DE202022107287U1 - Separator plate, and tool pair for producing such a separator plate - Google Patents

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Abstract

Separatorplatte (10) für einen Elektrolyseur mit einer ersten metallischen Lage (11), wobei die Separatorplatte (10) aufweist:einen Aktivbereich (12) mit mindestens je einer Schar von in die erste metallische Lage geprägten Flusskanälen (13a, 13b, 13c) für ein Reaktionsmedium mit einem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) und zu dem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) zu beiden Seiten angeordneten Kanalwänden (15a, 15b, 15c, 15a', 15b', 15c'), wobei zwischen benachbarten Kanalwänden benachbarter Flusskanäle Stege (16a, 16b, 16c) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dassfür einen, mehrere oder alle der Kanalgründe (14a, 14b, 14c) der Schar von Flusskanälen (13a, 13b, 13c) die dem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) gegenüberliegende Oberfläche (17a, 17b, 17c) der ersten metallischen Lage (11) im Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals (13a, 13b, 13c) zumindest bereichsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist.Separator plate (10) for an electrolyzer with a first metallic layer (11), wherein the separator plate (10) has:an active region (12) with at least one group of flow channels (13a, 13b, 13c) embossed into the first metallic layer for a reaction medium with a channel base (14a, 14b, 14c) and channel walls (15a, 15b, 15c, 15a', 15b', 15c') arranged on both sides of the channel base (14a, 14b, 14c), wherein webs (16a, 16b, 16c) are arranged between adjacent channel walls of adjacent flow channels,characterized in thatfor one, several or all of the channel bases (14a, 14b, 14c) of the group of flow channels (13a, 13b, 13c), the (14a, 14b, 14c) opposite surface (17a, 17b, 17c) of the first metallic layer (11) is substantially flat at least in regions in cross-section transverse to the direction of extension of the respective flow channel (13a, 13b, 13c).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte für einen Elektrolyseur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein Werkzeugpaar zur Herstellung einer derartigen Separatorplatte und zum Durchführen des genannten Verfahrens.The present invention relates to a separator plate for an electrolyzer, a method for its production and a pair of tools for producing such a separator plate and for carrying out said method.

Elektrolyseure werden herkömmlich aus einem Stapel von elektrochemischen Zellen gebildet. Die elektrochemischen Zellen eines Elektrolyseurs weisen dabei eine Separatorplatte, eine dazwischen angeordnete Membran und jeweils zwischen der Membran und zu ihren beiden Seiten benachbarten Separatorplatten eine poröse Transportlage, PTL, auf. Die poröse Transportlage liegt dabei jeweils auf einer Separatorplatte auf, die aus mindestens einer metallischen Lage aufgebaut ist.Electrolyzers are traditionally made up of a stack of electrochemical cells. The electrochemical cells of an electrolyzer have a separator plate, a membrane arranged between them and a porous transport layer, PTL, between the membrane and the separator plates adjacent to it on both sides. The porous transport layer lies on a separator plate, which is made up of at least one metallic layer.

Die Separatorplatten bestehen bei Elektrolyseuren üblicherweise aus Edelstahl oder Titan, wobei diese Lagenmaterialien zusätzlich bereichsweise oder vollständig beschichtet sein können. Die poröse Transportlage (PTL) besteht ihrerseits typischerweise aus Titan, wobei auch hier weitere Beschichtungen der PTL möglich sind, um beispielsweise den Übergangswiderstand zur Separatorplatte zu senken oder die Korrosionsfestigkeit der PTL zu erhöhen.The separator plates in electrolyzers are usually made of stainless steel or titanium, whereby these layer materials can also be coated in parts or completely. The porous transport layer (PTL) is typically made of titanium, whereby further coatings of the PTL are also possible here, for example to reduce the contact resistance to the separator plate or to increase the corrosion resistance of the PTL.

Die üblicherweise einlagige Separatorplatte eines Elektrolyseurs weist einen Aktivbereich auf, der eine Schar von in die metallische Lage der Separatorplatte eingeprägten Flusskanälen besitzt. In diese Flusskanäle wird beispielsweise ein Reaktionsmedium zugeführt oder aus diesen abgeführt. Bei Elektrolyseuren werden üblicherweise zuleitende Flusskanäle für Wasser vorgesehen und ableitende Flusskanäle für Wasser und Sauerstoff sowie Flusskanäle für Wasserstoff, wobei die Flusskanäle für Sauerstoff und für Wasserstoff auf einander gegenüberliegenden Seiten der Membran und damit auch der PTL angeordnet sind. Weiterhin können die Separatorplatten Aktivbereiche aufweisen, in denen die Reaktionsmedien (Edukte und Produkte) jeweils geführt werden und in denen die elektrochemische Reaktion zur Elektrolyse von Wasser stattfindet. Alle diese Bereiche weisen jeweils Scharen von Flusskanälen auf, die benachbart zu ihrem Kanalgrund Kanalwände aufweisen, wobei zwischen benachbarten Kanalwänden jeweils Stege angeordnet sind, so dass die Kanalwände zugleich die Außenwände der Stege bilden. Die Bereiche miteinerScharvon Flusskanälen weisen also eine Abfolge von Kanälen in Form von Nuten und dazwischen liegenden Stegen auf.The usually single-layer separator plate of an electrolyzer has an active area that has a group of flow channels embossed into the metal layer of the separator plate. For example, a reaction medium is fed into or discharged from these flow channels. Electrolyzers usually have incoming flow channels for water and outgoing flow channels for water and oxygen as well as flow channels for hydrogen, with the flow channels for oxygen and for hydrogen being arranged on opposite sides of the membrane and thus also of the PTL. Furthermore, the separator plates can have active areas in which the reaction media (reactants and products) are guided and in which the electrochemical reaction for the electrolysis of water takes place. All of these areas each have groups of flow channels that have channel walls adjacent to their channel base, with webs arranged between adjacent channel walls so that the channel walls also form the outer walls of the webs. The areas with a group of flow channels therefore have a sequence of channels in the form of grooves and webs in between.

