DE202022106651U1

DE202022106651U1 - Separatorplatte mit einer Haltestruktur für einen Steckerstift

Info

Publication number: DE202022106651U1
Application number: DE202022106651.5U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: CN118099463A; US20240178412A1; DE102023132962A1

Abstract

Separatorplatte (10) für ein elektrochemisches System (1) mit einer Separatorplattenebene (10a), aufweisend eine erste Einzelplatte (11) und eine zweite Einzelplatte (12), die miteinander verbunden sind und an einem Außenrand (10b) der Separatorplatte (10) eine Haltestruktur (13) zum Halten eines Steckerstifts (31) bilden,
wobei die Einzelplatten (11, 12) im Bereich der Haltestruktur (13) zueinander beabstandet sind, sodass der Steckerstift (31) entlang einer Einführrichtung in die Haltestruktur (13) einführbar ist,
die Haltestruktur (13) einen Klemmbereich (30) und einen Aufnahmebereich (20) aufweist,
wobei der Steckerstift (31) im Klemmbereich (30) zwischen den Einzelplatten (11, 12) klemmbar ist,
wobei der Aufnahmebereich (20) vom Außenrand (10b) ausgeht und dem Klemmbereich (30) in Einführrichtung vorgelagert ist, und
zumindest die erste Einzelplatte (11) zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (10) im Aufnahmebereich (20) entlang der Einführrichtung konkav, insbesondere bogenförmig oder gewinkelt verläuft, sodass eine Kante (21) der ersten Einzelplatte (11) im Aufnahmebereich (20) auf die Separatorplattenebene (10a) zuweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System mit einer Haltestruktur zum Halten eines Steckerstifts.
Die Separatorplatte kann beispielsweise für ein Brennstoffzellensystem verwendet werden, bei dem aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie gewonnen wird. Die Separatorplatte kann auch für einen Elektrolyseur verwendet werden, bei dem durch Anlegen eines Potentials Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser erzeugt werden. Die Separatorplatte kann ebenfalls für einen elektrochemischen Verdichter verwendet werden, bei dem molekularer Wasserstoff durch das Anlegen eines Potentials mittels Oxidation/Reduktion durch die Membran hindurch transportiert und gleichzeitig komprimiert wird.
Weiter kann die Separatorplatte für eine Redox-Flow-Batterie verwendet werden, bei der zwei energiespeichernde Elektrolyte in zwei getrennten Kreisläufen geführt werden, zwischen denen Ionen mittels einer Membran ausgetauscht werden. Das erfindungsgemäße elektrochemische System kann also eines der vorgenannten elektrochemischen Systeme umfassen.
In einer ersten Variante umfassen Separatorplatten für ein elektrochemisches System ein Plattenpaar mit zwei metallischen Einzelplatten, wobei jeweils zwei Separatorplatten eine elektrochemische Zelle, also beispielsweise eine Brennstoffzelle, begrenzen. Dabei zählt eine Einzelplatte im engeren Sinne zu einer Zelle und die andere Einzelplatte der Separatorplatte zählt bereits zur nächsten Zelle. In einem elektrochemischen System wird dabei meist eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen, beispielsweise bis zu 600, in Serie zu einem Stapel oder Stack aufgestapelt. Die Zellen selbst umfassen neben jeweils zwei halben Separatorplatten üblicherweise eine Membran-Elektrodeneinheit, auch als MEA (membrane electrode assembly) bezeichnet, die zwischen den Separatorplatten angeordnet ist, sowie jeweils eine Gasdiffusionslage (GDL), die z.B. aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoffvlies besteht, auf beiden Seiten der MEA. Der gesamte Stapel wird zwischen zwei Endplatten über ein Verspannsystem zusammengehalten und mit einer vorbestimmten Pressung versehen.
Den Separatorplatten kommen in einem elektrochemischen System neben der Begrenzung der elektrochemischen Zellen mehrere weitere Funktionen zu, dies ist einerseits die elektrische Kontaktierung der Elektroden der verschiedenen elektrochemischen Zellen sowie die Weiterleitung des Stroms zurjeweils benachbarten Zelle, andererseits die Versorgung der Zellen mit den Reaktionsmedien und die Entsorgung der Reaktionsprodukte, weiter die Kühlung der elektrochemischen Zellen und die Weiterleitung der Abwärme, sowie das Abdichten der Kompartimente der beiden unterschiedlichen Reaktionsmedien und des Kühlmittels gegeneinander sowie nach außen.
In den beiden metallischen Einzelplatten der Separatorplatte sind entsprechend zur Versorgung der elektrochemischen Zellen Durchgangsöffnungen für Reaktionsmedien, üblicherweise also einerseits insbesondere Wasserstoff oder Methanol und andererseits insbesondere Luft oder Sauerstoff, sowie Kühlmittel, meist Mischungen aus demineralisiertem Wasser und Frostschutzmitteln, ausgebildet. Weiter ist in jeder der beiden metallischen Einzelplatten eine Verteilungsstruktur eingeformt, wobei sich dabei auf beiden Oberflächen der beiden Einzelplatten Kanäle ausbilden. Auf jeder der nach außen weisenden Oberflächen der Separatorplatte wird jeweils ein Reaktionsmedium und im Zwischenraum zwischen den beiden metallischen Einzelplatten das Kühlmittel geführt. Der Bereich, der in einer Orthogonalprojektion in eine gemeinsame Ebene mit der MEA mit der eigentlichen Membran und nicht mit deren Randbereich oder ihrer Abdichtstruktur zusammenfällt, wird auch als elektrochemisch aktiver Bereich der Separatorplatte bezeichnet. In diesem elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte wird auf der der MEA zugewandten Oberfläche der Separatorplatte ein Reaktionsmedium in einer Kanalstruktur geführt. Üblicherweise schließt sich zu zwei Seiten des elektrochemisch aktiven Bereichs ein Verteilbereich mit ebenfalls kanalartigen Verteilungsstrukturen an. Jede der Verteilungsstrukturen kommuniziert mit mindestens zwei der Durchgangsöffnungen, nämlich mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass für das jeweilige Fluid. Zur Abdichtung nach außen ist in jeder der metallischen Einzelplatten, zumindest geschlossen umlaufend um den elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte herum sowie gegebenenfalls um zumindest einen Teil der Durchgangsöffnungen herum jeweils eine Dichtstruktur angeordnet, die zu dem elektrochemisch aktiven Bereich bzw. der betreffenden Kante der Durchgangsöffnung beabstandet ist. Darüber hinaus können einzelne Durchgangsöffnungen zur Abdichtung gegeneinander auch von einer in sich geschlossen um die jeweilige Durchgangsöffnung umlaufenden Dichtstruktur abgedichtet sein.
In einer zweiten Variante können Separatorplatten nur eine Einzelplatte aufweisen, in der auf beiden Oberflächen Strukturen zum Führen von Reaktionsmedien ausgebildet sind. Diese Variante kommt beispielsweise häufig bei Polymerelektrolyt-Elektrolyseuren (PEM-EL) zum Einsatz, die keinen Kühlmechanismus umfassen.
Um zu überprüfen, ob die elektrochemischen Zellen eine ausreichende Zellspannung (Einzelzellspannungsmessung = englisch cell voltage measurement, CVM) liefern, werden die einzelnen Zellen am Rand der Separatorplatten elektrisch kontaktiert. Diese Kontaktierung muss mechanisch stabil und vibrationssicher sein, um auch im laufenden Betrieb, beispielsweise bei Einsatz in einem Fahrzeug, die Zellspannung überprüfen zu können.
Zum Aufnehmen und Klemmen der Steckerstifte werden häufig geprägte Haltestrukturen am Außenrand der Separatorplatte verwendet. Beim Verpressen der Separatorplatten mit einer MEA zu einem Stapel kann es dabei dazu kommen, dass die MEA durch die geprägten Haltestrukturen, insbesondere durch die Kante der Separatorplatte im Bereich der geprägten Strukturen, verletzt wird. Auch kann es vorkommen, dass beim Einführen des Steckerstifts in die Haltestruktur die MEA beschädigt wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System sowie eine Anordnung für ein elektrochemisches System bereitzustellen, welche einerseits eine sichere elektrische Kontaktierung sowie ein sicheres Halten des Steckerstifts ermöglichen und andererseits die Membranelektrodeneinheit auch in einem verpressten Zustand nicht oder möglichst wenig verletzen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Gegenstände der abhängigen Ansprüche und in der nachfolgenden Beschreibung wiedergegeben.
Eine erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System weist eine Separatorplattenebene, sowie eine erste Einzelplatte und eine zweite Einzelplatte auf, wobei die erste Einzelplatte und die zweite Einzelplatte miteinander verbunden sind und an einem Außenrand der Separatorplatte eine Haltestruktur zum Halten eines Steckerstifts bilden. Die Einzelplatten sind im Bereich der Haltestruktur zueinander beabstandet, sodass der Steckerstift entlang einer Einführrichtung in die Haltestruktur einführbar ist. Die Haltestruktur weist einen Klemmbereich und einen Aufnahmebereich auf, wobei der Steckerstift im Klemmbereich zwischen den Einzelplatten klemmbar ist. Der Aufnahmebereich geht vom Außenrand aus und ist dem Klemmbereich in Einführrichtung vorgelagert. Zumindest die erste Einzelplatte verläuft zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte im Aufnahmebereich entlang der Einführrichtung konkav, insbesondere bogenförmig oder gewinkelt, sodass eine Kante der ersten Einzelplatte im Aufnahmebereich auf die Separatorplattenebene zuweist.
