DE20308332U1 - Electrochemical compressor system - Google Patents

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Abstract

Elektrochemisches Verdichtersystem zur Verdichtung von Gasen und/oder zur Herstellung von Gasen durch Elektrolyse, bestehend aus einem elektrochemischen Verdichterstapel (1) mit einer Schichtung von mehreren elektrochemischen Zellen (2), welche jeweils durch Bipolarplatten (3;3') voneinander abgetrennt sind, wobei die Bipolarplatten Öffnungen zur Medienzu- und -abfuhr (5a, 5b, 10) zu den elektrochemischen Zellen aufweisen und der elektrochemische Zellenstapel in Richtung (6) der Schichtung unter mechanische Druckspannung setzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise elastische Sickenanordnungen (7; 7') zur Abdichtung der Öffnungen (4, 5a, 5b, 10) und/oder eines elektrochemisch aktiven Bereichs der elektrochemischen Zellen vorgesehen sind.Electrochemical compressor system for compressing gases and / or for producing gases by electrolysis, consisting of an electrochemical compressor stack (1) with a stratification of a plurality of electrochemical cells (2), which are each separated from one another by bipolar plates (3; 3 '), wherein the bipolar plates have openings for media supply and discharge (5a, 5b, 10) to the electrochemical cells and the electrochemical cell stack in the direction (6) of the stratification can be placed under mechanical compressive stress, characterized in that elastic bead arrangements (7; 7 ') for sealing the openings (4, 5a, 5b, 10) and / or an electrochemically active area of the electrochemical cells are provided.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrochemisches Verdichtersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an electrochemical compressor system according to the preamble of the claim 1.

Elektrochemische Verdichtersysteme können z.B. Elektrolyseure sein, die durch Anlegen eines Potentials neben der Erzeugung von z.B. Wasser und Sauerstoff aus Wasser diese Gase gleichzeitig unter hohem Druck komprimieren.Electrochemical compressor systems can e.g. Be electrolysers by applying a potential alongside the generation of e.g. Water and oxygen from water these gases compress under high pressure at the same time.

Daneben sind auch elektrochemische Systeme wie z.B. elektrochemische Wasserstoffkompressoren bekannt, welchen gasförmiger molekularer Wasserstoff zugeführt wird und dieser durch das Anlegen eines Potentials elektrochemisch verdichtet wird. Diese elektrochemische Verdichtung bietet sich insbesondere für geringe Mengen zu verdichtenden Wasserstoff an, da eine mechanische Kompression des Wasserstoffes hier deutlich aufwendiger wäre.There are also electrochemical ones Systems such as electrochemical hydrogen compressors known which is more gaseous molecular hydrogen supplied becomes electrochemical by applying a potential is compressed. This electrochemical compression offers itself especially for small amounts of hydrogen to be compressed, since a mechanical Compression of the hydrogen would be significantly more complex here.

Es sind elektrochemische Verdichtersysteme bekannt, bei denen ein elektrochemischer Zellstapel mit einer Schichtung von mehreren elektrochemischen Zellen, welche jeweils durch Bipolarplatten voneinander getrennt sind, aufgebaut ist. Die Bipolarplatten haben hierbei mehrere Aufgaben:They are electrochemical compressor systems known in which an electrochemical cell stack with a stratification of several electrochemical cells, each with bipolar plates are separated from each other. The bipolar plates have here several tasks:

  • – Elektrische Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen und Weiterleitung des Stroms zur benachbarten Zelle (Serienschaltung der Zellen),- Electrical Contacting the electrodes of the individual electrochemical cells and forwarding the current to the neighboring cell (series connection the cells),
  • – Versorgung der Zellen mit Reaktanden wie z.B. Wasser oder Gase und z.B. Abtransport des erzeugten Reaktionsgases über eine entsprechende Verteilerstruktur,- Care the cells with reactants such as e.g. Water or gases and e.g. evacuation of the reaction gas generated an appropriate distribution structure,
  • – Weiterleiten der bei der Erzeugung in der elektrochemischen Zelle entstehenden Abwärme, sowie- Hand off of those created in the electrochemical cell waste heat such as
  • – Abdichten der verschiedenen Medien- bzw. Kühlkanäle gegeneinander und nach außen.- sealing of the different media or cooling channels against each other and outwards.

Für die Medienzu- bzw. -abfuhr von den Bipolarplatten zu den eigentlichen elektrochemischen Zellen (diese sind z.B. MEA (Membrane Elektron Assembly) mit einer jeweils zu den Bipolarplatten hin orientierten Gasdiffusionslage z.B. aus einem Metallvlies) weisen die Bipolarplatten Öffnungen zur Kühlung bzw. Medienzu- und -abfuhr auf.For the media supply and removal from the bipolar plates to the actual ones electrochemical cells (e.g. MEA (membrane electron Assembly) with a gas diffusion layer oriented towards the bipolar plates e.g. made of a metal fleece), the bipolar plates have openings for cooling or media access and -discharge on.

Insbesondere in Bezug auf die Gasdiffusionslage ergeben sich hier regelmäßig Schwierigkeiten. Üblich ist es bisher, die Abdichtung zwischen den Bipolarplatten bzw. zwischen Bipolarplatten und der elektrochemischen Zelle dadurch auszuführen, dass z.B. in eine Nut der Bipolarplatte eine Elastomerdichtung eingelegt wird. Durch Ausübung von Druckspannung (etwa mittels Spannbändern) auf den elektrochemischen Zellstapel erfolgt dann ein Verpressen der Dichtung, wodurch eine Dichtwirkung für die Öffnungen erzielt werden soll.Especially with regard to the gas diffusion layer difficulties arise regularly. Is common it so far, the seal between the bipolar plates or between Execute bipolar plates and the electrochemical cell in that e.g. an elastomer seal is inserted into a groove in the bipolar plate. By exercising from compressive stress (e.g. using tensioning straps) to the electrochemical Cell stack then compresses the seal, causing a Sealing effect for the openings should be achieved.

Nun ist bei der eingelegten Gasdiffusionslage problematisch, dass diese als Faservlies (mit Metallfasern) oder Metallnetz ausgeführt sein kann. Industrieübliche Faservliese haben eine Sollstärke von z.B. 1 mm, die Fertigungstoleranz liegt jedoch bei ± 100 μm. Die Metallfasern, welche das Vlies aufbauen, sind selbst nur wenig elastisch. Außerdem empfiehlt es sich auch nicht, Herstellungstoleranzen des Faservlieses durch Zusammenpressen des Vlieses auszugleichen, da hiermit die Gaspermeabilität der Vliesschicht stark beeinträchtigt wird und somit der Betrieb der elektrochemischen Zelle eingeschränkt wird. Andererseits ist es jedoch erforderlich, durch die Bipolarplatte einen Mindestdruck auf die gesamte Gasdiffusionslage auszuüben, damit es zu einer ausreichenden Stromleitung durch die Gasdiffusionslage kommt. Es lässt sich also zusammenfassen, dass bei den bisherigen Elastomerdichtungen somit entweder eine nicht perfekte Dichtwirkung oder ein nicht optimaler Betrieb der elektrochemischen Zelle in Kauf zu nehmen waren. Hinzu kommen, insbesondere bei mit molekularem Wasserstoff betriebenen elektrochemischen Zellen, Permeationsverluste von H2 vor, welches durch die Elastomerdichtung hindurch diffundiert.The problem with the inserted gas diffusion layer is that it can be designed as a fiber fleece (with metal fibers) or a metal mesh. Industrial nonwovens have a nominal thickness of, for example, 1 mm, but the manufacturing tolerance is ± 100 μm. The metal fibers that make up the fleece are themselves only slightly elastic. In addition, it is also not advisable to compensate for the manufacturing tolerances of the nonwoven fabric by pressing the nonwoven fabric together, since this greatly impairs the gas permeability of the nonwoven layer and thus limits the operation of the electrochemical cell. On the other hand, however, it is necessary to exert a minimum pressure on the entire gas diffusion layer through the bipolar plate, so that there is sufficient current conduction through the gas diffusion layer. It can therefore be summarized that with the previous elastomer seals, either an imperfect sealing effect or less than optimal operation of the electrochemical cell had to be accepted. In addition, in particular in the case of electrochemical cells operated with molecular hydrogen, permeation losses of H 2 occur which diffuse through the elastomer seal.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine sichere Abdichtung der Öffnungen in einem elektrochemischen Zellstapel zu möglichst geringen Kosten zu erreichen.The present invention lies therefore based on the task of securely sealing the openings in an electrochemical cell stack at the lowest possible cost to reach.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished through an electrochemical Compressor system according to claim 1 solved.

Dadurch, dass zumindest bereichsweise elastische Sickenanordnungen zur Abdichtung der Öffnungen vorgesehen sind, wird eine sichere Abdichtung über einen langen elastischen Weg der Sickenanordnung erreicht. Unter Öffnungen wird hierbei in der vorliegenden Anmeldung ein praktisch beliebiger abzudichtender Bereich verstanden. Dies kann z.B. eine Durchgangsöffnung für ein Reaktionsfluid (z.B. H2 oder Wasser) oder ein Kühlmittel sein. Es kann aber z.B. auch der elektrochemisch aktive Bereich sein, in dem z.B. die Gasdiffusionslage angeordnet ist oder Verschraubungslöcher vorgesehen sind. Die elastische Sickenanordnung erlaubt stets in einem weiten Toleranzbereich Herstellungstoleranzen von z.B. Gasdiffusionslagen auszugleichen und trotzdem eine optimale Dichtwirkung bereitzustellen.The fact that elastic bead arrangements are provided for sealing the openings, at least in certain areas, results in a secure seal over a long elastic path of the bead arrangement. In the present application, openings are understood to mean a practically any area to be sealed. This can be, for example, a through opening for a reaction fluid (for example H 2 or water) or a coolant. However, it can also be, for example, the electrochemically active area in which, for example, the gas diffusion layer is arranged or screw holes are provided. The elastic bead arrangement always allows manufacturing tolerances of, for example, gas diffusion layers to be compensated for within a wide tolerance range and still provide an optimal sealing effect.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims described.

Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Sickenanordnung zur Mikroabdichtung mit einer dünnen Beschichtung mit einer Dicke zwischen 1 μm bis 400 μm ausgeführt ist. Die Beschichtung ist vorteilhafterweise aus einem Elastomer wie Silikon, Viton oder EPDM (Ethylen/Propylen-Dien-Terpolymere), der Auftrag erfolgt vorzugsweise im Siebdruckverfahren, Tampondruckverfahren, Spritzen oder durch CIPG (cured in place gasket; d.h. flüssig an dem Ort der Dichtung eingebrachtes Elastomer, das dort ausgehärtet ist.). Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass z.B. die Wasserstoffdiffusion durch die Dichtung auf ein extrem geringes Maß reduziert wird, da die Höhe des permeablen Materials auf ein Minimum angepasst wird. Hierbei ist anzustreben keine zusätzliche geometrische Höhe zu gewinnen, sondern lediglich einen Rauhigkeitsausgleich zur Mikroabdichtung zu schaffen.A very advantageous embodiment of the invention provides that the bead arrangement for micro-sealing is designed with a thin coating with a thickness between 1 μm to 400 μm. The coating is advantageously made of an elastomer such as silicone, Viton or EPDM (ethylene / propylene-diene terpolymers), the application is preferably carried out by screen printing, pad printing, spraying or by CIPG (cured in place gasket; that is, liquid introduced at the location of the seal) Elastomer, that is cured there.). These measures ensure that, for example, the hydrogen diffusion through the seal is reduced to an extremely low level, since the height of the permeable material is adjusted to a minimum. The aim here is not to gain an additional geometric height, but only to create a roughness compensation for the micro-sealing.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Sickenanordnung eine Vollsicke oder eine Halbsicke enthält. Hierbei ist es innerhalb einer Sickenanordnung auch möglich, beide Formen vorzusehen, da sich je nach Verlauf der Sickenanordnung in der Ebene andere Elastizitäten als sinnvoll erweisen können, z.B. dass in engen Radien eine andere Sickengeometrie sinnvoll ist als bei geraden Verläufen der Sickenanordnung.Another advantageous embodiment the invention provides that the bead arrangement is a full bead or contains a half bead. It is also possible to have both within a bead arrangement Provide forms, because depending on the course of the bead arrangement in the plane other elasticities can make sense e.g. that a different bead geometry makes sense in tight radii than straight lines the bead arrangement.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Sickenanordnung sieht vor, dass die Sickenanordnung zumindest bereichsweise als um den elektrochemisch aktiven Bereich sich erschließende und um diesen bereichsweise hin offene Halbsicke ausgeführt ist. Diese ist also so angebracht, dass sie zur Hochdruckseite hin offen ist, hierdurch wird erreicht, dass durch die Erhöhung des Innendrucks die Erhöhung des Anpressdrucks der Sicke gegen die Dichtfläche der nächsten Bipolarplatte (bzw. die dazwischen liegende Membran) erreicht wird. Da der elektrochemische Verdichterstapel von außen durch Endplatten, die mit Spannbändern oder ähnlichem zusammengehalten werden, stabilisiert wird, ist ein Ausweichen der gestapelten Einzelzellen nur eingeschränkt möglich. Es kommt nicht zu einer "Aufdehnung" der Gesamtanordnung sondern lediglich zu einem Anstieg der Anpresskraft in Bereichen der Dichtung, so dass es sogar zu einer Selbststabilisierung der Dichtungen bzw. der Gesamtanordnung kommt. Die Halbsicke ist also so ausgelegt, dass durch eine Druckerhöhung im System (dieser Innendruck kann über 200 bar, vorzugsweise über 700 bar, besonders vorzugsweise über 1.000 bar bis hin zu 5.000 bar betragen) in dem elektrochemisch aktiven Bereich die in Richtung des elektrochemischen Verdichterstapels gerichtete Flächenpressung so erhöht wird, dass Dichtigkeitsprobleme ausgeschlossen sind und hiermit in Bezug auf die Dichtung quasi ein "selbststabilisierendes" System bereitgestellt wird.An advantageous development of Bead arrangement provides that the bead arrangement at least in some areas as revealing and around the electrochemically active area around this partially open half bead is executed. This is so attached that it is open to the high pressure side is achieved by increasing the internal pressure Contact pressure of the bead against the sealing surface of the next bipolar plate (or the membrane in between) is reached. Because the electrochemical Compressor stack from the outside through end plates with straps or similar being held together, being stabilized is an evasion of stacked single cells only possible to a limited extent. There is no one "Expansion" of the overall arrangement, but only to an increase the contact pressure in areas of the seal, so that it even increases self-stabilization of the seals or the overall arrangement comes. The half bead is so designed that a pressure increase in the System (this internal pressure can over 200 bar, preferably above 700 bar, particularly preferably over 1,000 bar up to 5,000 bar) in the electrochemical active area towards the electrochemical compressor stack directional surface pressure so increased is that tightness problems are excluded and hereby quasi a "self-stabilizing" system with regard to the seal provided.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Sickenanordnung aus Stahl ist. Stahl bietet den Vorteil, dass seine Bearbeitung mit üblichen Werkzeugen sehr kostengünstig möglich ist, außerdem sind z.B. Methoden zur Beschichtung von Stahl mit dünnen Elastomerschichten gut erprobt. Die guten Elastizitätseigenschaften von Stahl ermöglichen den erfindungsgemäßen langen elastischen Dichtungsbereich der Erfindung gut auszubilden. Hierbei bietet es sich insbesondere an, dass die Sickenanordnung an der Bipolarplatte angebracht ist. Hierbei gibt es zum einen die Möglichkeit, dass die Bipolarplatte insgesamt als ein Stahlformteil ausgeführt ist (welches zur Korrosionsbeständigkeit oder Leitfähigkeit unter Umständen bereichsweise mit einer Beschichtung versehen ist). Es ist jedoch auch möglich, dass die Bipolarplatte als Verbundelement zweier Stahlplatten mit einer dazwischen liegenden Kunststoffplatte ausgeführt ist. In jedem Fall können jedoch die guten Fertigungsmöglichkeiten von Stahl ausgenutzt werden, es ist möglich die Sickenanordnung innerhalb eines sowieso stattfindenden Fertigungsschrittes (z.B. dem Prägen eines Flowfields, d.h. eines „Strömungsfeldes") vorzunehmen. Hierdurch ergeben sich sehr geringe Kosten, es sind auch keine zusätzlichen Fehlerquellen durch Extrabauteile, wie etwa zusätzlich eingelegte Elasto merdichtungen gegeben.Another advantageous embodiment provides that the bead arrangement is made of steel. Steel offers the advantage that it can be processed very inexpensively using conventional tools, are also e.g. Methods of coating steel with thin layers of elastomer are good tested. The good elastic properties of steel the long invention elastic sealing area of the invention to form well. in this connection it is particularly appropriate that the bead arrangement on the Bipolar plate is attached. On the one hand there is the possibility that the bipolar plate is designed as a molded steel part (which for corrosion resistance or conductivity in certain circumstances is provided with a coating in some areas). However, it is also possible, that the bipolar plate as a composite element of two steel plates with an intermediate plastic plate is executed. In any case, you can however the good manufacturing possibilities be used by steel, it is possible to arrange the beads inside of a manufacturing step taking place anyway (e.g. embossing one Flowfields, i.e. a "flow field") make. This results in very low costs, it is also no additional sources of error through extra components, such as additional inserted elastomer seals given.

Allerdings ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Sickenanordnung aus anderen Metallen, wie etwa Stahl, Nickel, Titan oder Aluminium und deren Legierungen vorzusehen. Die Auswahl, welches Metall zu bevorzugen ist, hängt hierbei z.B. auch von den gewünschten elektrischen Eigenschaften ab oder dem gewünschten Grad der Korrosionsbeständigkeit.However, it is also possible according to the invention, the Bead arrangement made of other metals, such as steel, nickel, titanium or aluminum and their alloys. Choosing which one Metal is preferable depends here e.g. also from the ones you want electrical properties from or the desired level of corrosion resistance.

Somit wird es möglich, die Kompressionskennlinie der Sicke z.B. an eine Gasdiffusionslage anzupassen. Dies muss jedoch nicht nur für Gasdiffusionslagen gelten, die Sickenlinie kann allgemein an Bauteilen mit geringer Elastizität gut angepasst werden. Die gesickte Dichtung ist flexibel gestaltbar und damit außerdem bei allen Herstellern elektrochemischer Verdichtersysteme gut und ohne hohe Umrüstkosten anwendbar.This makes it possible to adjust the compression characteristic the bead e.g. to adapt to a gas diffusion layer. However, this has to be done not only for Gas diffusion layers apply, the bead line can generally on components with low elasticity be well adjusted. The beaded seal can be designed flexibly and therefore also good and with all manufacturers of electrochemical compressor systems without high conversion costs applicable.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Sickenanordnung einen Stopper aufweist, der die Kompression der Gasdiffusionslage auf eine Mindestdicke begrenzt. Es handelt sich hierbei um einen inkompressiblen Teil der Sickenanordnung bzw. einen Teil, dessen Elastizität sehr viel geringer ist als der der eigentlichen Sicke. Hierdurch wird erreicht, dass der Grad der Verformung im Sickenbereich begrenzt wird, so dass es nicht zu einem völligen Plandrücken der Sicke kommen kann.Another advantageous embodiment provides that the bead arrangement has a stopper which the compression of the gas diffusion layer is limited to a minimum thickness. This is an incompressible part of the bead arrangement or a part whose elasticity is much lower than that the actual bead. This ensures that the degree of Deformation in the bead area is limited so that it does not become one complete plan Press the bead can come.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Sickenanordnung auf einem von der Bipolarplatte separaten Bauteil angeordnet ist. Dies ist besonders dann günstig, wenn die Bipolarplatten aus für Sickenanordnungen ungeeignetem Material bestehen. Das separate Bauteil wird auf die Bipolarplatte dann aufgelegt oder durch Kleben, Einklicken, Einschweißen, Einlöten oder Umspritzen integriert, so dass sich insgesamt eine dichtende Verbindung zwischen dem separaten Bauteil und der Bipolarplatte ergibt.Another advantageous embodiment provides that the bead arrangement is on one of the bipolar plate separate component is arranged. This is particularly beneficial if the bipolar plates made for bead arrangements unsuitable material. The separate component is on the Bipolar plate then placed on or by gluing, clicking, welding, soldering or Injection molding integrated, so that there is an overall sealing connection between the separate component and the bipolar plate.