Die PTL liegt auf den Stegen der Separatorplatte auf und wird durch die Stege gestützt. Problematisch ist dabei, dass die PTL selbst nur eine geringe mechanische Stabilität aufweist und die Stege der Separatorplatte an ihrer der PTL zugewandten Seite oft abgerundete Oberflächen besitzen. Dadurch liegt die PTL nur an geringen Teilen der Separatorplatte an und wird nur von diesen geringen Teilen der Separatorplatte gestützt. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen nicht gestützten Bereichen und gestützten Bereichen der PTL groß und folglich ungünstig.The PTL rests on the webs of the separator plate and is supported by the webs. The problem is that the PTL itself has only low mechanical stability and the webs of the separator plate often have rounded surfaces on the side facing the PTL. As a result, the PTL only rests on small parts of the separator plate and is only supported by these small parts of the separator plate. In particular, the ratio between unsupported areas and supported areas of the PTL is large and therefore unfavorable.

Die vorliegende Erfindung macht sich zur Aufgabe, eine Separatorplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ein Werkzeugpaar zur Durchführung dieses Herstellungsverfahrens zur Verfügung zu stellen, bei dem die Auflage der PTL auf die Stege eines Bereichs mit einer Schar von Flusskanälen verbessert ist.The present invention has for its object to provide a separator plate and a method for its production as well as a pair of tools for carrying out this production method, in which the support of the PTL on the webs of a region with a family of flow channels is improved.

Diese Aufgabe wird durch die Separatorplatte nach Anspruch 1 sowie das Werkzeugpaar nach Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by the separator plate according to claim 1 and the tool pair according to claim 8.

Die erfindungsgemäße Separatorplatte für einen Elektrolyseur weist mindestens eine erste metallische Lage auf. In dieser ersten metallischen Lage ist ein Aktivbereich vorgesehen, der mindestens eine Schar von in die erste metallische Lage geprägten Flusskanälen für ein Reaktionsmedium besitzt. Die Flusskanäle sind in Form von Nuten ausgestaltet mit einem Kanalgrund und zu dem Kanalgrund zu beiden Seiten angeordneten Kanalwänden. Zwischen Kanalwänden benachbarter Flusskanäle der Schar sind Stege angeordnet, so dass die Schar von geprägten Flusskanälen des Aktivbereichs eine Abfolge von Nuten und Stegen bildet.The separator plate according to the invention for an electrolyzer has at least one first metallic layer. In this first metallic layer, an active region is provided which has at least one set of flow channels for a reaction medium embossed into the first metallic layer. The flow channels are designed in the form of grooves with a channel base and channel walls arranged on both sides of the channel base. Webs are arranged between channel walls of adjacent flow channels of the set, so that the set of embossed flow channels of the active region forms a sequence of grooves and webs.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass für einen, mehrere oder alle Kanäle der Schar von Flusskanälen die dem Kanalgrund gegenüberliegende Oberfläche der ersten metallischen Lage im Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals, d.h. über seine Breite, zumindest bereichsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist.According to the invention, it is now provided that for one, several or all channels of the family of flow channels, the surface of the first metallic layer opposite the channel base is essentially flat in cross section transverse to the direction of extension of the respective flow channel, i.e. across its width, at least in regions.

Durch diese vom Stand der Technik abweichende Ausbildung der den Kanal für ein Reaktionsmedium gegenüberliegenden Oberflächen der zwischen den Kanälen befindlichen Stegen, ist es möglich, auf diesen Stegen eine PTL zu lagern, wobei diese mit einer größeren Fläche an der metallischen Lage anliegt, so dass die Stützung der PTL verbessert wird und zugleich das Verhältnis zwischen nicht gestützter Fläche der PTL zur gestützten Fläche der PTL verringert wird. Dies bewirkt, dass die Kombination der erfindungsgemäßen Separatorplatte mit einer PTL mechanisch stabiler ausgebildet wird.Due to this design of the surfaces of the webs located between the channels opposite the channel for a reaction medium, which differs from the prior art, it is possible to support a PTL on these webs, with the latter resting against the metal layer with a larger surface area, so that the support of the PTL is improved and at the same time the ratio between the unsupported surface of the PTL and the supported surface of the PTL is reduced. This means that the combination of the separator plate according to the invention with a PTL is designed to be mechanically more stable.

Für einen, mehrere oder sämtliche der Kanäle in der Schar von Flusskanälen kann vorteilhafterweise der im Wesentlichen eben ausgebildete Bereich der dem Kanalgrund gegenüberliegenden Oberfläche eine quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals bestimmte Breite BE aufweisen für die bezüglich der ursprünglichen Blechdicke BA des aktiven Bereichs der ersten metallischen Lage vor dem Prägen des aktiven Bereichs gilt 1,5 BA ≤ BE ≤ 4 BA, vorzugsweise 2 BA ≤ BE und/oder BE ≤ 3 BA. Bei derartiger Ausgestaltung der Separatorplatte ergibt sich ein hoher Anteil an gestützten Bereichen der Separatorplatte.For one, several or all of the channels in the family of flow channels, the essentially flat region of the surface opposite the channel base can advantageously have a width BE determined transversely to the direction of extension of the respective flow channel, for which 1.5 BA ≤ BE ≤ 4 BA, preferably 2 BA ≤ BE and/or BE ≤ 3 BA applies with respect to the original sheet thickness BA of the active region of the first metallic layer before embossing of the active region. With such a design of the separator plate, a high proportion of supported regions of the separator plate results.