Die Einzelplatten der Separatorplatte haben oftmals geringe Materialdicken von 100 µm oder sogar noch weniger, so dass sie leicht verbogen werden können. Mit dieser Materialdicke einhergehend haben die Einzelplatten häufig scharfe Außenkanten, die eine auf der Separatorplatte aufliegende Membranelektrodeneinheit oder andere benachbarte Strukturen potenziell verletzen können. Dadurch, dass die Kante bzw. das freie Ende der ersten Einzelplatte auf die Separatorplattenebene zuweist, kann verhindert werden, dass die Einzelplatte im Bereich ihrer Kante bei Verpressung in Kontakt mit benachbarten Strukturen kommt. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit dafür, dass diese Strukturen, insbesondere die genannte Membranelektrodeneinheit, verletzt oder sogar unbrauchbar gemacht werden.
Die konkave Krümmung im Aufnahmebereich sorgt hierbei für eine gewisse Federung des Aufnahmebereichs insbesondere beim - meist alternierenden - Aufstapeln von Separatorplatten und Membranelektrodeneinheiten und beim Verpressen der Separatorplatte, zum Beispiel beim Verspannen des Stapels vor Inbetriebnahme des elektrochemischen Systems, wodurch verhindert werden kann, dass die Kante die anliegende Membranelektrodeneinheit kontaktiert oder verletzt.
Die Kante einer Einzelplatte ist im Sinne dieser Schrift als eine Materialkante zu verstehen. Bei einer gedachten Fortsetzung des Verlaufs der Einzelplatte über die Kante hinaus würde der Verlauf die Separatorplattenebene somit typischerweise schneiden. Dass die Kante der ersten Einzelplatte auf die Separatorplattenebene zuweist, kann ebenfalls bedeuten, dass die konkave Wölbung des Aufnahmebereichs, die der Kante in Einführrichtung unmittelbar nachgelagert ist, einen größeren Abstand senkrecht zur Separatorplattenebene aufweist als die Kante selbst.
Klemmbar kann hier insbesondere bedeuten, dass der Steckerstift von beiden Einzelplatten kontaktiert und zumindest kraftschlüssig in der Haltestruktur gehalten wird, insbesondere mechanisch stabil und vibrationssicher. Der Klemmbereich weist oftmals einen zu einem Querschnitt des Steckerstifts korrespondierenden Querschnitt auf, um einen festen Sitz des Steckerstifts in der Aufnahme zu ermöglichen. Insbesondere kann der Klemmbereich einen quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder wabenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei Ecken dieser Querschnittsformen spitz zulaufend oder abgerundet sein können. Der Querschnitt des Klemmbereichs und der Querschnitt des aufzunehmenden Steckerstifts können zueinander so dimensioniert sein, dass sich zwischen dem Klemmbereich und dem aufzunehmenden Steckerstift kein überdimensioniertes Spiel ergibt, gleichzeitig aber das Einführen ohne großen Kraftaufwand ermöglicht wird. Die eigentliche Fixierung des Steckerstifts erfolgt durch ein Anliegen des Steckerstifts in dem Klemmbereich, sodass der Klemmbereich und der Steckerstift kraft- und/oder formschlüssig aneinander anliegen.
In manchen Ausführungsformen der Separatorplatte kann zusätzlich zur ersten Einzelplatte auch die zweite Einzelplatte zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte im Aufnahmebereich entlang der Einführrichtung konkav, insbesondere bogenförmig oder gewinkelt verlaufen, sodass eine Kante der zweiten Einzelplatte im Aufnahmebereich auf die Separatorplattenebene zuweist. Dabei sind optional Ausführungsformen möglich, in denen der Aufnahmebereich oder die gesamte Haltestruktur spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Separatorplattenebene oder eine Ebene, die parallel zur Separatorplattenebene verläuft, beispielsweise als Spiegelebene dient. In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zweite Einzelplatte im Aufnahmebereich anders ausgebildet ist als die erste Einzelplatte im Aufnahmebereich, sodass die zweite Einzelplatte im Aufnahmebereich beispielsweise eine andere Krümmung aufweist als die erste Einzelplatte im Aufnahmebereich oder entlang der Einführrichtung kürzer oder länger ausgestaltet ist.
In weiteren Ausführungsformen der Separatorplatte kann vorgesehen sein, dass die Einzelplatten im Aufnahmebereich in einer Richtung senkrecht zur Separatorplattenebene weiter zueinander beabstandet sind als im Klemmbereich. Dies kann ein Einführen des Steckerstifts entlang der Einführrichtung erleichtern und trägt zum gewünschten Federverhalten im Aufnahmebereich bei.
In manchen Ausführungsformen der Separatorplatte kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen einer maximalen Breite des Aufnahmebereichs und einer maximalen Breite des Klemmbereichs größer ist als 1, insbesondere größer als 1,5, oder insbesondere größer als 2, wobei eine Breitenrichtung oder Querrichtung senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene definiert ist. Die Einführrichtung kann eine Längsrichtung definieren. Optional kann das oben genannte Verhältnis zwischen 3 und 5, insbesondere auch zwischen 3 und 4 liegen. In diesen Ausführungsformen ist der Aufnahmebereich also breiter als der Klemmbereich der Haltestruktur. Dies kann ebenfalls das Einführen des Steckerstifts erleichtern. Weiter kann diese Ausbildung des Aufnahmebereichs die Elastizität beziehungsweise die Federwirkung der Separatorplatte beeinflussen, insbesondere beim Verpressen der Separatorplatte in einem Plattenstapel eines elektrochemischen Systems. Die Federwirkung des Aufnahmebereichs kann somit durch die Breite des Aufnahmebereichs eingestellt werden, wobei ein breiterer Aufnahmebereich durch eine weichere Federkonstante gekennzeichnet wird.
Weiter sind Ausführungsformen möglich, in denen der Aufnahmebereich einen Übergangsabschnitt aufweist, der an den Klemmbereich angrenzt und in dem sich der Aufnahmebereich verjüngt, sodass der Aufnahmebereich in den Klemmbereich übergeht. In einem ersten Abschnitt des Aufnahmebereichs, welcher dem Übergangsabschnitt in Einführrichtung vorgelagert ist, kann eine Breite des Aufnahmebereichs konstant sein. Beispielsweise weist der Aufnahmebereich in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte auf die Separatorplattenebene zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Umriss auf. Der Aufnahmebereich kann alternativ in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte auf die Separatorplattenebene zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen trichterförmigen oder trapezförmigen Umriss aufweisen.
Die Separatorplatte kann in manchen Ausführungsformen derart ausgebildet sein, dass der Klemmbereich in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte auf die Separatorplattenebene zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Umriss aufweist. Der Klemmbereich kann einen Endabschnitt aufweisen, der den Klemmbereich in Einführrichtung auf der dem Aufnahmebereich gegenüberliegenden Seite begrenzt. Der Endabschnitt kann in Orthogonalprojektion der ersten Einzelplatte auf die Separatorplattenebene eine halbkreisförmige oder abgerundete Form aufweisen. Wenn nachstehend von Ausdehnung des Klemmbereichs entlang der Einführrichtung die Rede ist, ist damit die Ausdehnung bzw. die Länge des Klemmbereichs ohne den Endabschnitt gemeint.
In manchen Ausführungsformen der Separatorplatte verläuft die Einführrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einem Verlauf des Außenrands im Bereich der Haltestruktur. Im Wesentlichen senkrecht kann dabei bedeuten, dass ein Winkel, den die Einführrichtung mit dem Außenrand einschließt, weniger als 30°, insbesondere weniger als 15° oder weniger als 5° von 90° abweicht. Der Außenrand, insbesondere eine Projektion des Außenrandes auf die Separatorplattenebene, hat meistens im Bereich der Haltestruktur einen geraden Verlauf, aber kann in manchen Ausführungsformen einen leicht gekrümmten bzw. bogenförmigen Verlauf aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene ist, größer ist als 1, insbesondere größer 2, oder insbesondere größer als 3 ist. Der Klemmbereich ist in diesem Fall somit länger als breit.
Optional ist ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene ist, kleiner als 1, insbesondere kleiner als 0,8, oder insbesondere kleiner als 0,5. Der Aufnahmebereich ist in diesem Fall somit breiter als lang.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs in Einführrichtung, größer ist als 1, insbesondere größer 2, oder insbesondere größer ist als 3. Der Klemmbereich somit oftmals länger als der Aufnahmebereich.
Es kann vorgesehen sein, dass die Haltestruktur im Aufnahmebereich ein Dach aufweist, wobei Oberflächenlinien, die senkrecht zur Einführrichtung auf dem Dach verlaufen, gerade und/oder parallel zur Separatorplattenebene verlaufen. Dadurch kann insbesondere eine Auflagefläche der MEA auf dem Aufnahmebereich erhöht werden, wodurch die lokale Druckbelastung auf die MEA verringert werden kann.