Schließlich sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die Sickenanordnung aus einem Elastomerwulst ausgeführt ist. Eine solche Sicke ist im Siebdruckverfahren oder Tampondruck aufbringbar. Sie dient sowohl der Mikro- als auch der Makroabdichtung. Die Wulst übernimmt auch die Funktion der Weganpassung an eine Gasdiffusionslage.Finally, another looks advantageous embodiment before that the bead arrangement is made of an elastomer bead. Such a bead can be applied by screen printing or pad printing. It serves both micro and macro sealing. The bead takes over also the function of adapting the path to a gas diffusion layer.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das elektrochemische Verdichtersystem als Elektrolyseur ausgeführt ist. Hier wird auf der einen Seite der elektrochemischen Zelle eingeleitetes Wasser elektrochemisch in molekularen Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Hierzu werden Membranen aus Nafion oder ähnlichen protonenleitenden Systemen verwendet, es können aber auch Separatoren verwendet werden, die z.B. mit Kaliumhydroxid getränkte PTFE-Schäume enthalten. Auch poröse keramische Strukturen, mit Kaliumhydroxid getränkt, sind mögliche Separatoren, z.B. auf Nextel-Basis oder auch hydroxidleitende Strukturen. Die Anpresskräfte (Flächenpressungen der Dichtung in Hauptrichtung des elektrochemischen Zellstapels) können zwischen 0,1 und 200 N/mm2, vorzugsweise über 10 N/mm2, besonders vorzugsweise über 50 N/mm2 liegen.Another advantageous development provides that the electrochemical compressor system is designed as an electrolyzer. Here water is introduced on one side of the electrochemical cell split electrochemically into molecular hydrogen and oxygen. Membranes made of Nafion or similar proton-conducting systems are used for this, but separators can also be used which contain PTFE foams soaked with potassium hydroxide, for example. Porous ceramic structures impregnated with potassium hydroxide are also possible separators, for example based on Nextel or also hydroxide-conducting structures. The contact forces (surface pressures of the seal in the main direction of the electrochemical cell stack) can be between 0.1 and 200 N / mm 2 , preferably over 10 N / mm 2 , particularly preferably over 50 N / mm 2 .

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das elektrochemische Verdichtersystem ein Wasserstoffverdichter ist, welcher auf der ersten Seite einer protonenleitenden elektrochemischen Membran eingebrachten molekularen Wasserstoff zu H+ oxidiert und auf der zweiten Seite wieder zurück zu molekularem Wasserstoff reduziert, wobei durch die Abdichtung und räumliche Gestaltung auf der zweiten Seit der dortige molekulare Wasserstoff einem höheren Druck unterworfen wird als auf der ersten Seite. Die Betriebstemperatur sollte hier zwischen 0 und 100°C liegen, denkbar auch 0 – 200°C bzw. 0 – 550°C. Als Membranen können hier hydroxidleitende Strukturen oder auch bekannte protonenleitende Polymermembrane (z.B. aus Nafion) zum Einsatz kommen.A further advantageous development provides that the electrochemical compressor system is a hydrogen compressor which oxidizes molecular hydrogen introduced on the first side of a proton-conducting electrochemical membrane to H + and reduces it back to molecular hydrogen on the second side, with the sealing and spatial design on the second side since the molecular hydrogen there is subjected to a higher pressure than on the first side. The operating temperature should be between 0 and 100 ° C, also conceivable 0 - 200 ° C or 0 - 550 ° C. Hydroxide-conducting structures or known proton-conducting polymer membranes (for example from Nafion) can be used as membranes.

Selbstverständlich können auch andere Gase entsprechend verdichtet werden bei einer geeigneten Wahl des Ionenleiters, z.B. Sauerstoff mit hydroxidleitenden Strukturen.Of course, other gases can be used accordingly are compressed with a suitable choice of ion conductor, e.g. Oxygen with hydroxide-conducting structures.

Insgesamt ist festzuhalten, dass das vorliegende elektrochemische Verdichtersystem günstigenfalls sehr hohe Drücke vertragen sollte, welche deutlich höher sind als bei anderen elektrochemischen Mechanismen. Der herrschende Gasdruck im elektrochemisch aktiven Bereich sollte ohne Leckverluste zumindest 100 bar, vorzugsweise über 200 bar, besonders vorzugsweise über 500 bar betragen können.Overall, it should be noted that the present electrochemical compressor system, at best, very much high pressures should tolerate, which are significantly higher than other electrochemical Mechanisms. The prevailing gas pressure in the electrochemically active The area should be at least 100 bar, preferably over 200, without leakage bar, particularly preferably over Can be 500 bar.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, eine sichere Abdichtung der Öffnungen in einem elektrochemischen Zellstapel zu möglichst geringen Kosten zu erreichen, wobei auch eine sichere Zuleitung von Medien zur Kühlung oder zum Betrieb der elektrochemische Zelle (insbesondere O2 bzw. Luft oder H2) von den Öffnungen in Kühlhohlräume bzw. zu den elektrochemisch aktiven Bereichen der elektrochemischen Zelle hin sicher gewährleistet werden soll.Another aspect of the present invention is concerned with the task of achieving a secure sealing of the openings in an electrochemical cell stack at the lowest possible cost, with a secure supply of media for cooling or for operating the electrochemical cell (in particular O 2 or air) or H 2 ) from the openings in the cooling cavities or to the electrochemically active areas of the electrochemical cell.

Dadurch dass die Öffnungen mindestens einer Bipolarplatte herum elastische Sickenanordnungen vorgesehen sind, wobei an mindestens einer Flanke der Sickenanordnungen Durchbrüche zur Durchleitung flüssiger oder gasförmiger Medien angeordnet sind, wird diese Aufgabe gelöst. Gezeigt ist hier also ein elektrochemisches Verdichtersystem (bzw. für ein Brennstoffzellensystem), bestehend aus einem elektrochemischen Zellstapel (bzw. einem Brennstoffzellenstack) mit einer Schichtung von mehreren elektrochemischen Zellen (bzw. Brennstoffzellen), welche jeweils durch Bipolarplatten voneinander abgetrennt sind, wobei die Bipolarplatten Öffnungen zur Kühlung oder Medienzu- und -abfuhr zu den elektrochemischen Zellen (Brennstoffzellen) aufweisen und der elektrochemische Zellstapel (bzw. Brennstoffzellenstack) in Richtung der Schichtung unter mechanische Druckspannung setzbar ist, wobei um die Öffnung der Bipolarplatte herum elastische Sickenanordnungen vorgesehen sind, wobei an mindestens einer Flanke der Sickenanordnungen Durchbrüche zur Durchleitung flüssiger oder gasförmiger Medien angeordnet sind.Because of the openings of at least one bipolar plate around elastic bead arrangements are provided, with at least a flank of the bead arrangements breakthroughs for the passage of liquid or gaseous Media are arranged, this task is solved. So here is shown electrochemical compressor system (or for a fuel cell system), consisting of an electrochemical cell stack (or a fuel cell stack) with a stratification of several electrochemical cells (or Fuel cells), each separated by bipolar plates are separated, the bipolar plates openings for cooling or Media supply and discharge to the electrochemical cells (fuel cells) and the electrochemical cell stack (or fuel cell stack) can be placed under mechanical compressive stress in the direction of the stratification is, around the opening elastic bead arrangements are provided around the bipolar plate are, with openings on at least one flank of the bead arrangements Passage more fluid or more gaseous Media are arranged.

Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass zunächst einmal durch die Sickenanordnung bei Aufbringen eines mechanischen Druckes in Richtung der Schichtung des elektrochemischen Zellstapels generell eine Abdichtung der Öffnungen erreicht wird, welche kostengünstig ist und einen guten Toleranzausgleich bietet. Durch die Durchbrüche in den Flanken der Sickenanordnungen wird zusätzlich noch eine gezielte Zu- bzw. Abführung von Kühlmitteln in entsprechende Kühlmittelhohlräume und außerdem eine gesicherte Medienzu- bzw. -abfuhr ermöglicht. Es ist nicht mehr notwendig, dass die Sicke vollkommen unterbrochen werden muss, um quasi orthogonal zur Richtung der Schichtung des elektrochemischen Zellstapels (welche hier mit der Richtung eines Interface-Kanals zusammenfällt) Kühlmittel bzw. Betriebsmedien zu- oder auch abzuführen. Somit ist es bereits bei der Herstellung dieser Bipolarplatten möglich, die entsprechenden Durchbrüche bereitzustellen, welche später zur Medienzuführung im fertigen elektrochemisches Verdichtersystem führen. Vorteilhaft hierbei ist, dass solche Durchbrüche großindustriell leicht herstellbar sind, durch Variation der Durchbrüche können Strömungswiderstände sowie die Steifigkeit der Sickenanordnung etc. genau vorgegeben werden.It is particularly advantageous here that first once through the bead arrangement when applying a mechanical Pressure in the direction of the stratification of the electrochemical cell stack generally sealing the openings is achieved, which is inexpensive and offers good tolerance compensation. Through the breakthroughs in the Flanks of the bead arrangements are additionally targeted or exhaustion of coolants into corresponding coolant cavities and Moreover a secure media supply or removal allows. It is no longer necessary for the bead to be completely interrupted needs to be quasi-orthogonal to the direction of the stratification of the electrochemical Cell stack (which here with the direction of an interface channel coincides) coolant or supply or discharge operating media. So it is already in the production of these bipolar plates possible to provide the corresponding openings, which later for media feed in the finished electrochemical compressor system. The advantage here that such breakthroughs industrial scale are easy to manufacture, by varying the breakthroughs, flow resistance as well the rigidity of the bead arrangement etc. can be precisely specified.

Insbesondere ist eine kostengünstige Herstellung einer Bipolarplatte bzw. von Teilen der Bipolarplatte dadurch möglich, dass eine Metallplatte zunächst mit Löchern versehen wird und anschließend eine mechanische Umformung der gelochten Platte zur Erzeugung der Sickenanordnung so erfolgt, dass die vorher angebrachten Löcher Durchbrüche in mindestens einer Flanke der Sickenanordnung darstellen. Selbstverständlich ist jedoch auch möglich, erst das Profil der Bipolarplatte zu prägen und die Durchbrüche anschließend einzubringen, etwa mit Laserbearbeitung, Stanzversorgung etc.In particular, it is inexpensive to manufacture a bipolar plate or parts of the bipolar plate possible in that a metal plate first with holes is provided and then a mechanical deformation of the perforated plate to produce the Bead arrangement so that the holes previously made holes in at least represent a flank of the bead arrangement. It goes without saying however also possible first emboss the profile of the bipolar plate and then insert the openings, for example with laser processing, punching supply, etc.

