DE60017604T2 - Bipolarer separatorplatte mit verbesserten nassdichtungen - Google Patents

Bipolarer separatorplatte mit verbesserten nassdichtungen Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft einen bipolaren Separator und insbesondere einen bipolaren Separator zur Verwendung in Carbonatbrennstoffzellen.
  • Der bipolare Separator, der in Carbonatbrennstoffzellen verwendet wird, ist erforderlich, um für Stromübertragung, Reaktionsgasseparation und Ladedruckverteilung in einer korrosiven Hochtemperaturumgebung zu sorgen. Der Separator wird auf der Anodenseite einem reduzierenden Gasgemisch von H2, N2, H2O, CO und CO2 und auf der Kathodenseite einem oxidierenden Gasgemisch von O2, N2, H2O und CO2 ausgesetzt. Außerdem muss er Brennstoffzellenbetriebstemperaturen in der Nähe von 650°C in der Anwesenheit eines Flüssigalkalicarbonatelektrolyts aushalten.
  • Eine typische bipolare Platte von diesen Typ umfasst ein dünnes ebenes Metallplattenelement mit einer ersten und zweiten entgegengesetzten Oberfläche, die aktive Bereiche bilden und die mit Oxidationsmittel- bzw. Brennstoffgasen verträglich sind. Ein erstes und zweites entgegengesetztes Ende von diesen Bereichen sind aufwärts und in Richtung auf einander gefaltet, um eine erste und zweite Tasche zu bilden. Ein drittes und viertes entgegengesetztes Ende der Bereiche sind abwärts und in Richtung auf einander gefaltet, um eine dritte und vierte Tasche zu bilden. Die erste und zweite Tasche tragen eine Brennstoffzellenmatrix auf der ersten Oberflächenseite des Plattenelements, während die dritte und vierte Tasche eine Brennstoffzellenmatrix auf der zweiten Oberflächenseite des Plattenelements tragen. Diese Taschen bilden folglich Nassdichtungen für die Carbonatbrennstoffzellen, bei denen der bipolare Separator verwendet wird.
  • Ein signifikantes Anliegen bei einer Konstruktion eines bipolaren Separators ist eine Herstellung des Plattenelements, so dass die Nassdichtungen und Ränder des Plattenelements korrosionsfrei gehalten werden, um eine Langzeitstabilität zu verwirklichen. Die Nassdichtungen werden durch die Carbonatelektrolytschmelze in der Anwesenheit von sowohl reduzierenden als auch oxidierenden Atmosphären benetzt. Dies beschleunigt den Korrosionsangriff außerordentlich. Jedoch, weil sich die Nassdichtungen nicht im Strompfad befinden, ist eine hohe elektrische Leitung nicht erforderlich. Andererseits liefern die aktiven Bereiche des Plattenelements die elektrische Leitung. Diese Bereiche sind folglich zur Leitung von erzeugten Elektronen erforderlich und müssen deshalb hochleitend sein, um jeglichen inneren ohmschen Verlust zu minimieren.
  • Im Augenblick besteht eine Technik zur Herstellung des bipolaren Sepa rators darin, den Separator aus einer Ni-beschichteten oder -plattierten Edelstahltafel zu bilden. Diese Art von Herstellung ist wünschenswert, weil reines Ni in der Sauerstoffniedrigpartialdruck-Brennstoffumgebung der Carbonatbrennstoffzelle metallisch bleibt, während in der oxidierenden Kathodenumgebung einer solchen Zelle Edelstahl etwas stabiler ist.
  • Jedoch, wenn eine solche Tafel verwendet wird, um die bipolare Platte herzustellen, ist eine zusätzliche Korrosionsschutzschicht für die zuvorerwähnten Nassdichtungen der Tafel erforderlich, um die aggressivere Heißkorrosion zu vermindern, die an diesen Bereichen stattfindet. Diese zusätzliche Schicht muss in der Dicke gleichförmig und nahezu dicht sein. Bei der Carbonatbrennstoffzellenbetriebstemperatur bildet eine Interdiffusion zwischen der Schicht und dem Basismetall eine äußerst korrosionsbeständige Schutzschicht.