In weiteren Ausführungsformen der Separatorplatte kann vorgesehen sein, dass die Einzelplatten beidseitig der Haltestruktur und entlang des Außenrands einander berühren. In weiter von der Haltestruktur entfernten Abschnitten können die Einzelplatten im Bereich des Außenrands der Separatorplatte auseinanderklaffen, vgl. zum Beispiel die Veröffentlichung DE 20 2020 106 144 U1 , welche mittels Referenzierens hiermit vollständig zum Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Einzelplatten mindestens eine weitere Haltestruktur zum Halten eines Steckerstifts bilden. Dabei können die Einführrichtungen zumindest zweier Haltestrukturen im Wesentlichen parallel zu einander verlaufen. Abweichungen von der Parallelität sind möglich, wobei ein Winkel, der von beiden Einführrichtungen eingeschlossen wird, in diesem Fall bis zu 90° oder insbesondere bis zu 30° betragen kann.
In Ausführungsformen der Separatorplatte mit mehr als einer Haltestruktur, kann die Separatorplatte eine geprägte Struktur, insbesondere eine Stützstruktur und/oder eine Verbindungsstruktur aufweisen, die zumindest zwei Haltestrukturen miteinander verbindet. Insbesondere kann die Separatorplatte, bzw. mindestens eine der beiden Einzelplatten, eine Stützstruktur aufweisen, die beabstandet zum Außenrand verläuft und zumindest zwei Haltestrukturen miteinander verbindet. Beispielsweise kann die Stützstruktur die Klemmbereiche der beiden Haltestrukturen miteinander verbinden. Die Stützstruktur kann parallel zum Außenrand der Separatorplatte verlaufen. Insbesondere kann ein Querschnitt einer Stützstruktur im Wesentlichen dem Querschnitt einer Haltestruktur im Klemmbereich entsprechen. Die beiden Einzelplatten können im Bereich der Stützstruktur zwischen den beiden Haltestrukturen durchgängig zueinander beabstandet sein. Alternativ oder zusätzlich können Aufnahmebereiche von zumindest zwei Haltestrukturen entlang des Außenrandes bzw. unmittelbar am Außenrand mittels einer Verbindungsstruktur ineinander übergehen. Durch die Verbindung beider Aufnahmebereiche entsteht ein kombinierter Aufnahmebereich mit zwei nachgelagerten Klemmbereichen für die jeweiligen Haltestrukturen. Die Verbindungsstruktur sorgt also für eine wesentliche Verbreitung der jeweiligen Aufnahmebereiche und kann dazu beitragen, dass die Federung im vorderen Teil des kombinierten Aufnahmebereichs weiter verbessert wird. Die beiden Einzelplatten können im Bereich der Verbindungsstruktur entlang des Außenrands zwischen den beiden Haltestrukturen durchgängig zueinander beabstandet sein. Dabei können die Kanten der beiden Einzelplatten in diesem Bereich zueinander parallel und/oder parallel zur Separatorplattenebene verlaufen. Die Verbindungsstruktur kann zumindest im unverpressten Zustand der Separatorplatte in jeder oder zumindest einer Einzelplatte den Querschnitt des Aufnahmebereichs in Richtung parallel zur Außenkante fortsetzen. Die Kante der ersten Einzelplatte und/oder die Kante der zweiten Einzelplatte können im Bereich der Verbindungsstruktur auf die Separatorplattenebene zuweisen.
Die Separatorplatte kann, wie schon im zuvor Ausgeführten genannt, zwei Einzelplatten aufweisen, die jeweils auf beiden Oberflächen eine Führungs-struktur zum Führen von Reaktionsmedium und/oder Kühlmittel, z.B. in Form von Kanälen zumindest des aktiven Bereichs aufweisen. Die Einzelplatten können dabei im Wesentlichen dieselbe Flächenausdehnung aufweisen, so dass ihre Außenkanten in Orthogonalprojektion in die Separatorplattenebene umlaufend zusammenfallen und/oder eng benachbart zueinander verlaufen.
Die Separatorplatte kann aber auch nur eine erste Einzelplatte aufweisen, bei der auf beiden Oberflächen jeweils eine Führungsstruktur zum Führen von Reaktionsmedium ausgebildet ist. Die Ausdehnung der Separatorplatte kann überwiegend von der Fläche der ersten Einzelplatte bestimmt sein, während nur in mindestens oder lediglich einem Bereich einer Haltestruktur eine zweite Einzelplatte vorhanden ist. Solche zweiten Einzelplatten geringer Ausdehnung können im Bereich angrenzend an eine Haltestruktur oder diese zumindest abschnittsweise umgebend mit der ersten Einzelplatte verbunden sein. Die zweite Einzelplatte hat in diesen Fällen also lediglich die Funktion des Abschließens der Haltestruktur, damit der Steckerstift in der Haltestruktur gehalten werden kann. Die zweite Einzelplatte kann also insbesondere keine fluidführende oder fluidabdichtende Funktionen aufweisen. Die erste Einzelplatte kann dabei auch Vertiefungen aufweisen, in denen eine solche zweite Einzelplatte geringer Ausdehnung zumindest über einen Teil ihrer Ausdehnung senkrecht zur Plattenebene aufgenommen ist. Ansonsten gilt das zuvor für die erste und zweite Einzelplatte Ausgeführte. So kann auch in einer Separatorplatte, die hinsichtlich ihrer Medienführung mit nur einer Lage auskommt, ein Spannungsmessstift befestigt werden.
Die Einzelpatten können jeweils aus einem Blech wie einem Metallblech geformt sein. Die Haltestrukturen können zum Beispiel mittels Hydroformen, Prägen und/oder Tiefziehen in die jeweilige Einzelplatte eingebracht sein. In dieser Schrift wird der Begriff Prägen stellvertretend für Hydroformen, Prägen und Tiefziehen verwendet. Die beiden Einzelplatten bilden gemeinsam eine Separatorplatte und können beispielsweise mittels stoffschlüssiger Verbindungen, beispielsweise Klebe- oder Lötverbindungen, aber insbesondere Schweißverbindungen, miteinander verbunden werden.
Die Anmeldung betrifft außerdem eine Anordnung für ein elektrochemisches System mit einer Separatorplatte nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Anordnung weist außerdem eine Membranelektrodeneinheit, MEA, auf, die parallel zur Separatorplattenebene der Separatorplatte angeordnet ist. Die MEA berührt die Separatorplatte im Bereich der Haltestruktur, insbesondere das Dach des Aufnahmebereichs, wobei die Kante der ersten Einzelplatte und die Kante der zweiten Einzelplatte im Bereich der Haltestruktur in einem verpressten Zustand der Anordnung zur MEA beabstandet ist. Die Kanten der Einzelplatten haben somit im Bereich der Haltestruktur keinen Kontakt zur MEA. Dies verringert das Risiko, dass die Kanten die MEA beschädigen. Andere Bereiche der Haltestruktur, insbesondere Bereiche des Aufnahmebereichs können die MEA berühren und diese dadurch abstützen.
Im Folgenden werden eine erfindungsgemäße Separatorplatte sowie ein erfindungsgemäßes elektrochemisches System anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.
Es zeigen

1 ein elektrochemisches System in einer Perspektivansicht gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Ausschnitt einer Separatorplatte gemäß dem Stand der Technik in einer Draufsicht,
2A eine Detailansicht der Separatorplatte der 2,
3A eine Perspektivansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform der Separatorplatte,
3B eine Schnittansicht der Separatorplatte der 3A entlang der Schnittlinie A-A,
3C eine perspektivische Detailansicht der durch die Schnittlinie A-A geschnittenen Separatorplatte der 3A,
3D eine detaillierte Ansicht eines Ausschnitts des Aufnahmebereichs und eines Ausschnitts des Klemmbereichs der Separatorplatte der 3A,
4 eine Schnittansicht einer Haltestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte,
5 eine Schnittansicht einer Haltestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte,
6 eine Schnittansicht einer Haltestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte,
7 eine Schnittansicht einer Haltestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte,
8 eine Schnittansicht einer Haltestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte,
9A eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Separatorplatte mit zwei Haltestrukturen,
9B eine weitere perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Separatorplatte mit zwei Haltestrukturen aus 9A,
10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Separatorplatte mit zwei Haltestrukturen, die über eine Stützstruktur miteinander verbunden sind,
11 eine Schnittansicht einer Anordnung für ein elektrochemisches System mit Separatorplatten und Membranelektrodeneinheiten,
12 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung für ein elektrochemisches System, und
13 in zwei schematischen Draufsichten in 13A und 13B Separatorplatten mit verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten von Haltestrukturen.