Somit kann zusammenfassend gesagt werden, dass der Wert der Erfindung darin liegt, dass eine vereinfachte Medienzuführung in den aktiven Bereich der Bipolarplatte möglich ist. Ein "Untertunneln" einer Dichtung ist nicht notwendig, da die Medienzuführung in diesem Falle durch das Dichtungssystem selbst hindurch erfolgt. Dies ist zum einen platzsparend und ermöglicht zum anderen höhere Volumen- und Gewichtsleistungen der elektrochemischen Zelle. Die Erfindung bietet sich insbesondere bei metallischen Bipo larplatten für PEM elektrochemischen Zellen an, welche zumeist aus zwei geprägten Metallblechen aufgebaut sind, die flächig miteinander verbunden sind. Dabei müssen die Medien Wasser, in manchen Fällen Kühlwasser, und die Gase wirksam gegeneinander abgedichtet werden. Wird die Dichtung einer metallischen Bipolarplatte als Sickenkonstruktion ausgeführt, ist die Sicke meist an den Stellen, durch die Medien in den aktiven Bereich einströmen sollen, stark abgeflacht. An diesen Stellen ist keine Abstützung der Membran vorhanden, was zu Gasundichtigkeiten ("Cross-Over") bzw. zum Einfallen der Membran in den Zuführkanal führen kann. Bringt man jedoch in den Flanken der Sicke Durchbrüche an, die den Medien z.B. Wasserstoff, Luft, destilliertes Wasser, erlauben, quer durch die Sicke hindurch in den Flowfield-Bereich der Bipolarplatte einzuströmen, erreicht man, dass die Sicke ununterbrochen an der Membran anliegt. Hiermit wird eine saubere Abdichtung der Medienströme erzielt. Die Durchbrüche können hierbei vorteilhafter als Kreise oder auch als Ovale ausgeführt werden, um die Federkennlinie der Sicke nicht merklich zu verändern. Durch eine, an die Sickenkonstruktion angepasste Ausführung der zweiten metallischen Platte im Bereich der Mediendurchführung, wird die Abdichtung zwischen den in der elektrochemischen Zelle auftretenden Fluidströmungen gewährleistet. Die Sicken können dabei als Vollsicken oder Halbsicken ausgeführt werden. Des Weiteren kann die Mediendurchführung durch die Sicke mit angeschlossenen Kanälen erfolgen. Dies ist speziell für die Führung des Kühlmediums von Vorteil. Dies kann so leichter zwischen den Anoden- und den Kathodenplatten geführt werden.In summary, it can be said that the value of the invention lies in the fact that a simplified media supply into the active region of the bipolar plate is possible. It is not necessary to "tunnel" a seal, since in this case the media is fed through the seal system itself. On the one hand, this saves space and on the other hand enables higher volume and weight outputs of the electrochemical cell. The invention is particularly suitable for metallic Bipo lar plates for PEM electrochemical cells, which are usually made up of two embossed metal sheets that are connected to one another over a large area. The media water, in some cases cooling water, and the gases must be effectively sealed against each other. If the seal of a metallic bipolar plate is designed as a bead construction, the bead is usually largely flattened at the points through which media should flow into the active area. There is no support for the membrane at these points, which can lead to gas leaks ("cross-over") or to the membrane falling into the feed channel. If, however, openings are made in the flanks of the bead, which allow the media, for example hydrogen, air, distilled water, to flow across the bead into the flowfield area of the bipolar plate, the bead is in continuous contact with the membrane. This ensures a clean seal of the media flows. The openings can be designed more advantageously as circles or as ovals so as not to noticeably change the spring characteristic of the bead. The sealing between the fluid flows occurring in the electrochemical cell is ensured by a design of the second metallic plate in the area of the media feedthrough which is adapted to the bead construction. The beads can be designed as full beads or half beads. Furthermore, the media can be fed through the bead with connected channels. This is particularly advantageous for the management of the cooling medium. This can be done more easily between the anode and cathode plates.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Durchbrüche in der Flankenebene einen kreis förmigen, ovalen oder eckigen Querschnitt aufweisen können. Durch diese Formgebung und die entsprechende Anzahl der Durchbrüche pro Flankenebene können zunächst die Strömungseigenschaften von durch diese Durchbrüche geführten Fluiden beeinflusst werden. Außerdem ist auch die Steifigkeit der Sickenanordnung bei Belastung in Richtung der Schichtung des elektrochemischen Zellstapels hierdurch regelbar, da die entsprechenden Flächenträgheitsmomente auch von der Formgebung der Durchbrüche mit beeinflusst werden.Another advantageous training provides that breakthroughs in the flank plane a circular, can have oval or angular cross-section. Through this design and the corresponding number of breakthroughs per flank level can initially flow characteristics from through these breakthroughs out Fluids are affected. Moreover is also the rigidity of the bead arrangement when loaded in the direction the layering of the electrochemical cell stack can be regulated in this way, since the corresponding moments of inertia can also be influenced by the shape of the openings.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass sich an einen Durchbruch ein Kanal anschließt, wobei der Kanal mit dem Sickeninnenraum verbunden ist und zumindest zur Sickenaußenfläche hin geschlossen ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Durchbrüche nicht direkt vom Sickeninneren nach außen geführt werden, sondern dass eine gezielte Ableitung durch einen Kanal z.B. im Wasserstoffraum der Bipolarplatte möglich ist; hierbei wird das Einleiten von Sauerstoff in die Kathode der elektrochemischen Zelle verhindert. Es ist insbesondere herstellungstechnisch vorteilhaft, dass diese Kanäle auch gleich beim Prägen der Bipolarplatte (wenn diese z.B. aus Metall besteht) mitgeprägt werden können, alternativ ist selbstverständlich das spätere bzw. frühere Anbringen einzelner Kanäle möglich.A particularly advantageous training stipulates that a breakthrough is followed by a channel, whereby the channel is connected to the bead interior and at least to Bead outer surface closed is. This ensures that the openings are not directly from the inside of the beads outward guided but that a targeted derivation through a channel e.g. is possible in the hydrogen space of the bipolar plate; this is where Introducing oxygen into the cathode of the electrochemical cell prevented. It is particularly advantageous from a manufacturing point of view that these channels also when embossing of the bipolar plate (if it is made of metal, for example) can, alternatively it goes without saying the later or earlier Attach individual channels possible.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass die Durchbrüche zu dem elektrochemisch aktiven Bereich der elektrochemischen Zelle hin offen sind. Dies wird insbesondere angewandt, um Medien wie Wasserstoff einzuleiten. Selbstverständlich sind in einer einzigen Bipolarplatte auch verschiedene Varianten nebeneinander gleichzeitig möglich, also solche Durchbrüche, welche an Kanäle angeschlossen sind und solche Durchbrüche, welche keine Kanäle aufweisen.Another further training provides that breakthroughs to the electrochemically active area of the electrochemical cell are open. This is particularly applied to media like Initiate hydrogen. Of course, are in one Bipolar plate also different variants side by side at the same time possible, such breakthroughs, which channels are connected and such breakthroughs that have no channels.

Eine industriell besonders vielversprechende Ausführungsform sieht vor, dass die Bipolarplatte aus zwei (Metall-)Platten aufgebaut ist, welche einen dazwischen liegenden Hohlraum für Kühlmittel und/oder die Leitung von Mediengasen wie H2 aufweist. Der Innenraum dieser Bipolarplatte kann hierbei auch in Segmente unterteilt sein, z.B. in solche, welche einerseits der Kühlmittelführung und andererseits der Verteilung von Mediengasen dienen. Diese Segmentierung kann hierbei durch Verbindungsbereiche der beiden Platten gegeben sein, welche z.B. als Verschweißungen oder Verlötungen ausgeführt sind.An industrially particularly promising embodiment provides that the bipolar plate is constructed from two (metal) plates, which has an intermediate cavity for coolant and / or the conduction of media gases such as H 2 . The interior of this bipolar plate can also be subdivided into segments, for example those which serve on the one hand to guide the coolant and on the other hand to distribute media gases. This segmentation can be given by connection areas of the two plates, which are designed, for example, as welds or solderings.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Sickenanordnung eine "Vollsicke" oder eine "Halbsicke" enthält. Bei der Vollsicke besteht hierbei die Option, Durchbrüche auf einer oder auf beiden Flanken vorzusehen. Ob eine Halb- bzw. eine Vollsicke gewünscht ist, hängt unter anderem von der gewünschten Steifigkeit oder auch von der Geometrie der Öffnung ab.Another advantageous training provides that the bead arrangement is a "full bead" or a "half bead" contains. With the full corrugation there is the option of opening through one or both flanks. Whether a half or a Full surround desired is depends among other things on the desired rigidity or the geometry of the opening from.

Insbesondere bietet sich die Sickenanordnung für Bipolarplatten an, welche aus Metallen wie Stahl, Nickel, Titan oder Aluminium und deren Legierungen bestehen. Hierbei können die Sickenanordnungen Teil einer in der Bipolarplatte geprägten Topographie sein. Es ist jedoch auch möglich, die Sickenanordnung auf einem von der Bipolarplatte zunächst separierten Bauteil anzuordnen, welches dann später insbesondere auf Bipolarplatten aus Metall, Kunststoff, Graphit oder dergleichen aufgelegt oder durch Kleben, Einklinken, Einschweißen, Einlöten oder Umspritzen mit der Bipolarplatte verbunden wird.The bead arrangement is particularly suitable for bipolar plates made of metals such as steel, nickel, titanium or aluminum and their alloys exist. Here the bead arrangements Be part of a topography embossed in the bipolar plate. It is however also possible the bead arrangement on one initially separated from the bipolar plate Arrange component, which then later in particular on bipolar plates made of metal, plastic, graphite or the like by gluing, latching, welding, soldering or overmolding with the Bipolar plate is connected.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Sickenanordnung zur Mikroabdichtung beschichtet ist. Hier wird z.B. mit einer Elastomerschicht, welche z.B. im Siebdruckverfahren die Außenseite der Sickenanordnung aufgebracht wird, gewährleistet, dass eine Mikroabdichtung gegen Mediendurchgang gegeben ist. Diese Elastomerbeschichtung hat außerdem den Zusatzeffekt, dass bei einer auf diese Beschichtung aufgelegten Polymermembran eine "schwimmende" bzw. "gleitende" Fixierung gegeben ist, welche sicherstellt, dass diese Membran der elektrochemischen Zelle auch bei Größenänderungen im Bereich von 10 % einerseits fixiert bleibt und andererseits keine Risse aufgrund zu starrer Fixierung zeigt.Another advantageous training provides for the bead arrangement to be coated for micro-sealing is. Here e.g. with an elastomer layer, e.g. in the screen printing process the outside The bead arrangement is applied, ensures that a micro-seal against media passage. This elastomer coating has Moreover the additional effect that when placed on this coating Polymer membrane given a "floating" or "sliding" fixation is which ensures that this membrane is the electrochemical Cell even with size changes remains fixed in the range of 10% on the one hand and none on the other Shows cracks due to too rigid fixation.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass ein elektrochemisch aktiver Bereich der elektrochemischen Zelle in einem im Wesentlichen geschlossenen Raum angeordnet ist, welcher seitlich von einer Sickenanordnung im Wesentlichen umlaufend begrenzt ist. Dies heißt, dass eine Sickenanordnung nicht nur zur Abdichtung von Öffnungen der Bipolarplatte möglich ist, sondern dass auch eine "Gesamtabdichtung" des Innenraums des elektrochemischen Zellstapels möglich ist.Another advantageous development provides that an electrochemically active area of the electro chemical cell is arranged in a substantially closed space, which is delimited essentially all around the side by a bead arrangement. This means that a bead arrangement is possible not only for sealing openings in the bipolar plate, but also that an “overall seal” of the interior of the electrochemical cell stack is possible.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Sickenanordnungen für Belastungen in Richtung der Schichtung des elektrochemischen Zellstapels in den durchbrochenen sowie den nicht durchbrochenen Flankenbereichen im Wesentlichen dieselbe Steifigkeit aufweisen. Das Einstellen derselben Steifigkeit kann hierbei auf verschiedene Weisen erfolgen. Es kann z.B. durch einen entlang des Verlaufs der Sickena nordnung variierenden Flankenwinkel erfolgen (z.B. einen steileren Flankenwinkel in den durchbrochen Flankenbereichen) bzw. durch eine geeignete Materialverteilung (d.h. z.B. dickere Wandstärken im unmittelbaren Umgebungsbereich der Durchbrüche). Es können z.B. Stähle mit einer maximalen Zugfestigkeit von Rm