Im Wesentlichen eben ist ein Bereich ausgebildet beispielsweise auf der oben erwähnten Breite BE, die dem Kanalgrund gegenüberliegende Oberfläche der ersten metallischen Lage einen im Wesentlichen oder vollständig konstanten Abstand zu einer quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Kanals verlaufenden Linie aufweist, die zwei Stellen des Kanalgrunds mit maximalerTiefe des Kanals miteinander verbindet. In diesem Falle, wobei gleicher Abstand bedeutet, dass der Abstand um ≤ 5 %, vorzugsweise ≤ 2 %, vorzugsweise ≤ 1 % schwankt, ist dann die Oberfläche, die dem Kanalgrund gegenüberliegt auf der Breite BE im Wesentlichen eben.A region is formed to be substantially flat, for example on the above-mentioned width BE, the surface of the first metallic layer opposite the channel base having a substantially or completely constant distance from a line running transversely to the direction of extension of the respective channel, which line connects two points on the channel base with the maximum depth of the channel. In this case, where the same distance means that the distance fluctuates by ≤ 5%, preferably ≤ 2%, preferably ≤ 1%, the surface opposite the channel base is then substantially flat on the width BE.

Insbesondere ist ein im Wesentlichen konstanter Abstand gegeben, wenn die dem Kanalgrund gegenüberliegende Oberfläche auf der Breite BE einen Abstand AO von der genannten geraden Linie aufweist und der Abstand AO auf der Breite BE maximal um die Hälfte des maximalen Abstands des Kanalgrunds von der die beiden Stellen maximaler Tiefe verbindenden geraden Linie um den Mittelwert von AO variiert.In particular, a substantially constant distance is given if the surface opposite the channel bottom has a distance AO from said straight line over the width BE and the distance AO over the width BE varies by a maximum of half the maximum distance of the channel bottom from the straight line connecting the two points of maximum depth around the mean value of AO.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die senkrecht zu der Erstreckungsrichtung eines Kanals die Mittelachse benachbarter Kanäle einen Abstand AK aufweisen, für den gilt 7 BA ≤ AK ≤ 13 BA, bevorzugt 9 BA ≤ AK ≤ 11 BA. Besonders vorteilhaft ist eine derartig im Wesentlichen ebene Oberfläche eines Steges auszubilden, wenn der Kanalgrund eines benachbarten Flusskanals auf der anderen Seite der metallischen Lage zumindest bereichsweise, insbesondere auf der Breite BE, konvex ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist ein Kanalgrund konvex ausgebildet und eine Stegoberfläche, die dem Kanalgrund auf der anderen Seite der metallischen Lage unmittelbar gegenüberliegt, im Wesentlichen eben ausgebildet.It is also advantageous if the central axis of adjacent channels perpendicular to the direction of extension of a channel has a distance AK for which 7 BA ≤ AK ≤ 13 BA, preferably 9 BA ≤ AK ≤ 11 BA applies. It is particularly advantageous to form such a substantially flat surface of a web if the channel base of an adjacent flow channel on the other side of the metallic layer is convex at least in some areas, in particular over the width BE. In other words, a channel base is convex and a web surface that is directly opposite the channel base on the other side of the metallic layer is substantially flat.

Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung, dass die besondere Ausgestaltung von Kanalgrund und gegenüberliegender Oberfläche der metallischen Lage in einem besonderen Verfahren in einer besonderen Form wie erfindungsgemäß beschrieben hergestellt wird.What is essential in the present invention is that the special design of the channel base and the opposite surface of the metallic layer is produced in a special process in a special form as described according to the invention.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Separatorplatte, wobei in einem ein- oder mehrstufigen Umformprozess die erste metallische Lage mittels einer Patrize und einer Matrize als Werkzeugpaar umgeformt wird, wobei die den Aktivbereich der Separatorplatte ausbildenden Strukturen des einen Werkzeugs zumindest für eine, mehrere oder alle nach der Umformung im Wesentlichen zumindest bereichsweise eben ausgebildeten Oberflächen Freimachungen, insbesondere konkave Vertiefungen, aufweisen und die diesen umformenden Strukturen bei der Umformung der ersten metallischen Lage gegenüberliegenden Strukturen des anderen Werkzeugs ballig, insbesondere konvex, ausgebildet sind.The present invention also includes a method for producing a separator plate as described above, wherein in a single or multi-stage forming process the first metallic layer is formed by means of a male and a female die as a pair of tools, wherein the structures of one tool forming the active region of the separator plate have clearances, in particular concave depressions, for at least one, several or all surfaces which are essentially flat at least in regions after the forming, and the structures of the other tool opposite these forming structures are spherical, in particular convex, during the forming of the first metallic layer.

Im Verfahren zur Herstellung einer Separatorplatte, wie sie vorstehend erläutert wurde, kann beispielsweise eine metallische Lage in einem Rollprägeverfahren umgeformt werden.In the process for producing a separator plate as explained above, for example, a metallic layer can be formed in a roll embossing process.

Die erfindungsgemäße Separatorplatte kann auch mittels Rollformens der ersten metallische Lage hergestellt werden, wobei das Herstellungsverfahren ein erfindungsgemäßes Werkzeug einsetzt. Insbesondere kann die Umformung der ersten metallischen Lage in einem einstufigen oder mehrstufigen Prägeprozess erfolgen.The separator plate according to the invention can also be produced by roll forming the first metallic layer, wherein the production method uses a tool according to the invention. In particular, the forming of the first metallic layer can take place in a single-stage or multi-stage embossing process.