1 zeigt ein elektrochemisches System 1 gemäß dem Stand der Technik mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 10, die in einem Stapel 1a angeordnet und entlang einer senkrecht zu einer Plattenebene der Separatorplatten 10 verlaufenden Stapelrichtung 1b gestapelt sind. Die Separatorplatten 10 des Stapels 1a sind zwischen zwei Endplatten 2a, 2b eingespannt. Die Separatorplatten 10 umfassen - wie ab 3A gezeigt ist - jeweils eine erste 11 und eine zweite 12 Einzelplatte, die beispielsweise stoffschlüssig miteinander verbundenen sind. Eine Ebene, in welcher ein ebener, nicht verformter Teil der ersten Einzelplatte 11 einen ebenen, nicht verformten Teil der zweiten Einzelplatte 12 bei Ausbildung einer Separatorplatte 10 berührt, wird im Folgenden als Separatorplattenebene 10a der Separatorplatte 10 bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 10 des Stapels begrenzen also eine elektrochemische Zelle, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie oder andersherum dient. Dabei bildet jeweils eine Einzelplatte der Separatorplatte einen Teil einer anderen Zelle. Die elektrochemischen Zellen weisen gewöhnlich - wie zum Beispiel in 11 und 12 gezeigt ist - jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 6 auf, die in ihrem Außenbereich einen elektrochemisch nicht aktiven Rahmen aufweist. Die MEA 6 beinhalten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, elektrochemischer Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden, wobei diese Separatorplatten im Bereich des Strömungsfeldes oftmals einlagig sind. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 10 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können.
Die Endplatten 2a, 2b weisen eine Vielzahl von Medienanschlüssen 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
2 zeigt einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Separatorplatte 10 in einer Draufsicht, wobei die Separatorplatte 10 gemäß 2 z. B. in einem elektrochemischen System nach der Art des Systems 1 aus 1 verwendbar ist. Die Separatorplatte 10 weist eine erste und eine zweite Einzelplatte 11, 12 auf, die stoffschlüssig entlang der Plattenebene der Separatorplatte 10 verbunden sind. In 2 ist nur die erste Einzelplatte 11 sichtbar, die zweite Einzelplatte 12 wird von der ersten Einzelplatte 11 verdeckt. Die erste und zweite Einzelplatte 11, 12 können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Einzelplatten 11, 12 weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die die Durchgangsöffnungen 15, 15' und 16 der Separatorplatte 10 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Separatorplatten von der Art der Separatorplatte 10 bilden die Durchgangsöffnungen 15, 15' und 16 Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 1b durch den Stapel 1a erstrecken (siehe 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Medienanschlüsse 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b in den Endplatten 2a, 2b des Systems 1. Beispielsweise dienen die von den Durchgangsöffnungen 15, 15' gebildeten Leitungen der Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels 1a mit Brennstoff und mit Reaktionsgas. Über die von der Durchgangsöffnung 16 gebildete Leitung dagegen kann Kühlmittel in den Stapel 1a eingeleitet oder aus dem Stapel 1a abgeleitet werden.
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 gegenüber dem Inneren des Stapels 1a und gegenüber der Umgebung weist die erste Einzelplatte 11 Sicken 15a, 15a', 16a, auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 jeweils vollständig umschließen. Die zweite Einzelplatte 12 weist an der vom Betrachter der 2 abgewandten Rückseite der Separatorplatte 10 entsprechende Sicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 auf (nicht gezeigt).
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 17 der Separatorplatte 10 weist die erste Einzelplatte 11 an ihrer dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld mit Führungsstrukturen 17a zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Vorderseite der Separatorplatte 10 auf. Diese Führungsstrukturen 17a sind in 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufenden und durch die Stege begrenzten Kanäle gegeben. In 2 ist nur ein Ausschnitt des aktiven Bereichs 17 an der Vorderseite der Separatorplatte 10 gezeigt. An der dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite der Separatorplatte 10 weist die erste Einzelplatte 11 zudem einen Verteil- oder Sammelbereich 18 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 18 umfasst Verteilstrukturen 18a, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der Durchgangsöffnung 15 in den Verteil- oder Sammelbereich 18 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 17 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 17 zur Durchgangsöffnung 15 hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 sind in 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.
Die erste Einzelplatte 11 weist ferner eine Perimetersicke 17b auf, die den aktiven Bereich 17, den Verteil- oder Sammelbereich 18 und die Durchgangsöffnungen 15, 15' umläuft und diese gegenüber der Durchgangsöffnung 16, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, und gegenüber der Umgebung des Systems 1 abdichtet. Eine Perimetersicke ist also genauso wie eine hier als Dichtsicke bezeichnete Sicke ein Abdichtelement. Die Strukturen des aktiven Bereichs 17, die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 18 und die Sicken 15a, 15a', 16a und 17b sind einteilig mit der ersten Einzelplatte 11 ausgebildet und in die erste Einzelplatte 11 eingeformt, z. B. geprägt.
Bezüglich der Leitung von Medien aus den Durchgangsöffnungen 15, 15' und 16 zu und den Verteil- und Sammelbereichen 18 und dem aktiven Bereich 17 in der jeweiligen Lagen bzw. auf der jeweiligen Oberfläche der Separatorplatte 10 bzw. den Einzelplatten 11, 12 wird auf die DE 102 48 531 A1 , DE 20 2015 104 972 , DE 20 2015 104 973 und die noch unveröffentlichte DE 20 2022 101 861.8 verwiesen, wobei der Inhalt jeder dieser Schriften mittels Referenzierens vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
Die übereinander in etwa deckungsgleich angeordnete erste und zweite Einzelplatten 11, 12 der Separatorplatte 10 der 2 sind in etwa rechteckig ausgebildet und weisen abgerundete Ecken auf. In einer der Ecken, hier benachbart zur ersten Durchgangsöffnung 15', sind zwei Haltestrukturen 13 für Steckerstifte nebeneinander angeordnet (siehe Detailansicht in 2A). Die Aufnahmen 13 werden durch jeweils eine längliche Ausformung 11a und 12a in der ersten Einzelplatte 11 und der zweiten Einzelplatte 12 gebildet, welche sich entlang der Plattenebene 10a parallel übereinander von einem Außenrand 10b zu einem Inneren der Separatorplatte 10 erstrecken. Dabei verläuft eine Längsrichtung der Ausformungen 11a, 12a, und damit auch eine Längsrichtung der Haltestrukturen 13, in einem Winkel von 90° zum Außenrand 10b. Die Ausformungen 11a, 12a der ersten und zweiten Einzelplatte 11, 12 stehen ferner zu entgegengesetzten Seiten aus der Plattenebene 10a der Separatorplatte 10 heraus, sodass die Ausformung 11a der ersten Einzelplatte 11 und die Ausformung 12a der zweiten Einzelplatte 12 zusammen eine längliche Haltestruktur 13 für einen Steckerstift bilden. In eine derartige Haltestruktur 13 kann ein stiftförmiger Stecker (Steckerstift) eingesteckt und gegebenenfalls mittels eines zusätzlichen Verriegelungselements gesichert werden. Über eine der zwei Haltestrukturen 13 kann die Separatorplatte 10 mit einer Vorrichtung zum Überprüfen einer Zellspannung der Separatorplatte verbunden werden
Die 1 und 2 entsprechen 1 und 2 der Veröffentlichung WO 2020/064975 A1 , welche mittels Referenzierens vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Schrift gemacht wird.
Beim Verpressen einer Separatorplatte 10 gemäß dem Stand der Technik mit einer MEA 6 kann es in manchen Fällen dazu kommen, dass die MEA 6 durch die geprägten Haltestrukturen 13, insbesondere durch die Kante 10b der Separatorplatte 10 im Bereich der Haltestrukturen 13, verletzt wird. Auch kann es vorkommen, dass die MEA 6 beim Einführen des Steckerstifts 31 in die Haltestruktur 13 beschädigt wird. Eine Beschädigung der MEA 6 kann allerdings zu einem Kurzschluss oder sogar einem Totalausfall des elektrochemischen Systems führen.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um diese Problematik zu lösen oder wenigstens abzumildern. Verschiedene Ausführungsformen sind dabei in den 3 bis 13 gezeigt.
Eine erste Ausführungsform einer Separatorplatte 10 für ein elektrochemisches System 1 mit einer Separatorplattenebene 10a ist in den 3A, 3B, 3C und 3D der Figurengruppe 3 gezeigt. Die Separatorplatte weist eine erste Einzelplatte 11 und eine zweite Einzelplatte 12 auf, die miteinander verbunden sind und an einem Außenrand 10b der Separatorplatte 10 eine Haltestruktur 13 zum Halten eines Steckerstifts 31 bilden.
Die Einzelplatten 11, 12 sind im Bereich der Haltestruktur 13 zueinander beabstandet, sodass der Steckerstift 31 entlang einer Einführrichtung in die Haltestruktur 13 einführbar ist. Die Haltestruktur 13 weist einen Klemmbereich 30 und einen Aufnahmebereich 20 auf. Der Steckerstift 31 ist im Klemmbereich 30 zwischen den Einzelplatten 11, 12 klemmbar. Der Aufnahmebereich 20 geht vom Außenrand 10b aus und ist dem Klemmbereich 30 in Einführrichtung vorgelagert. Die Einzelplatten 11, 12 können einander beidseitig der Haltestruktur 13 berühren, insbesondere in den zum Klemmbereich 30 benachbarten Bereichen.