Figure 00160001
zur Anwendung kommen. Diese Stähle haben einen E-Modul zwischen 150.000 und 210.000
Figure 00160002
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.A particularly advantageous further development provides that the bead arrangements for loads in the direction of the stratification of the electrochemical cell stack have essentially the same stiffness in the broken and non-broken flank areas. The same stiffness can be set in different ways. It can be done, for example, by a flank angle that varies along the course of the bead arrangement (for example, a steeper flank angle in the perforated flank areas) or by a suitable material distribution (ie, for example, thicker wall thicknesses in the immediate vicinity of the openings). For example, steels with a maximum tensile strength of R m
Figure 00160001
come into use. These steels have a modulus of elasticity between 150,000 and 210,000
Figure 00160002
Further advantageous developments of the present invention are specified in the remaining dependent claims.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:The present invention will now explained using several figures. Show it:

1a
bis 1c die Art des Aufbaus eines elektrochemischen Zellstapels, 1a
to 1c the type of construction of an electrochemical cell stack,

2aa, 2ab,
und 2b Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Sickenanordnungen; 2aa . 2ab .
and 2 B Embodiments of bead arrangements according to the invention;

2c eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bipolarplatte; 2c a plan view of a bipolar plate according to the invention;

3a
bis 3d mehrere Sickenanordnungen mit Stopper; 3a
to 3d several bead arrangements with stoppers;

4 einen Ausschnitt einer industrielle gefertigten Bipolarplatte; 4 a section of an industrially manufactured bipolar plate;

5a
und 5b Veranschaulichung einer Sickenanordnung mit Durchbrüchen; 5a
and 5b Illustration of a bead arrangement with openings;

6a
bis 6c Veranschaulichung einer Sickenanordnung mit Durchbrüchen sowie daran anschließenden Kanälen. 6a
to 6c Illustration of a bead arrangement with openings and adjoining channels.

1a zeigt den Aufbau einer elektrochemische Verdichteranordnung 12, wie sie in 1b gezeigt ist. Eine Vielzahl von elektrochemischen Verdichteranordnungen 12 bildet geschichtet den zwischen Endplatten angeordneten Bereich eines elektrochemischen Zellstapels 1 (siehe 1c). 1a shows the structure of an electrochemical compressor arrangement 12 as in 1b is shown. A variety of electrochemical compressor assemblies 12 forms the layer of an electrochemical cell stack arranged between end plates 1 (please refer 1c ).

In 1a ist eine elektrochemische Zelle 2 mit ihren regelmäßigen Bauteilen zu sehen, welche beispielsweise eine innenleitfähige Polymermembran aufweist, welche im Mittelbereich 2a mit einer Katalysatorschicht beidseitig versehen ist. In der elektrochemischen Verdichteranordnung 12 sind zwei Bipolarplatten 3 vorgesehen, zwischen denen die elektrochemische Zelle 2 angeordnet wird. Im Bereich zwischen jeder Bipolarplatte und der elektrochemischen Zelle ist außerdem eine Gasdiffusionslage 9 angeordnet, welche so bemessen ist, dass sie in einer Ausnehmung der Bipolarplatte unterbringbar ist. Im zusammengebauten Zustand der elektrochemischen Zelle 12 ist der elektrochemisch aktive Bereich der elektrochemischen Zellen, welcher im Wesentlichen von der Gasdiffusionslage überdeckt wird in einem im Wesent lichen geschlossenen Raum 10 (dieser entspricht im Wesentlichen der oben erwähnten Ausnehmung der Bipolarplatte) angeordnet, welcher seitlich von einer Sicke 11 im Wesentlichen umlaufend begrenzt ist. Dieser geschlossene Raum 10 ist durch die Sicke 11, welche zu einer Sickenanordnung 7 bzw. 7' gehört (siehe 2a und 2b), gasdicht.In 1a is an electrochemical cell 2 to see with their regular components, which for example has an internally conductive polymer membrane, which in the middle 2a is provided with a catalyst layer on both sides. In the electrochemical compressor arrangement 12 are two bipolar plates 3 provided between which the electrochemical cell 2 is arranged. There is also a gas diffusion layer in the area between each bipolar plate and the electrochemical cell 9 arranged, which is dimensioned so that it can be accommodated in a recess of the bipolar plate. In the assembled state of the electrochemical cell 12 is the electrochemically active area of the electrochemical cells, which is essentially covered by the gas diffusion layer in an essentially closed space 10 (This corresponds essentially to the above-mentioned recess of the bipolar plate), which is laterally from a bead 11 is essentially circumscribed. This closed room 10 is through the bead 11 leading to a bead arrangement 7 respectively. 7 ' heard (see 2a and 2 B ), gastight.

Durchgangsöffnungen zur Medienzufuhr 5a sowie zur Medienabfuhr 5b liegen innerhalb des Dichtungsbereiches und sind durch die Sicke 11 gegenüber weiteren Durchgangsöffnungen, etwa den Durchgangsöffnungen zur Kühlung 4 (welche eine eigene Sicke aufweisen zur Abdichtung) abgedichtet. Die Dichtwirkung findet hierbei auf sämtliche Sicken durch eine Druckausübung auf den elektrochemischen Zellstapel 1 in Richtung 6 der Schichtung (siehe 1c) statt. Dies geschieht z.B. mittels hier nicht dargestellten Spannbändern. Die Sicke 11 bietet den Vorteil, dass sie einen großen elastischen Kompressionsbereich aufweist, in welchem sie eine ausreichende Dichtwirkung zeigt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Einbau der Gasdiffusionslage 9, welche z.B. aus einem Metallfaservlies (Titan, Edelstahl oder Nickel) ist, welches in der Industrie mit hohen Herstellungstoleranzen hergestellt wird. Durch den weiten elastischen Bereich der Sicke 11 ist eine Anpassung der Sicke an die Geometrie der Gasdiffusionslage möglich. Hierbei wird erreicht, dass einerseits eine seitliche Abdichtung gegeben ist, und andererseits sowohl eines ausreichende Gasverteilung in der Gasdiffusionslagenebene gegeben ist und außerdem der Anpressdruck in Schichtungsrichtung 6 gleichmäßig und ausreichend hoch ist um eine gleichmäßige Stromleitung durch die Gasdiffusionsleitung hindurch zu erzielen. Zur Verbesserung der Mikroabdichtung ist die Sicke 11 an ihrer Außenseite mit einer Beschich tung aus einem Elastomer versehen, welches z.B. im Siebdruckverfahren aufgebracht wurde.Through openings for media supply 5a as well as for media removal 5b lie within the sealing area and are through the bead 11 compared to other through openings, such as the through openings for cooling 4 (which have their own bead for sealing). The sealing effect is achieved on all beads by exerting pressure on the electrochemical cell stack 1 in the direction 6 the stratification (see 1c ) instead of. This is done, for example, by means of straps, not shown here. The bead 11 offers the advantage that it has a large elastic compression range in which it shows a sufficient sealing effect. This is particularly advantageous when installing the gas diffusion layer 9 which, for example, is made of a metal fiber fleece (titanium, stainless steel or nickel), which is used in industry is manufactured with high manufacturing tolerances. Due to the wide elastic area of the bead 11 the bead can be adapted to the geometry of the gas diffusion layer. What is achieved here is that, on the one hand, there is a lateral seal and, on the other hand, there is both an adequate gas distribution in the gas diffusion layer and the contact pressure in the stratification direction 6 is uniform and high enough to achieve a uniform current conduction through the gas diffusion line. The bead is to improve the micro-sealing 11 provided on the outside with a coating made of an elastomer, which was applied, for example, by screen printing.

Um die Verpressung der Gasdiffusionslage zu begrenzen, ist die Sickenkonstruktion mit einem Stopper ausgeführt. Auf diesen Stopper, welcher als Umfalzung, als Wellenstopper oder auch als Trapezstopper ausgeführt sein kann, wird weiter unten bei der Beschreibung der 3a bis 3d nochmals näher eingegangen. Allen Stoppern ist die Funktion zu Eigen, dass sie das Zusammenpressen der Sicke auf ein Mindestmaß begrenzen können.In order to limit the compression of the gas diffusion layer, the bead construction is designed with a stopper. This stopper, which can be designed as a fold, as a shaft stopper or as a trapezoidal stopper, is described below in the description of 3a to 3d discussed again in more detail. The function of all stoppers is that they can keep the beading together to a minimum.

Die Bipolarplatte 3 ist vorliegend als ein Metallformteil ausgeführt. Bezüglich der leichten Herstellbarkeit sowie der Vorteilhaftigkeit von Stahl in Verbindung mit Sickenanordnungen wird auf das bereits Gesagte verwiesen.The bipolar plate 3 is designed here as a molded metal part. With regard to the ease of manufacture and the advantageousness of steel in conjunction with bead arrangements, reference is made to what has already been said.