Im Folgenden werden einzelne Beispiele erfindungsgemäßer Werkzeuge und Separatorplatten gezeigt. Dabei werden für gleiche und ähnliche Bauelemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass deren Beschreibung nicht vollständig wiederholt wird. In den nachfolgenden Beispielen sind neben den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung jeweils auch weitere optionale Merkmale dargestellt, mit denen die Erfindung jeweils weitergebildet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, einzelne der im Nachfolgenden dargestellten Merkmale zur Weiterbildung der Erfindung zu verwenden oder auch in Kombination mit weiteren optionalen Merkmalen desselben Beispiels oder anderer Beispiele zu kombinieren.Individual examples of tools and separator plates according to the invention are shown below. The same and similar reference numerals are used for the same and similar components, so that their description is not repeated in full. In the following examples, in addition to the essential features of the present invention, further optional features are also shown with which the invention can be further developed. However, it is also possible to use individual features shown below to further develop the invention or to combine them with further optional features of the same example or other examples.

Es zeigen

  • 1 ein Werkzeugpaar zur Herstellung einer Separatorplatte aus dem Stand der Technik;
  • 2 eine Separatorplatte, die mit dem Werkzeug aus 1 hergestellt wurde im Aus- und Querschnitt;
  • 3 ein erfindungsgemäßes Werkzeugpaar zur Herstellung einer Separatorplatte;
  • 4 eine Separatorplatte, die mit dem Werkzeugpaar aus 3 hergestellt wurde im Aus- und Querschnitt;
  • 5 zwei weitere Separatorplatten im Ausschnitt;
  • 6 eine weitere Separatorplatte im Ausschnitt;
  • 7 eine weitere Separatorplatte im Ausschnitt;
  • 8 eine weitere Separatorplatte im Ausschnitt;
Show it
  • 1 a pair of tools for producing a separator plate according to the prior art;
  • 2 a separator plate that is made of 1 was produced in cut and cross section;
  • 3 a pair of tools according to the invention for producing a separator plate;
  • 4 a separator plate, which is connected to the tool pair of 3 was produced in cut and cross section;
  • 5 two further separator plates in the cutout;
  • 6 another separator plate in the cutout;
  • 7 another separator plate in the cutout;
  • 8th another separator plate in the cutout;

1 zeigt in einem Querschnitt und im Ausschnitt ein Werkzeugpaar 1 mit einer Matrize 2 und einer Patrize 3 zum Prägen einer metallischen Lage einer Separatorplatte, wie sie in der nachfolgenden 2 als metallische Lage 11 einer Separatorplatte 10 dargestellt wird. In die Matrize 2 sind Prägestrukturen 4 mit Freimachungen (konkave Vertiefungen, Nuten) 6a und 6b, mit denen Stege in die metallische Lage eingeprägt werden können, sowie konvexe Strukturen (Stege) 7a und 7b, mit denen Nuten in die metallische Lage eingeprägt werden können, eingebracht. Komplementäre Prägestrukturen 5 sind in der Patrize 3 angeordnet, mit Freimachungen 8a und 8b sowie konvexen Strukturen 9a und 9b. 1 shows in a cross-section and in detail a tool pair 1 with a die 2 and a patrix 3 for embossing a metallic layer of a separator plate, as shown in the following 2 as a metallic layer 11 of a separator plate 10. Embossed structures 4 with clearances (concave depressions, grooves) 6a and 6b, with which webs can be embossed into the metallic layer, as well as convex structures (webs) 7a and 7b, with which grooves can be embossed into the metallic layer, are introduced into the matrix 2. Complementary embossed structures 5 are arranged in the male mold 3, with clearances 8a and 8b as well as convex structures 9a and 9b.

Typischerweise sind bei einem Werkzeugpaar, wie es in 1 dargestellt ist und wie es im Stand der Technik verwendet wird, die Stegoberflächen der Prägestrukturen 7a, 7b, 9a und 9b und die Böden der Freimachungen 6a, 6b, 8a und 8b weitgehend waagrecht ausgebildet.Typically, a pair of tools, as in 1 and as used in the prior art, the web surfaces of the embossed structures 7a, 7b, 9a and 9b and the bottoms of the clearances 6a, 6b, 8a and 8b are formed largely horizontally.

2 zeigt eine Separatorplatte 10 im Ausschnitt und im Querschnitt, wobei der Querschnitt durch die Separatorplatte 10 dem in 1 verwendeten Querschnitt zur Darstellung des Werkzeugpaares 1 entspricht. Die Separatorplatte 10 in 2 weist eine einzelne metallische Lage 11 auf mit einem hier im Ausschnitt dargestellten Aktivbereich 12, in dem in einem Stack aus Separatorplatten eines Elektrolyseurs die elektrochemische Reaktion stattfindet. In diesem Aktivbereich 12 sind durch das Werkzeugpaar 1 nun Kanäle zu beiden Seiten der metallischen Lage 11 eingeprägt, von denen die Kanäle 13a, 13b und 13c dargestellt sind. Die Kanäle 13a und 13b befinden sich auf derselben Seite der Separatorplatte 10 und bilden auf der gegenüberliegenden Seite der Separatorplatte 10 Stege mit Oberflächen 17a, 17b aus. Diese Oberflächen 17a, 17b liegen jeweils einem Kanalgrund 14a bzw. 14b des Kanals 13a bzw. 13b gegenüber und bilden die Oberfläche von Stegen 16a bzw. 16b. Benachbart zu dem Kanalgrund 14a ist eine Kanalwand 15a und eine Kanalwand 15a' ausgebildet. In entsprechender Weise ist benachbart zu dem Kanalgrund 14b eine Kanalwand 15b und eine Kanalwand 15b' ausgebildet. Die Kanalwände 15a' und 15b bilden ihrerseits zwischen sich einen Steg 16c aus. 2 shows a separator plate 10 in detail and in cross section, whereby the cross section through the separator plate 10 corresponds to the 1 used to represent the tool pair 1. The separator plate 10 in 2 has a single metallic layer 11 with an active region 12, shown here in detail, in which the electrochemical reaction takes place in a stack of separator plates of an electrolyzer. In this active region 12, channels are now embossed by the tool pair 1 on both sides of the metallic layer 11, of which the channels 13a, 13b and 13c are shown. The channels 13a and 13b are located on the same side of the separator plate 10 and form webs with surfaces 17a, 17b on the opposite side of the separator plate 10. These surfaces 17a, 17b are each opposite a channel base 14a or 14b of the channel 13a or 13b and form the surface of webs 16a or 16b. A channel wall 15a and a channel wall 15a' are formed adjacent to the channel base 14a. In a corresponding manner, a channel wall 15b and a channel wall 15b' are formed adjacent to the channel base 14b. The channel walls 15a' and 15b in turn form a web 16c between them.