Wie in der Schnittansicht der 3B zu sehen ist, verläuft die erste Einzelplatte 11 zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte 10 im Aufnahmebereich 20 entlang der Einführrichtung konkav, sodass eine Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 im Aufnahmebereich 20 auf die Separatorplattenebene 10a zuweist. Die erste Einzelplatte kann im Aufnahmebereich 20 insbesondere bogenförmig oder gewinkelt verlaufen. Verschiedene Ausführungsformen bezüglich der konkaven Ausbildung des Aufnahmebereichs sind in den 4, 5, 6, 7 und 8 dargestellt und werden später detailliert beschrieben werden.
Der Klemmbereich 30 kann in der ersten Einzelplatte 11 beispielsweise eine Höhe von 0,3 mm aufweisen, während die maximale Höhe des Aufnahmebereichs 13 0,4 mm aufweist. Im Bereich der Kante 21 beträgt die Höhe der Einzelplatte - bezogen auf die Separatorplattenebene 10a - in diesem Beispiel im unverpressten Zustand 0,38 mm.
Die beschriebene Haltestruktur 13 mit dem Klemmbereich 30 und dem konkav nach außen gewölbten Aufnahmebereich 20 kann das Risiko verringern, dass die MEA 6 beim Verpressen der Separatorplatte 10 durch die Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 im Aufnahmebereich 20 verletzt wird. Da die Kante 21 im Aufnahmebereich 20 auf die Separatorplattenebene 10a zuweist, kann die Wahrscheinlichkeit für ein Umklappen der Separatorplatte 10 im Bereich des Außenrandes 10b beim Verpressen verringert werden. Der Aufnahmebereich 20 hat durch die konkave Ausgestaltung außerdem ein gewisses Federverhalten, wodurch eine lokale Pressung einer vom Außenrand 10b beabstandeten Oberfläche des Aufnahmebereichs 20 an der MEA 6 beim Verpressen des Stapels reduziert ist. Insgesamt ist also die Gefahr einer Verletzung der MEA 6 durch die beschriebene Haltestruktur 13 verringert.
3B zeigt eine Ausführungsform, in der auch die zweite Einzelplatte 12 in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte 10 im Aufnahmebereich 20 entlang der Einführrichtung konkav verläuft, sodass eine Kante 22 der zweiten Einzelplatte 12 im Aufnahmebereich 20 auf die Separatorplattenebene 10a zuweist. Der konkave Verlauf kann dabei insbesondere bogenförmig oder gewinkelt sein. Es sind insbesondere Ausführungsformen möglich in denen die erste Einzelplatte 11 und die zweite Einzelplatte 12 im Bereich der Haltestruktur gleich ausgebildet bzw. entlang der Separatorplattenebene 10a symmetrisch zueinander angeordnet sind.
In der 3B, sowie den 4 bis 8, ist zu erkennen, dass die beiden Einzelplatten 11, 12 im Aufnahmebereich 20 in einer Richtung senkrecht zur Separatorplattenebene 10a weiter voneinander beabstandet sein können als im Klemmbereich 30. Dies kann ein Einführen eines Steckerstifts erleichtern und das Federverhalten der Separatorplatte 10 beim Verpressen begünstigen.
In der Separatorplatte 10 der 3A und 3D wird deutlich, dass der Aufnahmebereich 20 breiter ausgestaltet sein kann als der Klemmbereich 30. Eine Breitenrichtung kann senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene 10a definiert werden, wobei eine Längsrichtung parallel zur Einführrichtung definiert werden kann. Insbesondere kann ein Verhältnis zwischen einer maximalen Breite des Aufnahmebereichs 20 und einer maximalen Breite des Klemmbereichs 30 größer als 1, insbesondere größer als 1,5, oder insbesondere größer als 2 sein. Durch die vergrößerte Breite im Aufnahmebereich 20 in Kombination mit der konkaven Wölbung kann hierbei die Federung der Haltestruktur 13 im Aufnahmebereich 20 derart eingestellt werden, dass die MEA 6 nach dem Verpressen des Stapels und nach dem Einstecken des Steckerstifts 31 weitgehend unversehrt bleibt.
Der Aufnahmebereich 20 kann einen Übergangsabschnitt 26 aufweisen, der an den Klemmbereich 30 angrenzt und in dem sich der Aufnahmebereich 20 verjüngt, sodass der Aufnahmebereich 20 in den Klemmbereich 30 übergeht. Der Übergangsabschnitt 26, in dem sich der Umriss des Aufnahmebereichs 20 der ersten Einzelplatte 11 in Orthogonalprojektion auf die Separatorplattenebene 10a verjüngt, ist in 3D gezeigt.
Wie in Draufsicht auf die Separatorplatte 10 in 3D und der Schrägansicht der 3A dargestellt, kann der Aufnahmebereich 20 der ersten Einzelpatte 11 in Orthogonalprojektion auf die Separatorplattenebene 10a zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen trichterförmigen Umriss aufweisen. Ein trapezförmiger oder anders verjüngend verlaufender Umriss ist alternativ auch möglich. In der Ausführungsform der 3A, 3D weist der Klemmbereich 30 der Haltestruktur 13 in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte 11 auf die Separatorplattenebene 10a zumindest abschnittsweise einen rechteckigen Umriss auf, sodass der Klemmbereich 30 länger als breit ist. Ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs 30 in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs 30 in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene 10a ist, kann größer als 1, insbesondere größer 2, oder insbesondere größer als 3 sein. Die Einführrichtung verläuft hierbei typischerweise senkrecht zu einem Verlauf des Außenrands 10b im Bereich der Haltestruktur 13.
3A und 3D verdeutlichen ebenfalls die Ausmaße, die der Aufnahmebereich 20 annehmen kann. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene 10a ist, kleiner als 1. Mit anderen Worten ist der Aufnahmebereich 20 breiter als lang. In manchen Ausführungsformen kann ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene 10a ist, insbesondere kleiner als 0,8, oder insbesondere kleiner als 0,5 sein. Die maximale Ausdehnung des Klemmbereichs 30 in Einführrichtung beträgt hier beispielsweise 8 mm. Die maximale Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 in Einführrichtung kann beispielsweise 2 mm betragen. In hierzu senkrechter Richtung kann die maximale Ausdehnung des Aufnahmebereichs 20 4 mm betragen.
In der perspektivischen Schnittansicht der 3C kann die Ausbildung eines Dachs 51 des Aufnahmebereichs 20 veranschaulicht werden. Die Haltestruktur 13 weist im Aufnahmebereich 20 das Dach 51 auf, wobei das Dach 51 eine Begrenzung eines Innenraums der Haltestruktur 13 in Höhenrichtung senkrecht zur Separatorplattenebene 20a ist. Oberflächenlinien 53, die senkrecht zur Einführrichtung auf dem Dach 51 verlaufen, können hierbei gerade und/oder parallel zur Separatorplattenebene 10a verlaufen. Die Oberflächenlinien 53 sind hierbei in der 3C zur besseren Anschaulichkeit eingezeichnet.
Die Einzelplatten 11, 12 der Separatorplatte 10 können eine weitere Haltestruktur 13' zum Halten eines Steckerstifts 31 bilden, vgl. 3A. Es sind Ausführungsformen denkbar, in denen die Einzelplatten 11, 12 genau eine oder beispielsweise genau zwei Haltestrukturen 13, 13' bilden. Ferner sind Ausführungsformen denkbar, in denen die Einzelplatten 11, 12 mindestens zwei, insbesondere mindestens drei oder mindestens vier Haltestrukturen 13, 13' bilden, s. auch 11, wo beispielhaft vier Haltestrukturen 13, 13', 13'', 13''' gezeigt sind. Die Einführrichtungen zumindest zweier Haltestrukturen 13, 13' können oftmals parallel zueinander verlaufen. Alternativ kann ein Winkel, der von beiden Einführrichtungen eingeschlossen wird, bis zu 30° oder insbesondere bis zu 15° betragen, wie beispielsweise in 13A und 13B gezeigt ist.
In Ausführungsformen mit zumindest zwei Haltestrukturen 13, 13', kann die Separatorplatte 10 eine geprägte Struktur, insbesondere eine Stützstruktur 32 und/oder Verbindungsstruktur 34 aufweisen, die die zumindest zwei Haltestrukturen 13, 13' miteinander verbindet. Die 9A, 9B und 10 zeigen derartige Ausführungsformen der Separatorplatte 10. Obwohl in den 9A, 9B, 10 jeweils nur eine Stützstruktur 32 bzw. eine Verbindungsstruktur 34 gezeigt ist, ist klar, dass es Ausführungsformen mit sowohl einer Stützstruktur 32 als auch einer Verbindungsstruktur 34 geben kann.