Ist die Bipolarplatte z.B. aus einem Metall geformt, welches nicht zur Herstellung geeigneter Sickengeometrien mit der notwendigen Elastizität geeignet ist, kann der Sickenbereich aus einem anderen geeigneten Material (z.B. Stahl) ausgeführt werden. Durch Fügeverfahren wie Schweißen, Löten, Kleben, Nieten, Einklinken findet dann eine Verbindung des separaten Sickenbauteils mit der Bipolarplatte statt. Sind die Bipolarplatten aus einem anderen Material als Metall, z.B. aus Graphitkomposit, Kunststoff oder Graphit, kann der Sickenbereich aus einem geeigneten Material als Rahmen ausgeführt sein. Durch Fügeverfahren wie Einschmelzen, Umspritzen, Schweißen, Löten, Kleben, Nieten, Einklinken, wird das Basismaterial der Bipolarplatte, welches das Flowfield enthält, mit einem Sickendichtungsrahmen, welcher die Sicken enthält, gas- bzw. flüssigkeitsdicht verbunden.Is the bipolar plate e.g. from a Metal shaped, which is not suitable for the production of suitable bead geometries with the necessary elasticity is suitable, the bead area can be made from another suitable Made of material (e.g. steel) become. Through joining processes like welding, Soldering, Gluing, riveting, latching then connects the separate one Bead component with the bipolar plate instead. Are the bipolar plates made of a material other than metal, e.g. made of graphite composite, Plastic or graphite, the bead area can be made from a suitable one Material executed as a frame his. Through joining processes such as melting, overmolding, welding, soldering, gluing, riveting, latching, becomes the base material of the bipolar plate, which is the flowfield contains with a bead sealing frame that contains the beads, gas or liquid-tight connected.

2aa und 2ab zeigen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sickenanordnung. In 2aa ist ein Querschnitt durch die Sickenanordnung 7 gezeigt, welche die Sicke 11, welche als Halbsicke ausgeführt ist, zeigt. Die im Wesentlichen umlaufende Sicke 11 umschließt, wie bereits in den Ausführungen zu 1a erläutert, die Gasdiffusionslage 9. In 2aa ist die Sicke 11 als sogenannte Halbsicke, also z.B. viertelkreisförmig, ausgeführt. Da der Innenbereich der Elektrochemische Zelle durch eine Dichtung eingeschlossen werden muss, und es zu Kreuzungen im Bereich der Medienkanäle (siehe 2c) kommt, ist eine abwechselnde Ausführung als Voll- bzw. Halbsicke nötig. Hierbei kann eine Vollsicke in zwei Halbsicken übergehen, welche dann jeweils für sich eine dichtende Wirkung haben. Daneben bietet der Einsatz einer Voll- bzw. Halbsicke die Möglichkeit, die Elastizität in einem weiten Rahmen anzupassen. 2aa and 2ab show embodiments of a bead arrangement according to the invention. In 2aa is a cross section through the bead arrangement 7 shown which the bead 11 , which is designed as a half bead. The essentially all-round bead 11 encloses, as already in the explanations to 1a explains the gas diffusion layer 9 , In 2aa is the bead 11 designed as a so-called half-bead, for example a quarter circle. Since the interior of the electrochemical cell must be enclosed by a seal, and there are crossings in the area of the media channels (see 2c ), an alternating design as full or half bead is necessary. Here, a full bead can merge into two half beads, which then each have a sealing effect. In addition, the use of a full or half bead offers the possibility to adjust the elasticity in a wide range.

2aa zeigt die Sickenanordnung 7 im unverpressten Zustand. Bei Ausübung von mechanischer Druckspannung auf dem elektrochemischen Zellstapel erfolgt ein Verpressen in Richtung 6, so dass die Sickenanordnung 7 bzw. die Sicke 11 eine bezüglich der Gasdiffusionslage gasdichte seitliche Abdichtung für den geschlossenen Raum 10 bildet. 2aa shows the bead arrangement 7 in the unpressed state. When mechanical compressive stress is exerted on the electrochemical cell stack, pressing takes place in the direction 6 so the bead arrangement 7 or the bead 11 a gas-tight side seal for the closed space with respect to the gas diffusion layer 10 forms.

2ab zeigt einen anderen Ausschnitt der Sickenanordnung 11. Diese ist als Halbsicke ausgeführt. Diese Halbsicke bzw. Sickenanordnung in Form einer Halbsicke ist über eine Schweißnaht 27 mit einer Bipolarplatte 3 verbunden. Auf der Oberseite der Halbsicke, welche im wesentlichen "S"-förmig gestaltet ist, ist die Membran 2 aufgelegt. Der elektrochemisch aktive Bereich wird somit gasdicht durch die Membran 2, die Halbsicke 11 sowie die Bipolarplatte eingeschlossen, so dass hier ein Innendruck pinnen gegeben ist. Eine Gasdiffusionslage aus Metallfaservlies, in diesem Fall Titanfaservlies, ist im elektrochemisch aktiven Bereich eingelegt. Die zumindest bereichsweise auf diese Art angeordnete Halbsickenanordnung ist so ausgelegt, dass durch eine Druckerhöhung im elektrochemisch aktiven Bereich die obere Flanke des "S" (siehe auch breiten Pfeil) aufgrund des erhöhten Innendrucks pinnen nach oben geschoben wird und somit die Flächenpressung in dieser oberen Flanke des "S" erhöht wird. Da der gesamte elektrochemischer Zellstapel durch Spannbänder auf ein Mindestmaß in der Gesamtlängung in Richtung des elektrochemischen Zellstapels begrenzt ist, kommt es also hier zu einer Erhöhung der Flächenpressung im Bereich dieser Flanke und somit zu einer noch besseren Abdichtung, es handelt sich quasi um ein "selbststabilisierendes System". 2ab shows another section of the bead arrangement 11 , This is designed as a half bead. This half bead or bead arrangement in the form of a half bead is over a weld seam 27 with a bipolar plate 3 connected. The membrane is on the top of the half bead, which is essentially "S" -shaped 2 hung up. The electrochemically active area is thus gastight through the membrane 2 who have favourited Half Bead 11 and the bipolar plate included, so that there is an internal pressure p inside . A gas diffusion layer made of metal fiber fleece, in this case titanium fiber fleece, is inserted in the electrochemically active area. The at least partially disposed in this way, half bead arrangement is designed so that by a pressure increase in the electrochemically active region, the upper edge of the "S" (see also broad arrow) p due to the increased internal pressure is pushed inside to the above, and thus the upper surface pressure in this Edge of the "S" is increased. Since the entire electrochemical cell stack is limited to a minimum in the overall elongation in the direction of the electrochemical cell stack, there is an increase in the surface pressure in the area of this flank and thus an even better seal, it is more or less a "self-stabilizing System".

2b zeigt eine weitere Sickenanordnung, die Sickenanordnung 7'. Der einzige Unterschied dieser Anordnung zu der aus 2a besteht darin, dass hier eine Sicke 11' als Vollsicke (hier annähernd mit Halbkreisquerschnitt) ausgebildet ist. Es gibt noch zahlreiche weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. So ist es z.B. möglich noch andere als die hier gezeigten Sickengeometrien zu zeigen, auch Mehrfachsicken sind möglich. Außerdem ist die erfindungsgemäße Sickendichtung für sämtliche Dichtungen im Bereich des zu verpressenden elektrochemischen Zellstapels möglich. So ist es nicht nur möglich, den elektrochemisch aktiven Bereich um die Gasdiffusionslage abzudichten, sondern auch beliebige Durchgänge für gasförmige oder flüssige Medien etc. Bei der Abdichtung um die elektrochemischen Zellen-Stapel-Montage- Führung (Schraublöcher) kann die Elastizität einer Sickenanordnung dazu verwendet werden, um einem Setzungsvorgang im Stapel entgegenzusteuern und mögliche Toleranzen auszugleichen. 2 B shows a further bead arrangement, the bead arrangement 7 ' , The only difference between this arrangement and that of 2a is that there is a bead here 11 ' is designed as a full bead (here approximately with a semicircular cross section). There are numerous other embodiments of the present invention. For example, it is possible to show bead geometries other than those shown here, multiple beads are also possible. In addition, the bead seal according to the invention is possible for all seals in the area of the electrochemical cell stack to be pressed. It is not only possible to seal the electrochemically active area around the gas diffusion layer, but also any passages for gaseous or liquid media etc. When sealing around the electrochemical cell stack assembly guide (screw holes), the elasticity of a bead arrangement can be used for this to counteract a settlement process in the stack and to compensate for possible tolerances.

2c zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform 3' einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte. Hierbei sind die Sickenanordnungen in der Draufsicht durch eine breite Strichführung zu erkennen. Die Sickenanordnungen dienen hierbei zur Abdichtung mehrerer Durchgangsöffnungen. 2c shows a plan view of a further embodiment 3 ' a bipolar plate according to the invention. Here the bead arrangements can be seen in the top view by a wide line. The bead arrangements are used to seal several through openings.

3a bis 3d zeigen verschiedene Sickenanordnungen, welche jeweils einen Stopper aufweisen. Dieser Stopper dient dazu, die Verformung einer Sicke so zu begrenzen, dass diese nicht über ein bestimmtes Maß hinaus zusammengepresst werden kann. 3a to 3d show different bead arrangements, each having a stopper. This stopper is used to limit the deformation of a bead so that it cannot be pressed together to a certain extent.

So zeigt 3a eine einlagige Sickenanordnung mit einer Vollsicke 11", deren Verformungsbegrenzung in Richtung 15 durch einen wellenförmigen Stopper 13 erreicht wird. 3b zeigt eine zweilagige Sickenanordnung, bei welchem eine Vollsicke der oberen Lage durch ein darunter liegendes umgefalztes Blech in der Verformung begrenzt wird. 3c sowie 3d zeigen Sickenanordnungen, bei denen zumindest zwei Vollsicken sich gegenüberstehen und zur Verformungsbegrenzung entweder ein umgefalztes Blech (siehe 3c) oder ein gewelltes Blech (siehe 3d) vorgesehen ist.So shows 3a a single-layer bead arrangement with a full bead 11 " , whose deformation limit in the direction 15 through a wavy stopper 13 is achieved. 3b shows a two-layer bead arrangement, in which a full bead of the upper layer is limited in the deformation by an underlying folded sheet. 3c such as 3d show bead arrangements in which at least two full beads face each other and either a folded sheet to limit the deformation (see 3c ) or a corrugated sheet (see 3d ) is provided.

4 zeigt einen detaillierten Aufbau eines Ausschnitts einer Bipolarplatte 3, welche oben prinzipiell anhand von 1a erläutert worden ist. 4 shows a detailed structure of a section of a bipolar plate 3 , which in principle is based on 1a has been explained.