Bei Verwendung einer Matrize und einer Patrize als Werkzeugpaar 1, wie sie in 1 dargestellt sind, werden die Kanalböden 14a und 14b weitgehend waagrecht ausgeprägt, während die den Kanalböden 14a und 14b gegenüberliegenden Oberflächen 17a und 17b beim Prägeprozess konvex gewölbt bzw. abgerundet ausgebildet werden. Problematisch hieran ist, dass die Oberflächen 17a und 17b nur eine kleine Auflageoberfläche für eine ihnen benachbart angeordnete poröse Transportlage (PTL) bilden, so dass die PTL nur auf einem kleinen Teil ihrer Oberfläche von der Separatorplatte 10 gestützt wird.When using a die and a patrix as tool pair 1, as shown in 1 As shown, the channel bottoms 14a and 14b are formed largely horizontally, while the surfaces 17a and 17b opposite the channel bottoms 14a and 14b are formed convexly curved or rounded during the embossing process. The problem here is that the surfaces 17a and 17b only form a small support surface for a porous transport layer (PTL) arranged adjacent to them, so that the PTL is only supported on a small part of its surface by the separator plate 10.

3 zeigt ein Werkzeugpaar gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Die folgende Beschreibung bezieht sich durchgängig auf einen Querschnitt wie er in 3 dargestellt ist. Bei diesem Werkzeugpaar werden dieselben Bezugszeichen für die gleichen Elemente und ähnliche Bezugszeichen für ähnliche Elemente wie in 1 verwendet. Im Unterschied zu dem Werkzeugpaar 1 aus 1 sind nun die Stege 7a, 7b, 9a und 9b anders ausgebildet als die entsprechenden Strukturen in dem Werkzeugpaar 1 der 1. Insbesondere weisen die Stege 7a, 7b, 9a und 9b, Freimachungen auf, so dass die Stege in ihrem Stegdach einen Einzug aufweisen, insbesondere konkav ausgebildet sind. Die den Stegen im jeweils anderen Werkzeug gegenüberliegenden Nuten 6a, 6b, 8a und 8b des jeweilig anderen Werkzeugs sind in entsprechender Weise in ihrem Nutengrund gerade oder gegebenenfalls ballig, insbesondere konvex ausgebildet. Wird die metallische Lage einer Separatorplatte für einen Elektrolyseur mit einem Werkzeugpaar 1, wie es in 3 dargestellt ist, geprägt, so kann das beim Prägen der metallischen Lage verschobene beziehungsweise verdrängte Material in die Freimachungen in den Stegen der jeweiligen Werkzeugoberfläche fließen. Dies ermöglicht es der gegenüberliegenden Oberfläche der gegenüberliegenden Nut die metallische Lage 11 auf ihrer vollen Breite zu prägen und hierdurch eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zu erzeugen. 3 shows a pair of tools according to the present invention in cross section. The following description refers throughout to a cross section as shown in 3 This tool pair uses the same reference numerals for the same elements and similar reference numerals for similar elements as in 1 In contrast to the tool pair 1 from 1 the webs 7a, 7b, 9a and 9b are now designed differently than the corresponding structures in the tool pair 1 of the 1 . In particular, the webs 7a, 7b, 9a and 9b have clearances so that the webs have a recess in their web roof, in particular are concave. The grooves 6a, 6b, 8a and 8b of the respective other tool, which are opposite the webs in the respective other tool, are correspondingly straight or, if necessary, spherical, in particular convex, in their groove base. If the metallic layer of a separator plate for an electrolyzer is formed with a tool pair 1, as shown in 3 shown, the material displaced or displaced during the embossing of the metallic layer can flow into the clearances in the webs of the respective tool surface. This enables the opposite surface of the opposite groove to emboss the metallic layer 11 over its full width and thereby produce a substantially flat surface.

In 4 wird eine mit einem Werkzeug wie in 3 geprägte metallische Lage 11 einer Separatorplatte 10 für einen Elektrolyseur im Ausschnitt und im Querschnitt entsprechend dem Querschnitt der Darstellung in 3 dargestellt. Während bei der in 2 im Ausschnitt dargestellten Separatorplatte 10 mit metallischer Lage 11 die Stege 16a, 16b und 16c an ihren Oberflächen 17a, 17b und 17c konvex ausgebildet sind, sind die dem jeweiligen Kanalgrund 14a, 14b und 14c gegenüberliegenden Oberflächen 17a, 17b und 17c der Stege 16a, 16b und 16c im Wesentlichen eben. Und während die Kanäle 13a, 13b und 13c in 2 einen ebenen Kanalgrund 14a, 14b und 14c aufweisen, sind in 4 die Kanalböden 14a, 14b und 14c konvex ausgebildet. Es ergeben sich dabei jeweils benachbart zu der konvexen Überhöhung des Kanalgrundes im Übergang vom Kanalgrund zu den benachbarten Kanalwänden, hier beispielsweise 15a, 15a' oder 15b, 15b' oder 15c, 15c' Stellen 23a, 23a' oder 23b, 23b' oder 23c, 23c', in denen der Kanal 13a, 13b bzw. 13c eine maximale Tiefe aufweist.In 4 is made with a tool like in 3 embossed metallic layer 11 of a separator plate 10 for an electrolyzer in section and in cross section corresponding to the cross section of the illustration in 3 While the 2 In the separator plate 10 shown in the detail with metallic layer 11, the webs 16a, 16b and 16c are convex on their surfaces 17a, 17b and 17c, the surfaces 17a, 17b and 17c of the webs 16a, 16b and 16c opposite the respective channel base 14a, 14b and 14c are essentially flat. And while the channels 13a, 13b and 13c in 2 have a flat channel base 14a, 14b and 14c, are in 4 the channel bottoms 14a, 14b and 14c are convex. This results in locations 23a, 23a' or 23b, 23b' or 23c, 23c' adjacent to the convex elevation of the channel bottom in the transition from the channel bottom to the adjacent channel walls, here for example 15a, 15a' or 15b, 15b' or 15c, 15c', in which the channel 13a, 13b or 13c has a maximum depth.