Die 9A und 9B zeigen eine perspektivische Ansicht einer solchen Ausführungsform der Separatorplatte 10 mit zwei Haltestrukturen 13, 13', wobei die Aufnahmebereiche 20, 20' der beiden Haltestrukturen 13, 13' mittels einer Verbindungsstruktur 34 entlang des Außenrandes 10b ineinander übergehen. Die Verbindungsstruktur 34 kann entlang der Einführrichtung und in einem vorderen Teil den gleichen Teilverlauf bzw. die gleiche Form aufweisen wie der Aufnahmebereich 20, 20' der Haltestrukturen 13, 13'. Die Verbindungsstruktur 34 kann zumindest abschnittsweise ein Dach 55 aufweisen, als einen Bereich, in dem die Verbindungsstruktur 34 parallel zur Separatorplattenebene 10a verläuft. Die Verbindungsstruktur kann ebenso eine Flanke aufweisen, die von der Plattenebene 10a ausgeht und in der sich die Einzelplatte 11, 12 von der Separatorplattenebene 10b entfernt. Die Kanten der Einzelplatten 11, 12 weisen im Bereich der Verbindungsstruktur wie im Aufnahmebereich 20, 20' in Richtung der Plattenebene 10b. Durch die Ausbildung der Verbindungsstruktur 34 kann beispielsweise die Federwirkung des Aufnahmebereichs 20, 20' beeinflusst werden.
10 zeigt eine Ausführungsform, in der die Separatorplatte eine Stützstruktur 32 aufweist, wobei die Klemmbereiche 30, 30' von zumindest zwei Haltestrukturen 13, 13' beabstandet zum Außenrand 10b über die Stützstruktur 32 miteinander verbunden sind. Die Stützstruktur 32 ist dabei als eine Vollsicke ausgebildet, die sich zwischen den Klemmbereichen 30, 30' erstreckt und parallel zum Außenrand 10b verläuft. Die Stützstruktur 32 verbindet die beiden Enden der Klemmbereiche 30, 30' miteinander. Die Stützstruktur 32 kann ein Dach 54 aufweisen, das gleich weit von der Separatorplattenebene 10a entfernt ist, wie das Dach 52 des Klemmbereichs 30. Es sind auch Ausführungsformen möglich, in denen das Dach 54 der Stützstruktur 32 weniger weit oder weiter von der Separatorplattenebene 10a entfernt ist als das Dach 52 des Klemmbereichs 30. Die Stützstruktur 32 kann als Anlagefläche für die MEA 6 dienen und die MEA 6 lokal abstützen.
Die beiden Einzelplatten 11, 12 können über Schweißverbindungen 33 miteinander verbunden sein, vgl. zum Beispiel 10. Durch derartige Verbindungen der beiden Einzelplatten 11, 12 kann beispielsweise ein Aufklaffen der beiden Einzelplatten 11, 12 verhindert werden. Die Schweißverbindungen 33 sind in dieser Ausführungsform beispielsweise beabstandet und parallel zu beiden Seiten der Klemmbereiche 30, 30' angeordnet.
Nachstehend werden beispielhafte Ausbildungen verschiedener Verläufe des Aufnahmebereichs 20 entlang der Einführrichtung beschrieben. Dabei zeigen die 3B, 4 und 5 gewinkelte Verläufe des Aufnahmebereichs 20 und die 6, 7 und 8 bogenförmige Verläufe des Aufnahmebereichs 20.
Die 3B, 4 und 5 zeigen jeweils eine Schnittansicht der Haltestruktur 13. Die Schnittebene steht dabei senkrecht auf der Separatorplattenebene 10a und verläuft parallel zur Einführrichtung der ersten Haltestruktur 13. Der Verlauf der Schnittebene der 3B ist in der 3A durch die Linie A-A angedeutet. In den Schnittansichten wird deutlich, dass die Einzelplatten 11, 12 im Aufnahmebereich 20 in einer Richtung senkrecht zur Separatorplattenebene 10a weiter voneinander beabstandet sind als im Klemmbereich 30. Außerdem zeigen die Darstellungen, dass die erste Einzelplatte 11 in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte 10 im Aufnahmebereich 20 entlang der Einführrichtung konkav verläuft, sodass eine Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 im Aufnahmebereich 20 auf die Separatorplattenebene 10a zuweist. In der gezeigten Ausführungsform verläuft die zweite Einzelplatte 12 im Aufnahmebereich 30 entlang der Einführrichtung ebenfalls konkav, sodass ihre Kante 22 im Aufnahmebereich 20 auf die Separatorplattenebene 10a zuweist.
Der Aufnahmebereich 20 des Ausführungsbeispiels der 3B oder der 5 lässt sich entlang der Einführrichtung in drei Abschnitte 23, 24, 25 unterteilen. Die Einzelplatten 11, 12 sind in den jeweiligen Abschnitten 23, 24, 25 gerade ausgebildet und unter einem Winkel miteinander verbunden. In einem ersten Abschnitt 23, der von der Kante 21, 22 ausgeht, entfernen sich die Einzelplatten 11,12 von der Separatorplattenebene 10a mit zunehmender Entfernung von der Kante 21, 22. In einem zweiten 24 an den ersten Abschnitt 23 angrenzenden Abschnitt verlaufen die Einzelplatten 11, 12 parallel zur Separatorplattenebene 10a und in einem nachgelagerten dritten Abschnitt 25 nähern sich die Einzelplatten wieder der Separatorplattenebene 10a, bis sie in den Klemmbereich 30 übergehen. Die Kante 21, 22 ist dabei oftmals weiter von Separatorplattenebene entfernt als die Stelle, an der der dritte Abschnitt in den Klemmbereich 30 übergeht. Der erste Abschnitt 23 kann in Einführrichtung länger ausgebildet sein als der dritte Abschnitt 25. Der zweite Abschnitt 24 kann in Einführrichtung länger als der erste Abschnitt 23 und der dritte Abschnitt 25 sein. Der erste Abschnitt 23 und der dritte Abschnitt 25 können dabei unterschiedlich steil verlaufen. In der 5 weist der erste Abschnitt 23 beispielsweise einen deutlich flacheren Verlauf auf als der dritte Abschnitt 25. Es sind ebenfalls Ausführungsformen möglich, in denen der zweite Abschnitt nicht parallel zur Separatorplattenebene 10a verläuft.
4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Separatorplatte. Der Aufnahmebereich 20 des Ausführungsbeispiels der 4 lässt sich entlang der Einführrichtung in zwei Abschnitte 23 und 24 unterteilen, die im Wesentlichen gerade sind und unter einem Winkel miteinander verbunden sind. Im Unterschied zu den 3B und 5 fehlt hier ein mittlerer Abschnitt, der in den 3B und 5 beispielsweise parallel zur Separatorplattenebene 10a ausgebildet ist. In dem ersten Abschnitt 23, der von der Kante 21, 22 ausgeht, entfernen sich die Einzelplatten 11, 12 von der Separatorplattenebene 10a mit zunehmender Entfernung von der Kante 21, 22. In dem zweiten, nachgelagerten Abschnitt 24 nähern sich die Einzelplatten wieder der Separatorplattenebene 10a, bis sie in den Klemmbereich 30 übergehen. Die Kante 21, 22 kann dabei weiter von der Separatorplattenebene 10a entfernt sein als die Stelle, an der der zweite Abschnitt 24 in den Klemmbereich 30 übergeht.
Die 6, 7 und 8 zeigen jeweils eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Separatorplatte 10, in der die Einzelplatten 11, 12 im Aufnahmebereich 20 bogenförmig ausgebildet sind. Die beiden Einzelplatten 11, 12 können im Bereich der Haltestruktur 13 unterschiedlich, vgl. 6 und 7, oder gleich bzw. symmetrisch ausgebildet sein, vgl. 8. Die Schnittebene steht dabei senkrecht auf der Separatorplattenebene 10a und verläuft parallel zur Einführrichtung einer Haltestruktur 13. Im Klemmbereich 30 der Separatorplatte der in 6 gezeigten Ausführungsform ist die erste Einzelplatte 11 zur Separatorplattenebene 10a beabstandet, während die zweite Einzelplatte 12 entlang der Separatorplattenebene 10a verläuft. Die erste Einzelplatte 11 weist im Klemmbereich 30 einen Bereich auf, der in Einführrichtung parallel zur Separatorplattenebene 10a verläuft.
Aus den 6-8 geht weiter hervor, dass die Kanten 21, 22 beider Einzelplatten von der Separatorplattenebene 10a beabstandet sind. Ausgehend von der Kante 21, 22 entfernen sich die Einzelplatten 11, 12 zunächst weiter von der Separatorplattenebene 10a. Anschließend nähern sie sich wieder der Separatorplattenebene 10a an, sodass ein Übergang zum Klemmbereich 30 erzielt wird.
In der 6 ist die Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 dabei weiter von der Separatorplattenebene 10a beabstandet als die Kante 22 der zweiten Einzelplatte 12. Die Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 ist ebenso weiter von der Separatorplattenebene 10a beabstandet als der parallel zur Separatorplattenebene 10a ausgebildete Bereich des Klemmbereichs 30 der ersten Einzelplatte 11. Die Kante 22 der zweiten Einzelplatte 12 ist im Vergleich zur Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 eingerückt, was bedeutet, dass sich die erste Einzelplatte 11 weiter in Längsrichtung, d.h. in Einführrichtung, erstreckt als die zweite Einzelplatte 12.
Im Klemmbereich 30 der Separatorplatte der in 7 gezeigten Ausführungsform sind beide Einzelplatten 11, 12 zur Separatorplattenebene 10a beabstandet. Beide Einzelplatten 11, 12 weisen im Klemmbereich 30 einen Bereich auf, der in Einführrichtung parallel zur Separatorplattenebene 10a verläuft. Die Einzelplatten 11, 12 sind in diesem parallel verlaufenden Bereich gleich weit von der Separatorplattenebene 10a beabstandet.
