fügeverfahren kommen zweckmäßigerweise solche Verfahren in Betracht, die möglichst durchgängige und dichte Verbindungen ergeben, wie etwa Schweißen, insbesondere Laserschweißen für eine besonders hochwertige Schweißnaht, und Löten, wie Ofenlöten und Laserlöten oder Kleben und dergleichen.
-
Günstig ist es, als Werkstoff für die Bipolarplatte 1, bzw. die Anodenplatte 2 und die Kathodenplatte 3, einen metallischen Werkstoff zu wählen, etwa einen Edelstahl. Günstig sind geringe Blechstärken von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,4 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,3 mm. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit und/oder einer Korrosionsbeständigkeit kann der Werkstoff auch beschichtet sein.
-
Die Anodenplatte 2 und die Kathodenplatte 3 sind hohl geprägt, wobei sich in der Anodenplatte 2 und der Kathodenplatte 3 Erhebungen und Vertiefungen bilden. In der gefügten Form der Bipolarplatte 1 bilden diese Erhebungen und Vertiefungen die Medienführungskanäle 10, 11 auf den Flachseiten 4, 5 und Medienführungskanäle 12 im Innern der Bipolarplatte 1. Besonders zweckmäßig werden Serpentinenstrukturen geprägt. Membran-Elektrodeneinheiten MEA1 und MEA2 zweier benachbarter Brennstoffzellen sind mit der Bipolarplatte 1 bzw. deren Flachseiten 4, 5 in Kontakt. Als Flachseite 4, 5 wird die Ebene verstanden, die den jeweiligen Membran-Elektrodeneinheiten 4, 5 zugewandt sind, auch wenn diese nicht völlig eben, sondern geprägt sind.
-
Besonders günstig ist eine Kombination der oben bereits erwähnten Strömungsbereiche mit Strömungselementen 23, 33, 24', 34' zur Verteilung der Betriebsmedien in der Anodenplatte 2 und der Kathodenplatte 3 in Kombination mit einer Serpentinengeometrie der Prägung, um einen möglichst exakten Gleichstrom von Kühlmittel und Oxidationsmittel zu erzielen.