Durch die ebene Ausbildung der dem Kanalgrund jeweils gegenüberliegenden Oberfläche, hier beispielsweise 17a, 17b und 17c, wird auf zumindest einer Seite, im vorliegenden Beispiel auf beiden Seiten der Separatorplatte 10 eine Abfolge von im Wesentlichen ebenen Oberflächen, in diesem Beispiel Oberflächen 17a, 17b und 17c, zur Verfügung gestellt, die eine breite Auflagefläche für eine PTL bilden. Durch diese breiten Auflageflächen wird die PTL besser durch die Separatorplatte 10 gestützt. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen gestützten Abschnitten der PTL und nicht gestützten Abschnitten der PTL zur Überbrückung der Kanäle 13a, 13b und 13c erhöht. Insbesondere wird die durch die PTL ohne Auflage und Stützfläche frei zu überspannende Strecke, die der Breite der Kanäle 13a, 13b oder 13c entspricht, verringert.Due to the flat design of the surface opposite the channel base, here for example 17a, 17b and 17c, a sequence of essentially flat surfaces, in this example surfaces 17a, 17b and 17c, is provided on at least one side, in the present example on both sides of the separator plate 10, which form a wide support surface for a PTL. Due to these wide support surfaces, the PTL is better supported by the separator plate 10. In particular, the ratio between supported sections of the PTL and unsupported sections of the PTL for bridging the channels 13a, 13b and 13c is increased. In particular, the distance to be freely spanned by the PTL without support and support surface, which corresponds to the width of the channels 13a, 13b or 13c, is reduced.

5 zeigt in den Teilfiguren A und B zwei weitere erfindungsgemäß geprägte Separatorplatten 10, ähnlich derjenigen in 4. An diesem Beispiel ist dargestellt, dass ein zu geringes Prägen (Unterprägen) der Separatorplatte 10 zu einer Separatorplatte 10 wie in 5A führt, bei der die Oberflächen 17a, 17b und 17c konvex ausgebildet sind, aber immer noch eine im wesentlichen ebene Auflagefläche für eine PTL bilden. In 5B ist eine Separatorplatte dargestellt, bei der die Separatorplatte überprägt wurde, so dass die den Kanalgründen 14a, 14b und 14c, gegenüberliegenden Oberflächen 17a, 17b und 17c konkav ausgebildet sind. Auch in diesem Falle wird durch die Oberflächen 17a, 17b und 17c eine im Wesentlichen ebene Auflagefläche für die PTL gebildet, wie es in den 7 und 8 erläutert wird. 5 shows in the partial figures A and B two further separator plates 10 embossed according to the invention, similar to those in 4 . This example shows that too little embossing (under-embossing) of the separator plate 10 leads to a separator plate 10 as in 5A in which the surfaces 17a, 17b and 17c are convex, but still form a substantially flat support surface for a PTL. In 5B a separator plate is shown in which the separator plate has been over-embossed so that the surfaces 17a, 17b and 17c opposite the channel bases 14a, 14b and 14c are concave. In this case too, the surfaces 17a, 17b and 17c form a substantially flat support surface for the PTL, as shown in the 7 and 8th is explained.

6 zeigt eine Separatorplatte 10 mit einer metallischen Lage 11 ähnlich derjenigen in 4. Der hier in dieser Figur gewählte Ausschnitt ist breiter gewählt, so dass nicht jeder Steg und nicht jeder Kanal mit einem eigenen Bezugszeichen versehen ist, sondern lediglich die Kanäle 13a bis 13e und die Stege 16a bis 16e mit Bezugszeichen versehen wurden. Am linken Rand der gezeigten Separatorplatte 10 ist die ursprüngliche Blechdicke BA (Bezugszeichen 19) zu erkennen. 6 shows a separator plate 10 with a metallic layer 11 similar to that in 4 . The section selected here in this figure is wider, so that not every web and not every channel is provided with its own reference symbol, but only the channels 13a to 13e and the webs 16a to 16e have been provided with reference symbols. The original sheet thickness BA (reference symbol 19) can be seen on the left edge of the separator plate 10 shown.