Beide Kanten 21, 22 sind in der 7 weiter von der Separatorplattenebene 10a beabstandet als die parallel zur Separatorplattenebene 10a ausgebildeten Bereiche des Klemmbereichs 30 der jeweiligen Einzelplatten 11, 12. Die Kante 21 der ersten Separatorplatte 11 ist dabei weniger weit von der Separatorplattenebene 10a beabstandet als die Kante 22 der zweiten Separatorplatte 12. Die Kante 22 der zweiten Einzelplatte 12 ist im Vergleich zur Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 eingerückt.
8 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Separatorplatte, in der die beiden Einzelplatten 11, 12 im Bereich der Haltestruktur gleich bzw. symmetrisch entlang der Separatorplattenebene 10a ausgebildet sind. Beide Einzelplatten 11, 12 weisen im Klemmbereich 30 einen Bereich auf, der in Einführrichtung parallel zur Separatorplattenebene 10a verläuft. Die Einzelplatten 11, 12 sind in diesem parallel verlaufenden Bereich gleich weit von der Separatorplattenebene 10a beabstandet. Im Aufnahmebereich 20 weisen beide Einzelplatten entlang der Einführrichtung den gleichen, spiegelverkehrten bogenförmigen Verlauf auf.
Die Merkmale der oben beschriebenen Verläufe der Haltestrukturen 13 sind in weiteren Ausführungsformen miteinander kombinierbar. Es sind beispielsweise Ausführungsformen möglich, in denen die erste Einzelplatte 11 einen bogenförmigen Aufnahmebereich 20 aufweist und die zweite Einzelplatte 12 einen gewinkelten Aufnahmebereich 20 aufweist. Weiter sind Ausführungsformen möglich, in denen der erste Abschnitt 23, der zweite Abschnitt 24 oder der dritte Abschnitt 25 bogenförmig ausgebildet sind und unter einem Winkel ineinander übergehen können, sodass der Aufnahmebereich 20 beispielsweise abschnittsweise bogenförmig und abschnittsweise gerade bzw. abgewinkelt verläuft. Zudem sind Ausführungsformen mit mehr als drei Abschnitten 23, 24, 25 der konkaven Wölbung möglich.
Die 11 zeigt eine Schnittansicht einer Anordnung für ein elektrochemisches System mit einer Separatorplatte 10 und einer Membranelektrodeneinheit 6 (MEA), die parallel zur Separatorplattenebene 10a der Separatorplatte 10 angeordnet ist. Die MEA 6 berührt die Separatorplatte 10 am Aufnahmebereich 20, wobei die Kante 21 der ersten Einzelplatte 11 und die Kante 22 der zweiten Einzelplatte 12 im Bereich der Haltestruktur 13 in einem verpressten Zustand der Anordnung zur MEA 6 beabstandet sind. Die Schnittebene verläuft durch den Aufnahmebereich 20 und parallel zum Außenrand 10b der Separatorplatte 10, beispielsweise entlang der gestrichelten Linie, die in 3D gezeigt ist. Die 11 zeigt mehrere solche Anordnungen, die zu einem Stapel verpresst sind.
Jede Separatorplatte 10 weist vier Haltestrukturen 13, 13', 13'', 13''' auf, die in einer Verpressungsrichtung, als einer Richtung senkrecht zu den Separatorplattenebenen 10a, jeweils übereinander angeordnet sind. Von den Haltestrukturen 13 sind in der Schnittdarstellung nur die zugehörigen Aufnahmebereiche 20, 20', 20'', 20''' sichtbar. In den Klemmbereich 30 mancher Haltestrukturen 13 sind Steckerstifte 31 geklemmt. Die Steckerstifte 31 weisen einen runden Querschnitt auf und berühren in der dargestellten Ausführungsform die Separatorplatte 10 im Aufnahmebereich 20, 20', 20'', 20''' nicht. Andere Querschnitte der Steckerstifte 31 sind alternativ auch möglich, vgl. obige Ausführungen. Insgesamt sind mehrere Steckerstifte 31 in die Anordnung gesteckt, dabei befindet sich immer ein Steckerstift 31 in einer der gezeigten Separatorplatten 10 der Anordnung. Die Steckerstifte 31 sind in der Anordnung zueinander versetzt angeordnet.
12 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung für ein elektrochemisches System 1 ähnlich dem in 11. In der gezeigten Ausführungsform der Separatorplatten 10 ist lediglich eine der Einzelplatten 11 im Aufnahmebereich 20 konkav ausgeformt. Anstelle einer einzigen durchgehenden zweiten Einzelplatte 12 weist die Separatorplatte 10 hier mehrere zweite Einzelplatten 12' auf, die sich jedoch im Wesentlichen nur im Bereich der Haltestruktur 13 erstrecken. Jede der mehreren zweiten Einzelplatten 12' kann mit der ersten Einzelplatte 11 zumindest eine Haltestruktur 13 bilden. Solche Ausführungsformen können vorteilhaft sein, wenn eine Separatorplatte nur zwei Medien führen muss und ohne Medienführung in einem Innenraum auskommt. Die erste Einzelplatte 11 weist oftmals eine stufenförmige Prägung 36 auf, die eine Aufnahme einer zweiten Einzelplatte 12' ohne Ausbildung einer signifikanten Höhenstufe auf der Unterseite der Separatorplatte 10 ermöglicht. Längs der Stufe 36 und längs der Kante der zweiten Einzelplatten 12' sind die erste Einzelplatte 11 und die zweiten Einzelplatten 12' zumindest abschnittsweise miteinander verschweißt (vgl. auch 13A). Wie in 11 ist auch in 12 ein Steckerstift 31 in eine Haltestruktur 13 jeder Separatorplatte 10 eingeführt und im Klemmbereich 30 geklemmt, ohne dass die MEA 6 durch den Außenrand 10b der Separatorplatten 10 verletzt wird oder beim Aufnehmen des Steckerstifts 31 verletzt wurde.
13A und 13B zeigen in zwei schematischen Draufsichten, wo sich die erfindungsgemäßen Haltestrukturen 13 auf einer Separatorplatte 10 beispielhaft befinden können.
13A zeigt ein Beispiel, in dem an zwei kurzen Kanten der Separatorplatte 10 jeweils eine Gruppe von zwei Haltestrukturen 13 ausgebildet ist. Diese Gruppen können durch Punktspiegelung ineinander überführt werden. Die Gruppen von Haltestrukturen 13 sind ähnlich wie in 12 ausgebildet, werden jeweils von derselben vollflächigen ersten Einzelplatte 11 und einer sich nur über einen geringen Teil der Fläche der Separatorplatte 10 erstreckenden zweiten Einzelplatte 12' begrenzt, die in einer stufenförmigen Vertiefung 36 der ersten Einzelplatte 11 aufgenommen ist. Dabei sind im Aufnahmebereich 20 und im Klemmbereich 30 der Haltestrukturen 13 Strukturen in die erste Einzelplatte 11 eingeprägt. Anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verlaufen die einander nächstliegenden Haltestrukturen 13 nicht parallel zueinander, sondern in einem Winkel von ca. 60° zur Außenkante, d.h. 30° von der Senkrechten abweichend und in einem Winkel von ca. 60° zueinander. Zwischen den Haltestrukturen 13 einer Gruppe ist eine Schweißverbindung 33 vorgesehen. Die erste Einzelplatte 11 und die zweiten Einzelplatten 12' sind mittels Schweißverbindungen 33' am Rand 37 der zweiten Einzelplatten 12' verbunden.
13A zeigt also eine Separatorplatte 10, bei der nur die erste Einzelplatte 11 auf beiden Oberflächen, also auf ihrer Ober- und Unterseite, jeweils eine Führungsstruktur 17a zum Führen von Reaktionsmedium aufweist. Der Bereich der beiden Gruppen von Haltestrukturen 13 weist dabei jeweils eine zweite Einzelplatte 12', die Separatorplatte 10 also insgesamt zwei zweite Einzelplatten 12' auf. Jede der beiden zweiten Einzelplatten 12' bildet mit der ersten Einzelplatte 11 zwei Haltestrukturen 13. Eine Ausführungsform mit einer vollflächigen ersten Einzelplatte 11 und zweiten Einzelplatten 12', die sich nur im Bereich der Haltestrukturen erstrecken kann beispielsweise dann bevorzugt sein, wenn eine Medienführung nur auf zwei Ebenen, d.h. z.B. auf beiden Oberflächen der ersten Einzelplatte 11 erforderlich ist.
13B zeigt eine Separatorplatte 10, bei der die Einzelplatten 11, 12 jeweils auf beiden Oberflächen eine Führungsstruktur 17a zum Führen von Reaktionsmedium und/oder Kühlmittel aufweisen und die Einzelplatten 11, 12 im Wesentlichen dieselbe Flächenausdehnung aufweisen.