  • Bis heute wird die Nassdichtungsschutzschicht gewöhnlich von Al oder Al/Fe gebildet (siehe z.B. das japanische Patent 09025822). Diese Schicht kann durch thermisches Spritzen (siehe z.B. die japanischen Patente 09025822, 07295276), Hochgeschwindigkeitsoxybrennstoffflammspritzen (HVOF) (siehe z.B. das US-Patent 5,698,337), Al-Aufstreichen, Ionenplattieren oder Al-Schmelzen-Tauchbeschichten (siehe z.B. das japanische Patent 07230175) aufgebracht werden. Im Augenblick werden die thermischen Spritztechniken, wie z.B. herkömmliches thermisches Spritzen und HVOF weitverbreitet verwendet.
  • Wenn man die thermischen Spritztechniken verwendet, um die Al-Schicht aufzubringen, erfordern Überlegungen, die in Beziehung mit Schichthaftung und Substratverwerfung stehen, dass die Schicht aufgebracht wird, nachdem der bipolare Separator gebildet worden ist. Dies macht ein Handhaben und Maskieren der großen dünnen Edelstahltafel während des Beschichtungsprozesses erforderlich. Die Notwendigkeit, die Tafel zu handhaben und zu maskieren, trägt signifikant zu den Herstellungskosten des bipolaren Separators bei.
  • Außerdem muss eine umfassende Kontrolle über den Beschichtungsprozess ausgeübt werden, um der Qualität zu entsprechen, die bei einer Brennstoffzellenverwendung erforderlich ist. Eine zufriedenstellende Schicht kann nur erzielt werden, indem man kostspieligen Qualitätskontrollprozeduren folgt, einschließlich Vor-Oberflächenvorbehandlungs-, Schichtdicken- und Rauhigkeitskontrollen, visuelle Defekt- und Bedeckungskontrolle und periodische metallographische Untersuchung.
  • Zusätzlich bildet, selbst wenn man diese Prozeduren verwendet, die resultierende Schicht noch eine dicke lose Lage von Aluminiumoxid oben auf der Interdiffusionszone während eines Brennstoffzellenbetriebs. Dies ruft unerwünschte zunderige Fremdkörper an den freiliegenden Oberflächen hervor. Um die zunderige Oxidlage zu vermeiden und eine defektfreie Interdiffusionsschutzzone zu erzielen, ist eine Hochtemperaturdiffusionswärmebehandlung vor der Brenn stoffzellenanwendung erforderlich. Diese Behandlung bringt eine unerwünschte thermische Verformung in die bipolare Platte.
  • Wie oben beschrieben, befinden sich die Taschen, die die Nassdichtungen des bipolaren Separators bilden, an den Enden der Metallplatte und erstrecken sich entweder abwärts oder aufwärts und dann in Richtung auf einander. Wenn Ni-beschichteter Edelstahl für den bipolaren Separator verwendet wird, weist eine Menge von Taschen Ni auf ihren Außenoberflächen auf. Dieses Ni muss entfernt werden, bevor die Taschen mit Al beschichtet werden, da ein Aufbringen der Al-Schicht auf das Ni keinen ausreichenden Korrosionsschutz in der Brennstoffzellenumgebung liefert.
  • Was den aktiven Bereich anbetrifft, der durch die entgegengesetzte erste und zweite Oberfläche der bipolaren Platte gebildet wird, wird ein Cr-reicher Edelstahl zum Korrosionsschutz auf der kathodenseitigen Oberfläche bevorzugt. Jedoch kann ein übermäßiger Cr-Gehalt zu elektrisch schlechtleitenden Korrosionsprodukten führen.
  • Ein bipolarer Separator gemäß diesem Oberbegriff von Anspruch 1 wird durch die US-A-5 698 337 offenbart.
  • Die US-A-5 232 792 offenbart eine Separatorplatte einschließlich einer doppelten Dichtungsanordnung, umfassend eine gepresste Tafelmetallform, die an mindestens einer Fläche der Separatorplatte angeschweißt ist.