7 zeigt einen Ausschnitt aus der Separatorplatte 10 in 4. In dieser Figur wird die jeweilige Dimensionierung bzw. Bemaßung der Kanäle 13a, 13b und 13c dargestellt. Bezugszeichen 18 bezeichnet die Mittelachse des jeweiligen Kanalgrundes 14a, 14b und 14c nach dem erfindungsgemäßen Prägen der metallischen Lage 11. Die Mitte des jeweiligen Kanalgrundes bestimmt sich in diesem Beispiel als die Mitte zwischen den Stellen mit größter Tiefe des Kanals, hier beispielhaft den beiden Stellen 23a, 23a' des Kanals 13a. Bezugszeichen 20 bezeichnet den Abstand BE zwischen zwei Stellen 23a und 23a' bzw. 23b und 23b' bzw. 23c und 23c'. Bezugszeichen 21 bezeichnet die Tiefe H des Kanals 13a, 13b und 13c in der im Querschnitt über die Breite des jeweiligen Kanals an der wie zuvor beschrieben bestimmten Mitte des jeweiligen Kanals, hier beispielhaft des Kanals 13c. 7 shows a section of the separator plate 10 in 4 . This figure shows the respective dimensioning of the channels 13a, 13b and 13c. Reference numeral 18 designates the central axis of the respective channel base 14a, 14b and 14c after the inventive embossing of the metallic layer 11. The center of the respective channel base is determined in this example as the center between the points with the greatest depth of the channel, here by way of example the two points 23a, 23a' of the channel 13a. Reference numeral 20 designates the distance BE between two points 23a and 23a' or 23b and 23b' or 23c and 23c'. Reference numeral 21 designates the depth H of the channel 13a, 13b and 13c in the cross-section across the width of the respective channel at the center of the respective channel determined as previously, here by way of example the channel 13c.

Bezugszeichen 22 bezeichnet den Abstand AK zwischen den Mittelachsen (Bezugszeichen 18) zweier auf jeweils einer Seite der Separatorplatte 10 zueinander unmittelbar benachbart angeordneter Kanäle, hier der Kanäle 13a und 13b. Es handelt sich also um die Periode der Kanäle in der Separatorplatte 10 auf jeweils einer Seite der Separatorplatte 10.Reference number 22 designates the distance AK between the center axes (reference number 18) of two channels arranged directly adjacent to one another on one side of the separator plate 10, here the channels 13a and 13b. This is therefore the period of the channels in the separator plate 10 on one side of the separator plate 10.

8 zeigt einen weiteren Ausschnitt aus der Separatorplatte in 7, nunmehr am Beispiel des Kanals 13c. Die beiden Stellen maximaler Tiefe 23c und 23c' des Kanals 13c, zwischen denen der Kanalgrund 14c in konvex gewölbter Weise verläuft, können durch eine gerade Linie 24 verbunden werden. Der Abstand AG des Kanalgrundes 14c von dieser Linie 24 ist mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet, während der Abstand AO zwischen der Linie 24 und der dem Kanalgrund 14c gegenüberliegenden Oberfläche 17c mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet ist. Die Oberfläche 17c ist erfindungsgemäß dann im Wesentlichen eben ausgebildet, wenn sie auf der gesamten Breite BE (Bezugszeichen 20) einen Abstand AO (Bezugszeichen 25) von der geraden Linie 24 aufweist, der vom Mittelwert aller Abstände AO auf dieser Breite BE (Bezugszeichen 20) um maximal die Hälfte desjenigen Abstandes AG abweicht, mit dem der Kanalgrund 14c zwischen den beiden Stellen 23c, 23c' von der Linie 24 maximal, d. h. meistens an der durch die Mittelachse 18 bezeichneten Mitte des Kanalgrundes 14c, beabstandet ist. 8th shows another section of the separator plate in 7 , now using the example of the channel 13c. The two points of maximum depth 23c and 23c' of the channel 13c, between which the channel base 14c runs in a convexly curved manner, can be connected by a straight line 24. The distance AG of the channel base 14c from this line 24 is designated by the reference numeral 26, while the distance AO between the line 24 and the surface 17c opposite the channel base 14c is designated by the reference numeral 25. According to the invention, the surface 17c is essentially flat if it has a distance AO (reference numeral 25) from the straight line 24 over the entire width BE (reference numeral 20) which deviates from the mean value of all distances AO over this width BE (reference numeral 20) by a maximum of half the distance AG by which the channel base 14c is maximally spaced from the line 24 between the two points 23c, 23c', ie mostly at the center of the channel base 14c designated by the center axis 18.

Claims (8)