13B zeigt dabei eine Separatorplatte 10, in die beispielhaft drei Gruppen von Haltestrukturen 13 eingeformt sind. Im unteren Bereich der linken Seitenkante der Separatorplatte 10 erstreckt sich die obere Haltestruktur 13 einer solchen Gruppe noch im geraden Abschnitt der Seitenkante und zwar senkrecht zu dieser. Die untere Haltestruktur dieser Gruppe erstreckt sich hingegen senkrecht zu einem gekrümmten Außenkantenabschnitt und somit unter einem Winkel von ungefähr 50° zur ersten Haltestruktur.
Im rechten oberen Eck verlaufen zwei Haltestrukturen 13 jeweils senkrecht zur gekrümmten Außenkante. Aufgrund der starken Krümmung der Außenkante verlaufen die beiden Haltestrukturen 13 senkrecht zueinander, die Einzelplatten 11, 12 sind zur Verhinderung eines Aufklaffens zwischen den beiden Haltestrukturen 13 der Gruppe von Haltestrukturen durch eine Schweißverbindung 33 verbunden.
Im nach innen gekrümmten oberen Außenkantenabschnitt sind zwei weitere Haltestrukturen 13 vorgesehen, zwischen denen die Einzellagen 11, 12 durch eine ringförmig geschlossene Schweißverbindung 33 miteinander verbunden sind. Während die rechte Haltestruktur 13 im Wesentlichen senkrecht zur gekrümmten Außenkante verläuft, schließt die linke Haltestruktur 13 einen Winkel, der kleiner als 90 °ist mit der Außenkante ein.
Bezugszeichenliste

1: elektrochemisches System
1a: Stapel
1b: Stapelrichtung
2a,b: Endplatten
3a,b: Medienanschluss
4a,b: Medienanschluss
5a,b: Medienanschluss
6: Membranelektrodeneinheit
10: Separatorplatte
10a: Separatorplattenebene
10b: Außenrand
11: erste Einzelplatte
12: zweite Einzelplatte
12': zweite Einzelplatte(n) (geringe Ausdehnung)
13,13': Haltestruktur
15: Durchgangsöffnungen
15a: Sicken
15b: Durchführungen
15': Durchgangsöffnungen
15a': Sicke
16: Durchgangsöffnungen
16a: Sicke
17: elektrochemisch aktiver Bereich
17a: Führungsstrukturen
17b: Perimetersicke
18: Verteil- und Sammelbereich
18a: Verteilstrukturen
20: Aufnahmebereich
21: Kante
22: Kante
23: erster Abschnitt des Aufnahmebereichs
24: zweiter Abschnitt des Aufnahmebereichs
25: dritter Abschnitt des Aufnahmebereichs
26: Übergangsabschnitt
30: Klemmbereich
31: Steckerstift
32: Stützstruktur
33: Schweißverbindung
33': Schweißverbindung am Rand der mindestens einen zweiten Einzelplatte
34: Verbindungsstruktur
36: Stufe in erster Einzelplatte
37: nach Innen weisende Kante der mindestens einen zweiten Einzelplatte
51: Dach des Aufnahmebereichs
52: Dach des Klemmbereichs
53: Oberflächenlinien
54: Dach der Stützstruktur
55: Dach der Verbindungsstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202020106144 U1 [0027]
DE 10248531 A1 [0043]
DE 202015104972 [0043]
DE 202015104973 [0043]
DE 2020221018618 [0043]
WO 2020064975 A1 [0045]

Claims

Separatorplatte (10) für ein elektrochemisches System (1) mit einer Separatorplattenebene (10a), aufweisend eine erste Einzelplatte (11) und eine zweite Einzelplatte (12), die miteinander verbunden sind und an einem Außenrand (10b) der Separatorplatte (10) eine Haltestruktur (13) zum Halten eines Steckerstifts (31) bilden, wobei die Einzelplatten (11, 12) im Bereich der Haltestruktur (13) zueinander beabstandet sind, sodass der Steckerstift (31) entlang einer Einführrichtung in die Haltestruktur (13) einführbar ist, die Haltestruktur (13) einen Klemmbereich (30) und einen Aufnahmebereich (20) aufweist, wobei der Steckerstift (31) im Klemmbereich (30) zwischen den Einzelplatten (11, 12) klemmbar ist, wobei der Aufnahmebereich (20) vom Außenrand (10b) ausgeht und dem Klemmbereich (30) in Einführrichtung vorgelagert ist, und zumindest die erste Einzelplatte (11) zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (10) im Aufnahmebereich (20) entlang der Einführrichtung konkav, insbesondere bogenförmig oder gewinkelt verläuft, sodass eine Kante (21) der ersten Einzelplatte (11) im Aufnahmebereich (20) auf die Separatorplattenebene (10a) zuweist.
Separatorplatte (10) nach Anspruch 1, wobei die zweite Einzelplatte (12) zumindest in einem unverpressten Zustand der Separatorplatte (10) im Aufnahmebereich (20) entlang der Einführrichtung konkav, insbesondere bogenförmig oder gewinkelt verläuft, sodass eine Kante (22) der zweiten Einzelplatte (12) im Aufnahmebereich (20) auf die Separatorplattenebene (10a) zuweist.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelplatten (11, 12) im Aufnahmebereich (20) in einer Richtung senkrecht zur Separatorplattenebene (10a) weiter zueinander beabstandet sind als im Klemmbereich (30).
Separatorplatte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer maximalen Breite des Aufnahmebereichs (20) und einer maximalen Breite des Klemmbereichs (30) größer ist als 1, insbesondere größer als 1,5, oder insbesondere größer als 2, wobei eine Breitenrichtung senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene (10a) definiert ist.
Separatorplatte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Aufnahmebereich (20) einen Übergangsabschnitt (26) aufweist, der an den Klemmbereich (30) angrenzt und in dem sich der Aufnahmebereich (20) verjüngt, sodass der Aufnahmebereich (20) in den Klemmbereich (30) übergeht.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aufnahmebereich (20) in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte (11) auf die Separatorplattenebene (10a) zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen trichterförmigen oder trapezförmigen Umriss aufweist.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klemmbereich (30) in Orthogonalprojektion der ersten Einzelpatte (11) auf die Separatorplattenebene (10a) zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Umriss aufweist.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einführrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einem Verlauf des Außenrands (10b) im Bereich der Haltestruktur (13) verläuft.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs (30) in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Klemmbereichs (30) in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene (10a) ist, größer ist als 1, insbesondere größer 2, oder insbesondere größer als 3 ist.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs (20) in Einführrichtung und der maximalen Ausdehnung des Aufnahmebereichs (20) in einer Richtung, die senkrecht zur Einführrichtung und parallel zur Separatorplattenebene (10a) ist, kleiner als 1, insbesondere kleiner als 0,8, oder insbesondere kleiner als 0,5 ist.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltestruktur (13) im Aufnahmebereich (20) ein Dach (51) aufweist, wobei Oberflächenlinien (53), die senkrecht zur Einführrichtung auf dem Dach (51) verlaufen, gerade und/oder parallel zur Separatorplattenebene (10a) verlaufen.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelplatten (11, 12) beidseitig der Haltestruktur (13) und entlang des Außenrands (10b) einander berühren.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelplatten (11, 12) mindestens eine weitere Haltestruktur (13') zum Halten eines Steckerstifts (31) bilden.
Separatorplatte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, weiter aufweisend eine geprägte Struktur, insbesondere eine Stützstruktur (32) und/oder Verbindungsstruktur (34), die zumindest zwei Haltestrukturen (13, 13') miteinander verbindet.
Separatorplatte (10) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei die Einführrichtungen zumindest zweier Haltestrukturen (13, 13') parallel zueinander verlaufen.
Separatorplatte (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Aufnahmebereiche (20) von zumindest zwei Haltestrukturen (13, 13') mittels einer Verbindungsstruktur (34) entlang des Außenrandes (10b) ineinander übergehen.
Separatorplatte (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Klemmbereiche (30) von zumindest zwei Haltestrukturen (13, 13') beabstandet zum Außenrand (10b) über eine Stützstruktur (32) miteinander verbunden sind.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelplatten (11, 12) jeweils auf beiden Oberflächen jeweils eine Führungsstruktur (17a) zum Führen von Reaktionsmedium und/oder Kühlmittel aufweist und die Einzelplatten (11, 12) im Wesentlichen dieselbe Flächenausdehnung aufweisen.
Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Einzelplatte (11) auf beiden Oberflächen eine Führungsstruktur (17a) zum Führen von Reaktionsmedium aufweist und zumindest oder lediglich der Bereich einer Haltestruktur (13) mindestens eine zweite Einzelplatte (12') aufweist.
Anordnung für ein elektrochemisches System (1), aufweisend eine Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Membranelektrodeneinheit (6), MEA, die parallel zur Separatorplattenebene (10a) der Separatorplatte (10) angeordnet ist, wobei die MEA (6) die Separatorplatte (10) ein Dach (51) des Aufnahmebereichs (20) berührt, wobei die Kante (21) der ersten Einzelplatte (11) und die Kante (22) der zweiten Einzelplatte (12) im Bereich der Haltestruktur (13) in einem verpressten Zustand der Anordnung zur MEA (6) beabstandet sind.