  • Die Patentabstracts von Japan, Band 013, No. 166 & JP64000654A und die Patentabstracts von Japan, Band 016, No. 170 & JP04017267A offenbaren Separatorplatten, die aus Edelstahl hergestellt sind, wobei bandförmige Teile von ihren Hauptflächen an entgegengesetzten Plattenenden mit einem zweiten Dichtungsmaterial, das Aluminium umfasst, beschichtet sind, so dass Elektroden und eine Elektrolytmatrix zwischen diesen bandförmigen Dichtungen aufgenommen werden. Die Dichtungsmaterialien erstrecken sich entlang der ganzen Peripherie der Separatorplatte.
  • Die US-A-4 759 989 und die Patentabstracts von Japan, Band 1995, No. 02 & JP06330874A offenbaren eine ähnliche Separatorplattenkonstruktion, die aber aus von Edelstahl und Aluminium verschiedenen Materialien hergestellt ist.
  • Die Erfindung wie in Anspruch 1 beansprucht, löst das Problem, wie ein bipolarer Separator zu konstruieren ist, der leicht und kostensparend hergestellt werden kann.
  • Indem man sämtliche Taschenelemente separat vom Plattenelement bildet, können die Taschenelemente von einem Material hergestellt werden, das in der Brennstoffdichtungsumgebung selbst äußerst korrosionsbeständig ist. Spezieller kann ein Edelstahlmaterial, das mit einer korrosionsbeständigen Plattierung versehen ist, verwendet werden. Vorzugsweise ist die Plattierung aus Aluminium hergestellt.
  • Zusätzlich kann das separat gebildete Plattenelement nun aus dem Material hergestellt werden, das Eigenschaften aufweist, die für die erste und zweite Oberfläche der Platte gewünscht werden, die die aktiven Bereiche des Separators bilden, d.h. hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und geringer Elektrolytverlust. Ein Edelstahlmaterial kann verwendet werden. Dieses Material kann eine Nickelplattierung aufweisen.
  • Vorzugsweise sind die Schweißstellen, die verwendet werden, um die Taschenelemente an das Plattenelement anzubringen oder zu befestigen, selbst so gebildet, dass eine Korrosionsbeständigkeit geliefert wird. Vorzugsweise wird Al in jede Schweißstelle eingeführt, um die gewünschte Korrosionsbeständigkeit zu erzielen.
  • Kurze Zusammenfassung der Zeichnungen
  • Die obigen und andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher.
  • 1 stellt einen bipolaren Separator gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar;
  • 2 stellt den bipolaren Separator von 1 dar, bevor die separat gebildeten Plattenelemente und Taschenelemente miteinander verbunden werden;
  • 3 stellt schematisch die Bildung von zwei von den Taschenelementen dar, die in der bipolaren Platte der 1 und 2 verwendet werden.
  • Die 4A und 4B stellen die Enden von alternativen Ausführungsformen der Taschenelemente auf der Oxidationsmittel- oder Kathodenseite des bipolaren Separators der 1 und 2 dar;
  • die 5A und 5B stellen die Enden von alternativen Ausführungsformen der Taschenelemente auf der Brennstoffseite des bipolaren Separators der 1 und 2 dar;
  • 6 stellt einen repräsentativen Schweißstellenbereich eines Taschenelements zu dem Plattenelement des bipolaren Separators der 1 und 2 dar; und
  • 7 stellt den bipolaren Separator der 12 dar, der in eine Brennstoffzellenstapelanordnung inkorporiert ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die 1 und 2 stellen einen bipolaren Separator 1 zur Verwendung mit einer Carbonatbrennstoffzelle dar, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Der bipolare Separator 1 umfasst ein Plattenelement 2 mit einer ersten und zweiten Oberfläche 2A und 2B, die mit Oxidationsmittel- bzw. Brennstoffgasen verträglich sind. Das Element 2 weist auch entgegengesetzte Endabschnitte 2C und 2D und 2E und 2F auf.