Die Bipolarplatte 3 besteht aus zwei Metallplatten 3a sowie 3b (die untere Platte 3b ist in 5b zu sehen), welche übereinander angeordnet sind. Die Platte 3a (entsprechendes gilt für die Platte 3b) weist eingeprägte Kanalstrukturen 17 auf, welche sich aus der Blattebene nach oben hin erstrecken. Die zwischen diesen Erhebungen gebildeten Kanäle (angedeutet durch kleine Pfeile 18, welche die Richtung des Kanalverlaufs zeigen) dienen der gezielten Leitung von Gasen zu dem elektrochemisch aktiven Bereich der elektrochemischen Zelle 12 hin.The bipolar plate 3 consists of two metal plates 3a such as 3b (the lower plate 3b is in 5b to see), which are arranged one above the other. The plate 3a (The same applies to the plate 3b ) has embossed channel structures 17 which extend from the leaf plane upwards. The channels formed between these elevations (indicated by small arrows 18 , which show the direction of the channel course) serve the targeted conduction of gases to the electrochemically active area of the electrochemical cell 12 out.

Die Öffnung 5 ist von einer Vollsicke umgeben und dient der Zufuhr von Medien wie H2 oder Wasser zu dem elektrochemisch aktiven Bereich. Hierzu ist die die Öffnung 5 umgebende Sickenanordnung 7 mit lochartigen Durchbrüchen 8 versehen, welche ein Zuleiten von Medien durch die Durchbrüche 8 in Richtung der Pfeile 18 erlauben.The opening 5 is surrounded by a full bead and serves to supply media such as H 2 or water to the electrochemically active area. This is the opening 5 surrounding bead arrangement 7 with hole-like openings 8th provided which a supply of media through the breakthroughs 8th in the direction of the arrows 18 allow.

Die Öffnung 4 dient dem Zuführen von Kühlflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen den Platten 3a und 3b. Die Öffnung 4 ist von einer Sickenanordnung 7' umgeben. Von der Sickenanordnung gehen Kanäle 9, welche sich an nicht dargestellte Durchbrüche 8' anschließen (siehe 6a), in den Innenraum der Bipolarplatte 3.The opening 4 serves to supply coolant into the space between the plates 3a and 3b , The opening 4 is of a bead arrangement 7 ' surround. Channels go from the bead arrangement 9 , which refers to breakthroughs, not shown 8th' connect (see 6a ), in the interior of the bipolar plate 3 ,

5a zeigt einen Ausschnitt der oberen Platte 3a einer Bipolarplatte 3. Gezeigt ist die Sickenanordnung 7 im Querschnitt, welche die Öffnung 5 umgibt. Der Schnitt entspricht der Schnittführung A-A, wie in 2 zu sehen ist. Die Sickenanordnung 7 zeigt im Querschnitt eine Vollsicke, d.h. eine an einen Flachbereich (welcher die Öffnung 5 umgibt) anschließende Flanke 7b, welche aufsteigend ist und nach einem Horizontalstück eine abfallende Flanke 7a, welche sich an ein weiteres Horizontalstück anschließt. Die Flanken 7b und 7a weisen hierbei kreisförmige Durchbrüche 8 auf, die Zuleitung von Gas, z.B. H2, ist durch entsprechende Pfeile (diese entsprechen der Pfeilrichtung 18 in 2) angezeigt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Durchbrüche oval bzw. eckig vorzusehen bzw. lediglich eine Halbsicke vorzusehen, bei welcher ausgehend von einem Horizontalbereich lediglich eine abfallende Flanke gegeben wäre. Die Öffnungen 8 sind also zum elektrochemisch aktiven Bereich 12 der elektrochemischen Zelle 2 bzw, der Bipolarplatte 3 hin offen, so dass ein Medienfluid wie z.B. Luft, H2 oder Wasser hierhin gelangen kann. In alternativen Ausführungen ist es selbstverständlich auch möglich, dass lediglich eine Flanke, z.B. die Flanke 7a, Durchbrüche enthält. 5a shows a section of the top plate 3a a bipolar plate 3 , The bead arrangement is shown 7 in cross section showing the opening 5 surrounds. The cut corresponds to the cut AA, as in 2 you can see. The bead arrangement 7 shows in cross section a full bead, ie one on a flat area (which the opening 5 surrounds) subsequent flank 7b , which is ascending and a falling edge after a horizontal piece 7a , which connects to another horizontal piece. The flanks 7b and 7a have circular openings 8th on, the supply of gas, for example H 2 , is indicated by corresponding arrows (these correspond to the direction of the arrow 18 in 2 ) is displayed. Of course, it is also possible to provide the breakthroughs oval or angular, or to provide only a half bead, in which, starting from a horizontal area, there would only be a falling flank. The openings 8th are the electrochemically active area 12 the electrochemical cell 2 or the bipolar plate 3 open so that a media fluid such as air, H 2 or water can get here. In alternative designs it is of course also possible that only one edge, for example the edge 7a , Contains breakthroughs.

Die Platte 3a ist aus Metall, Titan Grade 1, 2 oder 4; Nickel 200, 201 oder 601 und enthält integral die Sickenanordnung 7. Als Metalle bieten sich hierbei hochlegierte Stähle an, welche für elektrochemische Zellen geeignet sind, z.B. 1.45 71, 1.44 04, 1.44 01 bzw. 1.44 39. Diese sind auch großindustriell leicht verarbeitbar.The plate 3a is made of metal, titanium grade 1 . 2 or 4 ; nickel 200 . 201 or 601 and integrally includes the bead assembly 7 , High-alloy steels which are suitable for electrochemical cells, for example 1.45 71, 1.44 04, 1.44 01 or 1.44 39, are suitable as metals. These can also be easily processed on an industrial scale.

5b zeigt eine Bipolarplatte 3 in einem elektrochemischen Zellstapel. Gezeigt ist ein Ausschnitt um die Öffnung 5, welche einen "Interface"-Kanal darstellt. Oberhalb sowie unterhalb der Bipolarplatte 3 ist jeweils eine elektrochemische Zelle 2 angeordnet, an welche sich wiederum (teilweise nicht dargestellte) Bipolarplatten anschließen, zur besseren Veranschaulichung wurde auf die Darstellung von gesonderten Gasdiffusionsschichten verzichtet. Ein durch den Interface-Kanal ziehendes Gas durchläuft diesen im Wesentlichen in Richtung 19. Die Hauptströmungsrich tung im Interface-Kanal ist mit dem Pfeil 19 angezeigt, in Richtung der Pfeile 20 erfolgt die Weiterverteilung des Gases in den elektrochemisch aktiven Bereich 25 zwischen Oberseite der Bipolarplatte 3 sowie elektrochemische Zelle 2 und außerdem ist eine Weiterverteilung durch den Hohlraum 14 durch entsprechende Hohlraumgestaltung der Bipolarplatte möglich. Auf entsprechende Weise ist außerdem die Leitung von molekularem Wasserstoff auf der anderen Flachseite der Bipolarplatte 3, d.h. Bereich 21, möglich. 5b shows a bipolar plate 3 in an electrochemical cell stack. A section around the opening is shown 5 , which is an "interface" channel. Above and below the bipolar plate 3 is an electrochemical cell 2 arranged, which in turn are connected (partially not shown) to bipolar plates. For better illustration, the illustration of separate gas diffusion layers has been omitted. A gas passing through the interface channel essentially passes through it in the direction 19 , The main flow direction in the interface channel is with the arrow 19 displayed in the direction of the arrows 20 the gas is further distributed into the electrochemically active area 25 between the top of the bipolar plate 3 as well as electrochemical cell 2 and also there is a redistribution through the cavity 14 possible by appropriate cavity design of the bipolar plate. In a corresponding manner, the conduction of molecular hydrogen is also on the other flat side of the bipolar plate 3 , ie area 21 , possible.

In 5b ist außerdem gezeigt, wie der Hohlraum 14 durch einen Fügebereich 26 von einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Hohlraum 13 getrennt ist.In 5b is also shown how the cavity 14 through a joining area 26 from a cavity filled with coolant 13 is separated.

6a zeigt einen Ausschnitt einer Sicke 7', welche den Umgebungsbereich der Öffnung 4 zeigt (gemäß Schnitt B-B). 6a shows a section of a bead 7 ' , which is the surrounding area of the opening 4 shows (according to section BB).

Die Sickenanordnung 7' weist wiederum eine Vollsicke auf. Diese Vollsicke weist an ihrer Flanke 7a' Durchbrüche 8' auf, an welche sich an der Außenseite 11 der Sickenanordnung Kanäle 9 anschließen. Diese Kanäle 9 sorgen dafür, dass eine Verbindung mit dem Sickeninnenraum 10 gegeben ist und somit kein Gas, welches in Richtung 22 geleitet wird, an die Sickenaußenfläche 11 gelangen kann.The bead arrangement 7 ' again has a full bead. This full bead shows on its flank 7a ' breakthroughs 8th' on which on the outside 11 the corrugation arrangement channels 9 connect. This channels 9 ensure that a connection with the bead interior 10 is given and therefore no gas, which in the direction 22 is directed to the outer surface of the beads 11 can reach.

6b zeigt nochmals einen Schnitt durch einen Teil des elektrochemischen Zellstapels, und zwar im Bereich um eine Öffnung 4 (dieser gehört zu einem Interface-Kanal z.B. für Kühlmittel, in diesem Falle destilliertem Wasser). Dieses Wasser fließt generell in Richtung 23, ein Teilstrom wird in Richtung 24 zum Hohlraum 13, welcher die Kühlflüssigkeit beherbergt, abgetrennt. Hierbei ist in 6b gut zu sehen, dass durch den Kanal 9, welcher sich an den Durchbruch 8' anschließt, eine einwandfreie Leitung der Kühlflüssigkeit in den Hohlraum 13 gegeben ist, ohne dass der mit O2 gefüllte Bereich 25 zwischen der Platte 3a und der darüber liegenden elektrochemischen Zelle 2 mit Kühlflüssigkeit kontaminiert wird. 6b shows a section through part of the electrochemical cell stack again, in the area around an opening 4 (This belongs to an interface channel, for example for coolant, in this case distilled water). This water generally flows in the direction 23 , a partial flow is directed towards 24 to the cavity 13 , which houses the coolant, separated. Here is in 6b good to see that through the channel 9 who adhere to the breakthrough 8th' connects, a proper conduction of the coolant into the cavity 13 is given without the area filled with O 2 25 between the plate 3a and the electrochemical cell above 2 is contaminated with coolant.