Separatorplatte (10) für einen Elektrolyseur mit einer ersten metallischen Lage (11), wobei die Separatorplatte (10) aufweist: einen Aktivbereich (12) mit mindestens je einer Schar von in die erste metallische Lage geprägten Flusskanälen (13a, 13b, 13c) für ein Reaktionsmedium mit einem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) und zu dem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) zu beiden Seiten angeordneten Kanalwänden (15a, 15b, 15c, 15a', 15b', 15c'), wobei zwischen benachbarten Kanalwänden benachbarter Flusskanäle Stege (16a, 16b, 16c) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle der Kanalgründe (14a, 14b, 14c) der Schar von Flusskanälen (13a, 13b, 13c) die dem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) gegenüberliegende Oberfläche (17a, 17b, 17c) der ersten metallischen Lage (11) im Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals (13a, 13b, 13c) zumindest bereichsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist.Separator plate (10) for an electrolyzer with a first metallic layer (11), wherein the separator plate (10) has: an active region (12) with at least one group of flow channels (13a, 13b, 13c) embossed into the first metallic layer for a reaction medium with a channel base (14a, 14b, 14c) and to the channel base (14a, 14b, 14c) on both sides arranged channel walls (15a, 15b, 15c, 15a', 15b', 15c'), wherein webs (16a, 16b, 16c) are arranged between adjacent channel walls of adjacent flow channels, characterized in that for one, several or all of the channel bases (14a, 14b, 14c) of the family of flow channels (13a, 13b, 13c), the surface (17a, 17b, 17c) of the first metallic layer (11) opposite the channel base (14a, 14b, 14c) is essentially flat in cross-section transverse to the direction of extension of the respective flow channel (13a, 13b, 13c), at least in regions. Separatorplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle der Kanalgründe (14a, 14b, 14c) der Schar von Flusskanälen (13a, 13b, 13c) der im Wesentlichen eben ausgebildete Bereich der dem Kanalgrund gegenüberliegenden Oberfläche eine quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals bestimmte Breite BE (20) aufweist, für die bezüglich der ursprünglichen Blechdicke BA (19) des Aktivbereichs (12) der ersten metallischen Lage (11) vor dem Prägen des Aktivbereichs (12) in die erste metallische Lage (11) gilt: 1,5 BA ≤ BE ≤ 4 BA, vorzugsweise 2 BA ≤ BE und/oder BE ≤ 3 BA.Separator plate according to the preceding claim, characterized in that for one, several or all of the channel bases (14a, 14b, 14c) of the family of flow channels (13a, 13b, 13c), the essentially flat region of the surface opposite the channel base has a width BE (20) determined transversely to the direction of extension of the respective flow channel, for which the following applies with respect to the original sheet thickness BA (19) of the active region (12) of the first metallic layer (11) before embossing the active region (12) into the first metallic layer (11): 1.5 BA ≤ BE ≤ 4 BA, preferably 2 BA ≤ BE and/or BE ≤ 3 BA. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen eben ausgebildeter Bereich eine quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Kanals (13a, 13b, 13c) bestimmte Breite BE (20) aufweist, auf der die dem Kanalgrund gegenüberliegende Oberfläche (17a, 17b, 17c) der ersten metallischen Lage (11) einen im Wesentlichen konstanten Abstand (25) zu einer quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Kanals verlaufenden Linie (24) aufweist, die zwei Stellen des Kanalgrundes (14a, 14b, 14c) mit maximaler Tiefe des Kanals (13a, 13b, 13c) miteinander verbindet.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that a substantially flat region has a width BE (20) determined transversely to the direction of extension of the respective channel (13a, 13b, 13c), on which the surface (17a, 17b, 17c) of the first metallic layer (11) opposite the channel base has a substantially constant distance (25) to a line (24) running transversely to the direction of extension of the respective channel, which line connects two points of the channel base (14a, 14b, 14c) with maximum depth of the channel (13a, 13b, 13c). Separatorplatte nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen konstanter Abstand gegeben ist, wenn die dem Kanalgrund (14a, 14b, 14c) gegenüberliegende Oberfläche (17a, 17b, 17c) auf der Breite BE (20) einen Abstand AO (25) von der die beiden Stellen maximaler Tiefe (23a, 23a', 23b, 23b', 23c, 23c') verbindenden geraden Linie (24) aufweist, wobei der Abstand AO (25) auf der Breite BE (20) maximal um 0,5 AG um den Mittelwert von AO (25) auf der Breite BE (20) variiert, wobei AG der maximale Abstand des Kanalgrundes (14a. 14b. 14c) von der die beiden Stellen (23a, 23a', 23b, 23b', 23c, 23c') maximaler Tiefe verbindenden geraden Linie (24) ist.Separator plate according to the preceding claim, characterized in that a substantially constant distance is given when the surface (17a, 17b, 17c) opposite the channel base (14a, 14b, 14c) has a distance AO (25) on the width BE (20) from the straight line (24) connecting the two points of maximum depth (23a, 23a', 23b, 23b', 23c, 23c'), wherein the distance AO (25) on the width BE (20) varies by a maximum of 0.5 AG around the mean value of AO (25) on the width BE (20), wherein AG is the maximum distance of the channel base (14a, 14b, 14c) from the straight line (24) connecting the two points (23a, 23a', 23b, 23b', 23c, 23c') of maximum depth. is. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (18) benachbarter Kanäle (13a, 13b, 13c) einen Abstand AK (22) von 7 BA ≤ AK ≤ 13 BA, bevorzugt 9 BA ≤ AK ≤ 11 BA aufweisen.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that the center axes (18) of adjacent channels (13a, 13b, 13c) have a distance AK (22) of 7 BA ≤ AK ≤ 13 BA, preferably 9 BA ≤ AK ≤ 11 BA. Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen, mehrere oder alle der Kanalgründe (14a, 14b, 14c) der Schar von Flusskanälen (13a, 13b, 13c) der Kanalgrund (14a, 14b, 14c) im Querschnitt quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Flusskanals (13a, 13b, 13c) zumindest bereichsweise, insbesondere auf der Breite BE (20), konvex ausgebildet ist.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that for one, several or all of the channel bases (14a, 14b, 14c) of the family of flow channels (13a, 13b, 13c), the channel base (14a, 14b, 14c) in cross-section transverse to the direction of extension of the respective flow channel (13a, 13b, 13c) is convex at least in regions, in particular over the width BE (20). Separatorplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem einstufigen oder mehrstufigen Umformprozess hergestellt wird.Separator plate according to one of the preceding claims, characterized in that it is produced in a single-stage or multi-stage forming process. Werkzeugpaar (1) zur Herstellung einer Separatorplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durch einstufige Umformung der ersten metallischen Lage (11) mit einer Patrize (3) und einer Matrize (2) als Werkzeuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass die den Aktivbereich der Separatorplatte (10) ausbildenden Strukturen des einen Werkzeugs zumindest für eine, mehrere oder alle nach der Umformung im Wesentlichen zumindest bereichsweise eben ausgebildeten Oberflächen (4, 5) Freimachungen (X), insbesondere konkave Vertiefungen, aufweisen und die diesen umformenden Strukturen (4, 5) bei der Umformung der ersten metallischen Lage (11) gegenüberliegenden Strukturen (7) des anderen Werkzeugs ballig, insbesondere konvex, ausgebildet sind.Tool pair (1) for producing a separator plate (10) according to one of the Claims 1 until 7 by single-stage forming of the first metallic layer (11) with a male mold (3) and a female mold (2) as tools (1), characterized in that the structures of the one tool forming the active region of the separator plate (10) have clearances (X), in particular concave depressions, at least for one, several or all surfaces (4, 5) which are essentially flat at least in regions after the forming, and the structures (7) of the other tool which are opposite these forming structures (4, 5) during the forming of the first metallic layer (11) are spherical, in particular convex.
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