  • Benachbart zu jedem von den Endabschnitten umfasst die Platte 1 ein Taschenelement. Spezieller befinden sich Taschenelemente 3 und 4 benachbart zu den Endabschnitten 2C und 2D, und Taschenelemente 5 und 6 befinden sich benachbart zu den Endabschnitten 2E und 2F.
  • Jedes Endtaschenelement umfasst eine obere Wand 7A, Seitenwände 7B und 7C, eine hintere Wand 7D und einen hinteren Fortsatz 7E. Die Taschenelemente 3 und 4 weisen ihre oberen Wände 7A der ersten Oberfläche 2A des Elements 2 zugekehrt auf, die Oxidationsmittelgas-verträglich ist, und befinden sich folglich auf der Oxidationsmittelseite des bipolaren Separators 1. Die Taschenelemente 5 und 6 weisen andererseits ihre oberen Wände 7A der zweiten Oberfläche 2B des Elements 2 zugekehrt auf, die Brennstoffgas verträglich ist, und befinden sich folglich auf der Brennstoffseite des bipolaren Separators 1.
  • Gemäß der Erfindung ist das Plattenelement 2 separat von den Taschenelementen 36 gebildet. Infolgedessen kann das Material, das für das Plattenelement verwendet wird, ausgewählt werden, um am besten den Brennstoffzellenumgebungserfordernissen dieses Elements zu entsprechen, während das Material, das für die Taschenelemente 36 verwendet wird, ausgewählt werden kann, um am besten den Brennstoffzellenumgebungserfordernissen dieser Elemente zu entsprechen. Insbesondere muss das Plattenelement, dessen erste und zweite Seite die aktiven Bereiche für den bipolaren Separator 1 bilden, wenn der Separator in eine Carbonatbrennstoffzellenstapelanordnung inkorporiert ist, Oxidationsmittel- und Brennstoffgas-verträglich sein, während es korrosionsbeständig, hochleitend ist und einen geringen mit Korrosion verbundenen Elektrolytverlust zeigt. Die Taschenelemente wiederum brauchen, da sie Nassdichtungen für den Carbonatelektrolyt bilden, den sie direkt berühren, und da sie der doppelten Atmosphäre von reduzierenden und oxidierenden heißen Gasen ausgesetzt sind, aber nicht in einem Strompfad sind, wenn der Separator 1 in einer Carbonatbrennstoffzellenstapelanordnung inkorporiert ist, nicht hochleitend zu sein, sondern müssen äußerst korrosionsbeständig sein und einen mit Korrosion verbundenen Elektrolytverlust verhindern.
  • Diesen unterschiedlichen Erfordernissen wird entsprochen, gemäß der Erfindung, indem das Plattenelement 2 von einem ersten Material gebildet wird und die Plattenelemente 36 von einem zweiten unterschiedlichen Material gebildet werden. Insbesondere ist im Fall, wo erwartet wird, dass der Elektrolyt auf die Brennstoffgasseite des Elements 2 kriecht, das Element 2 aus einem Edelstahl mit einer Ni-Plattierung oder -Schicht gebildet. Diese Schicht bildet die zweite Oberfläche 2B auf der Brennstoffgasseite des Plattenelements 2. Vorzugsweise ist der Edelstahl ein Hochlegierungsaustenitedelstahl mit einem mäßigen Cr-Gehalt (18–26 Gew.-%), verglichen mit 310-Edelstählen, und einem höheren Ni-Gehalt (11–33 Gew.-%), verglichen mit Edelstählen vom 18-8-Typ. Auch weist vorzugsweise die Ni-Plattierung oder -Schicht eine Dicke von 25–50 μm auf. Mit diesem Typ von Material zeigt sich für das Plattenelement 2 eine überlegene Heiß-Korrosions/Oxidations-Beständigkeit, verglichen mit den Edelstählen vom 18-8-Typ mit einer spezifischen elektrischen Korrosionsskalenleitfähigkeit, die höher ist als die von 310-Edelstählen. Folglich zeigt das Element 2 ausreichend Haltbarkeitslebensdauer für eine Carbonatbrennstoffzellenanwendung.