6c zeigt nochmals eine Detailansicht des Bereiches um die Öffnung 4 in der Draufsicht. Hierzu ist ein entsprechend kleiner Ausschnitt der oberen Platte 3a der Bipolarplatte 3 gezeigt. Es ist besonders gut zu sehen, dass um die Öffnung 4 herum die Sickenanordnung 7' gegeben ist, an deren Flanke 7a' die Kanäle 9 sich anschließen, welche dann (quasi in die Blattebene hinein) Kühlflüssigkeit in den Hohlraum 13 führen. 6c again shows a detailed view of the area around the opening 4 in the top view. For this purpose there is a correspondingly small section of the top plate 3a the bipolar plate 3 shown. It is particularly good to see that around the opening 4 around the bead arrangement 7 ' is given on the flank 7a ' the channels 9 connect, which then (quasi into the leaf plane) coolant into the cavity 13 to lead.

Claims (27)

Elektrochemisches Verdichtersystem zur Verdichtung von Gasen und/oder zur Herstellung von Gasen durch Elektrolyse, bestehend aus einem elektrochemischen Verdichterstapel (1) mit einer Schichtung von mehreren elektrochemischen Zellen (2), welche jeweils durch Bipolarplatten (3;3') voneinander abgetrennt sind, wobei die Bipolarplatten Öffnungen zur Medienzu- und -abfuhr (5a, 5b, 10) zu den elektrochemischen Zellen aufweisen und der elektrochemische Zellenstapel in Richtung (6) der Schichtung unter mechanische Druckspannung setzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise elastische Sickenanordnungen (7; 7') zur Abdichtung der Öffnungen (4, 5a, 5b, 10) und/oder eines elektrochemisch aktiven Bereichs der elektrochemischen Zellen vorgesehen sind.Electrochemical compressor system for compressing gases and / or for producing gases by electrolysis, consisting of an electrochemical compressor stack ( 1 ) with a stratification of several electrochemical cells ( 2 ), each of which is replaced by bipolar plates ( 3 ; 3 ' ) are separated from one another, the bipolar plates being openings for media supply and removal ( 5a . 5b . 10 ) to the electrochemical cells and the electrochemical cell stack in the direction ( 6 ) the stratification can be placed under mechanical compressive stress, characterized in that elastic bead arrangements (at least in some areas) 7 ; 7 ' ) to seal the openings ( 4 . 5a . 5b . 10 ) and / or an electrochemically active area of the electrochemical cells are provided. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemischen Zellen an ihren den Bipolarplatten zugewandten Seiten Gasdiffusionslagen (9) aus leitfähigen Strukturen wie Metallfasern aufweisen.Electrochemical compressor system according to claim 1, characterized in that the electrochemical cells have gas diffusion layers on their sides facing the bipolar plates ( 9 ) made of conductive structures such as metal fibers. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7; 7') zur Mikroabdichtung von Medien beschichtet ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 ; 7 ' ) is coated for micro-sealing of media. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einem Elastomer erfolgt.Electrochemical compressor system according to claim 3, characterized characterized in that the coating is carried out with an elastomer. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels Siebdruckverfahren, Tampondruck, Spritzen oder CIPG erfolgt.Electrochemical compressor system according to one of claims 3 or 4, characterized in that the coating by means of screen printing, Pad printing, spraying or CIPG is done. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7; 7') eine Vollsicke (11') oder eine Halbsicke (11) enthält.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 ; 7 ' ) a full bead ( 11 ' ) or a half bead ( 11 ) contains. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7; 7') aus Metallen wie Stahl, Nickel, Titan, Aluminium, sowie Legierungen mit einem hohen Anteil dieser Metalle ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 ; 7 ' ) from metals such as steel, nickel, titanium, aluminum, and alloys with a high proportion of these metals. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung einen Stopper aufweist, der die Kompression der Gasdiffusionslage auf eine Mindestdicke begrenzt.Electrochemical compressor system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the bead arrangement has a stopper, the compression of the gas diffusion layer to a minimum thickness limited. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7; 7') mit der Bipolarplatte (3; 3') verbunden ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 ; 7 ' ) with the bipolar plate ( 3 ; 3 ' ) connected is. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (3; 3') insgesamt als Metallformteil ausgeführt ist.Electrochemical compressor system according to claim 8, characterized in that the bipolar plate ( 3 ; 3 ' ) is designed as a molded metal part. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung auf einem von der Bipolarplatte separaten Bauteil angeordnet ist, welches auf Graphit, Kunststoff, Metall oder dergleichen aufgelegt oder durch Kleben, Einklicken, Einschweißen, Einlöten oder Umspritzen integriert wird.Electrochemical compressor system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the bead arrangement on one of the Bipolar plate separate component is arranged, which on graphite, Plastic, metal or the like placed on or by gluing, Click in, weld in, solder or injection molding is integrated. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (3; 3') als Verbundelement zweier Metallplatten mit einer dazwischen liegenden Kunststoffplatte ausgeführt ist.Electrochemical compressor system according to claim 8, characterized in that the bipolar plate ( 3 ; 3 ' ) is designed as a composite element of two metal plates with an intermediate plastic plate. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemisch aktive Bereich der elektrochemischen Zellen in einem im Wesentlichen geschlossenen Raum (10) angeordnet ist, welcher seitlich von der Sickenanordnung im Wesentlichen umlaufend begrenzt ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrochemically active region of the electrochemical cells in a substantially closed space ( 10 ) is arranged, which is essentially delimited laterally by the bead arrangement. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung zumindest bereichsweise als zum elektrochemisch aktiven Bereich/geschlossenen Raum (10) hin offene Halbsicke ausgeführt ist.Electrochemical compressor system according to claim 13, characterized in that the bead arrangement at least in regions as the electrochemically active region / closed space ( 10 ) open half bead is executed. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung als Elastomerwulst ausgeführt ist, welche in Sieb- oder Tampondruck aufgebracht ist oder als Wulst angespritzt ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding Expectations, characterized in that the bead arrangement as an elastomer bead accomplished which is applied in screen or pad printing or as a bead is injected. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass dieses ein Elektrolyseur ist, welcher auf einer Seite der elektrochemischen Zelle eingeleitetes Wasser elektrochemisch in molekularen Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet.Electrochemical compressor system according to one of the preceding Expectations, characterized in that this is an electrolyzer, which water introduced on one side of the electrochemical cell split electrochemically into molecular hydrogen and oxygen. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dies ein Wasserstoffverdichter ist, welcher auf der ersten Seite einer protonenleitenden elektrochemischen Zelle eingebrachten molekularen Wasserstoff zu H+ oxidiert und auf der zweiten Seite wieder zurück zu molekularem Wasserstoff reduziert, wobei durch die Abdichtung und räumliche Gestaltung auf der zweiten Seite der dortige molekulare Wasserstoff einem höheren Druck unterworfen wird als auf der ersten Seite.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that this is a hydrogen compressor which oxidizes molecular hydrogen introduced on the first side of a proton-conducting electrochemical cell to H + and reduces it back to molecular hydrogen on the second side, with the sealing and spatial design on the second side the molecular hydrogen there is subjected to a higher pressure than on the first side. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck im elektrochemisch aktiven Bereich so abgedichtet ist, dass der dort im geschlossenen Raum (10) herrschende Gasdruck ohne Leckverluste über 100 bar, vorzugsweise über 200 bar, besonders vorzugsweise über 500 bar betragen kann.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the gas pressure in the electrochemically active area is sealed such that it is there in the closed space ( 10 ) prevailing gas pressure without leakage losses can be over 100 bar, preferably over 200 bar, particularly preferably over 500 bar. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Öffnungen (4; 5) der Bipolarplatte und/oder den elektrochemisch aktiven Bereich herum elastische Sickenanordnungen (7, 7') vorgesehen sind, wobei an mindestens einer Flanke (7a, 7a') der Sickenanordnungen Durchbrüche (8, 8') zur Durchleitung flüssiger oder gasförmiger Medien angeordnet sind.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that around the openings ( 4 ; 5 ) elastic bead arrangements around the bipolar plate and / or the electrochemically active region ( 7 . 7 ' ) are provided, with at least one flank ( 7a . 7a ' ) of the bead arrangements breakthroughs ( 8th . 8th' ) are arranged for the passage of liquid or gaseous media. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8, 8') kreisförmig, oval oder eckig sind.Electrochemical compressor system according to claim 19, characterized in that the openings ( 8th . 8th' ) are circular, oval or angular. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich an einen Durchbruch (8') ein Kanal (9) anschließt, wobei der Kanal mit dem Sickeninnenraum (10) verbunden ist und zumindest zur Sickenaußenfläche (11) hin geschlossen ist.Electrochemical compressor system according to one of claims 19 or 20, characterized in that an opening ( 8th' ) a channel ( 9 ) connects, the channel with the bead interior ( 10 ) is connected and at least to the outer surface of the beads ( 11 ) is closed. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (8) zu dem elektrochemisch aktiven Bereich (12) der Brennstoffzelle hin offen sind.Electrochemical compressor system according to one of claims 19 or 20, characterized in that the openings ( 8th ) to the electrochemically active area ( 12 ) the fuel cell are open. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (3) aus zwei Platten (3a, 3b) aufgebaut ist, welche einen dazwischenliegenden Hohlraum (13) für Kühlmittel und/oder die Leitung von Medienfluiden (14) aufweisen.Electrochemical compressor system according to claim 19, characterized in that the bipolar plate ( 3 ) from two plates ( 3a . 3b ) which has an intermediate cavity ( 13 ) for coolant and / or the conveyance of media fluids ( 14 ) exhibit. Elektrochemisches Verdichtersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollsicke auf einer (7a) oder auf beiden Flanken (7a; 7b) Durchbrüche (8) enthält.Electrochemical compressor system according to claim 6, characterized in that the full bead on a ( 7a ) or on both flanks ( 7a ; 7b ) Breakthroughs ( 8th ) contains. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7, 7') Teil einer zu der Bipolarplatte gehörenden Platte (3a) ist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 . 7 ' ) Part of a plate belonging to the bipolar plate ( 3a ) is. Elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickenanordnung (7, 7') für Belastungen in Richtung (6) der Schichtung in den durchbrochenen sowie den nicht durchbrochenen Flankenbereichen im Wesentlichen dieselbe Steifigkeit aufweist.Electrochemical compressor system according to one of the preceding claims, characterized in that the bead arrangement ( 7 . 7 ' ) for loads towards ( 6 ) the stratification in the breakthrough Chen and the uninterrupted flank areas has substantially the same stiffness. Bipolarplatte für ein elektrochemisches Verdichtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26.Bipolar plate for an electrochemical compressor system according to one of claims 1 to 26th
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