  • In dem Fall, wo nicht erwartet wird, dass Elektrolyt auf die Brennstoffgasseite des Elements 2 kriecht und die benachbarten Brennstoffzellenkomponenten nichtbenetzende Oberflächen aufweisen, ist ein Ni-Schutz auf der Brennstoffgasseite, d.h. auf der Oberfläche 2B, nicht notwendig. Infolgedessen kann das Element 2 aus einem Hochlegierungsedelstahl ohne eine Ni-Plattierung gebildet sein, und dies versorgt das Element 2 mit einer ausreichenden Korrosionsbeständigkeit für eine Langzeit-Carbonatbrennstoffzellenanwendung.
  • Die Taschenelemente 36 wiederum, gemäß der Erfindung, sind von einem Al-beschichteten oder -plattierten Edelstahl gebildet. Die Al-Schicht kann auf einer oder beiden Oberflächen des Edelstahlmaterials vorliegen. Die Al-Schicht ist vollständig dicht, gleichförmig in der Dicke und an das Basisedelstahlmaterial festgebunden. Mit einer solchen Schicht wird eine defektfreie in-situ-diffundierte Korrosionsschutzschicht auf den Taschenelementen bei Diffusion im Temperaturbereich zwischen 500 und 650°C gebildet. Dies tritt nach Zusammenbau des bipolaren Separators 1 in eine Carbonatbrennstoffzellenstapelanordnung und während einer Stapelinbetriebnahme auf. Keine zusätzliche Wärmebehandlung zur Erzeugung der Korrosionsschutzschicht ist notwendig.
  • Für die Taschenelemente 3 und 4 auf der Oxidationsmittelgasseite des bipolaren Separators kann die Al-Schicht auf der äußeren Fläche des Elements (d.h. der Fläche, die der Fläche gegenüberliegt, die der Oberfläche 2A zugekehrt ist) oder auf sowohl der äußeren Fläche als auch inneren Fläche (d.h. der Fläche, die der Oberfläche 2A zugekehrt ist) des Elements vorliegen. Dies ist in den 4A und 4B dargestellt. Für die Taschenelemente 5 und 6 auf der Brennstoffgasseite des Plattenelements 2 kann die Al-Schicht auch auf den inneren oder äußeren Flächen des Elements vorliegen. Alternativ kann in diesem Fall die äußere Fläche Al-beschichtet und die innere Fläche Ni-beschichtet sein. Dies ist in den 5A und 5B dargestellt.
  • Für die Taschenelemente kann die Al-Schicht eine Dicke von 12–40 μm aufweisen. Wenn eine Ni-Schicht verwendet wird, kann sie eine Dicke von 25 bis 50 μm aufweisen. Wo eine doppelseitige Schicht verwendet wird, kann der Edelstahl Austenitedelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von 16–20 Gew.-% und einem Ni-Gehalt im Bereich von 8–14 Gew.-% sein. Für den Fall einer einseitigen Schicht wird ein Edelstahl von höherer Korrosionsbeständigkeit erfordert. In diesem Fall sind Austenitedelstähle oder korrosionsbeständige Legierungen mit einem Cr-Gehalt höher als 18 Gew.-% und einem Ni-Gehalt höher als 11 Gew.-% geeignet.
  • Beim Bilden der Mengen von Taschenelementen 3 und 4 und 5 und 6 kann jede Menge aus einem geeignet beschichteten Edelstahlrohling gleichzeitig pressgeformt werden. Der Rohling kann dann durch die Mitte aufgeschnitten werden, um die beiden Taschen zu bilden. Dies ist für die Taschen 3 und 4 in 3 veranschaulicht.
  • Wie zuvor erwähnt, sind die Taschenelemente 3 und 4 und 5 und 6 von dem Plattenelement 2 separat gebildet. Gemäß der Erfindung werden die Taschenelemente dann an ihre respektiven Seiten des Plattenelements durch Schweißen verbunden. Dies ist in 1 durch die Schweißstellen 8, 9, 11 und 12 und schematisch in 6 für die Tasche 5 dargestellt.
  • Da die Schweißbereiche 8, 9, 11 und 12 derselben Brennstoffzellenheißgaskorrosionsumgebung ausgesetzt sind, gemäß der Erfindung, ist ein korrosionsbeständiges Material auch im Schweißmaterial enthalten. Vorzugsweise ist für diesen Zweck Al im Schweißmaterial enthalten. Dies kann durch Verwendung von Al-haltigen Schweißdrähten während des Schweißprozesses erreicht werden. Die Schweißdrähte können Rein-Al, Al-Legierungen oder Legierungen mit hohem Al-Gehalt, wie z.B. Kanthal, und FeCr-Legierung sein. sie können entweder durch eine automatische Drahtzufuhrvorrichtung oder Einlage des Drahts entlang der Schweißnaht während eines Schweißens zugeführt werden.
  • 7 stellt eine Brennstoffzelleneinheit 70 dar, die eine obere und untere bipolare Platte 1 umfasst, wie in den 12 dargestellt. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst weiter ein Kathodenelement 71, das aus einer Kathodenelektrode 71A und einem Kathodenstromkollektor 71B besteht, der eine Oberfläche aufweist, die an einer Oberfläche der Kathodenelektrode anliegt. Das Kathodenelement 71 erstreckt sich über die Länge und Breite der Oberfläche 2A des oberen bipolaren Separators 1. Insbesondere erstrecken sich die Längsenden des Elements zu den Taschenelementen 3 und 4, und die lateralen Enden erstrecken sich zu den Seiten 2E und 2F der Platte 2. Abstandshalterelemente 72 und 73, die von Abstandshaltersegmenten 72A, 73A und Stromkollektorsegmenten 72B und 73B gebildet sind, erstrecken sich von respektiven Enden des Kathodenelements 71 in die Taschenelemente 3 und 4.
  • Wie ersichtlich ist, können die Kathodenstromkollektorelemente 71B, 72B und 73B als ein Einstückelement als Einheit ausgebildet sein. Ähnlich können die Kathodenelemente 71A, 72A, 73A als ein Stück als Einheit ausgebildet sein.
  • Die Höhe des Kathodenelements 71 ist derjenigen der Taschenelemente 3 und 4 gleichgemacht. Das Element 71 und die Taschenelemente bilden folglich eine bündige Oberfläche zur Aufnahme einer Elektrolytmatrix oder Teile 74, die gegen die Gesamtheit dieser Oberfläche anliegt und sich darüber erstreckt.
  • Ein Anodenelement 75, das aus einer Anodenelektrode 75A und einem gewell ten Anodenstromkollektor 75B gebildet ist, folgen dem Matrixelement 74. Eine Fläche der Anodenelektrode 75A liegt gegen die Matrix 74 an, während die andere Fläche gegen eine Oberfläche des Anodenstromkollektors 75B anliegt und diese trägt. Die andere Oberfläche des Anodenstromkollektors 75B ruht auf der Oberfläche 2B der unteren Separatorplatte 1.
  • Das Anodenelement 75 erstreckt sich lateral zwischen den Taschenbereichen 5 und 6 der unteren Separatorplatte 1 und in Längsrichtung zu den Enden 2C und 2D der Platte 2. Abstandshalterelemente 76 und 77 erstrecken sich vom Anodenelement 75 und passen in die letzteren Taschenbereiche. Die Abstandshalterelemente 76 und 77 umfassen Separatorsegmente 76A und 77A und Stromkollektorsegmente 76B und 77B.
  • Wie bei den Kathodenstromkollektorelementen können die Anodenstromkollektorelemente 75B, 76B und 77B als ein einziges Element gebildet sein. Eine ähnliche Situation trifft für die Kathodenelemente 75A, 76A und 77A zu.
  • Das Anodenelement 75 sitzt auf einer ebenen Oberfläche, die durch die Oberfläche 2B gebildet ist. Die Anodenelektrode 75A des Anodenelements 75 liefert eine ebene Oberfläche für eine Sitzfläche der unteren Oberfläche der Elektrodenmatrix 74.
  • Wie ersichtlich ist, wirken die Taschenelemente 3 und 4 der oberen Separatorplatte 1 und die Trogbereiche 5 und 6 der unteren Separatorplatte 1 als Schienen, und die Oberflächen dieser Schienen bilden Nassdichtungen mit der Matrix 74. Diese Nassdichtungen wiederum halten das Oxidationsmittelgas und Brennstoffgas davon ab, aus den Gaskammern, die durch die Kathoden- und Anodenelemente und die Separatorplatten gebildet werden, herauszulecken, um ein Gasüberkreuzen und Gasentweichen aus der Brennstoffzelleneinheit zu verhindern.

Claims (19)

  1. Bipolarer Separator (1) zur Verwendung mit einer Brennstoffzelle, umfassend: ein Plattenelement (2) mit einer entgegengesetzten ersten und zweiten Oberfläche (2A, 2B), die mit Brennstoffgas bzw. Oxidationsmittelgas verträglich sind, wobei das Plattenelement (2) ein erstes Material umfasst und ein erstes und zweites entgegengesetztes Ende (2C, 2D) und ein drittes und viertes entgegengesetztes Ende (2E, 2F) aufweist; ein erstes, zweites, drittes und viertes Taschenelement (3 bis 6), die separat von dem Plattenelement (2) gebildet sind, wobei jedes Taschenelement (3 bis 6) ein zweites Material umfasst, wobei sich das erste und zweite Taschenelement (3, 4) benachbart zum ersten und zweiten entgegengesetzten Ende (2C, 2D) des Plattenelements (2) befinden und sich auswärts von der ersten Oberfläche (2A) und dann in Richtung aufeinander zu erstrecken, wobei sich das dritte und vierte Taschenelement (5, 6) benachbart zu dem dritten und vierten entgegengesetzten Ende (2E, 2F) des Plattenelements (2) befinden und sich auswärts von der zweiten Oberfläche (2B) und dann in Richtung aufeinander zu erstrecken; und eine erste und zweite Einrichtung zum Verbinden des ersten bzw. zweiten Taschenelements (3, 4) mit der ersten Oberfläche (2A) des Plattenelements (2) an dem ersten und zweiten Ende (2C, 2D) des Plattenelements (2); und eine dritte und vierte Einrichtung zum Verbinden des dritten bzw. vierten Taschenelements (5, 6) mit der zweiten Oberfläche (2B) des Plattenelements (2) an dem dritten und vierten Ende (2E, 2F) des Plattenelements (2); dadurch gekennzeichnet, dass jede von der ersten, zweiten, dritten und vierten Einrichtung eine Schweißstelle (8, 9, 11, 12) ist.
  2. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 1, bei dem: das erste Material brennstoffgasverträglich ist und auf der ersten Oberfläche (2A) des Plattenelements (2) enthalten ist; und das von dem ersten Material verschiedene zweite Material ein korrosionsbeständiges Material ist.
  3. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 2, bei dem: das erste Material des Plattenelements (2) Edelstahl umfasst; und das zweite Material von jedem von den Taschenelementen (3 bis 6) mit Aluminium beschichteten Edelstahl umfasst.
  4. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Schweißstelle (8, 9, 10, 11) Aluminium enthält.
  5. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Aluminiumschicht auf dem aluminiumbeschichteten Edelstahl des dritten und vierten Taschenelements (5, 6) sich auf einer Oberfläche befindet, die zu der Oberfläche entgegengesetzt ist, die der zweiten Oberfläche (2B) des Plattenelements (2) zugekehrt ist.
  6. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 5, bei dem: der Edelstahl, der das dritte und vierte Taschenelement (5, 6) bildet, Austenitedelstahl mit einem höheren Cr-Gehalt als 18 Gew.-% und einem höheren Ni-Gehalt als 11 Gew.-% ist.
  7. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Aluminiumschicht auf dem aluminiumbeschichteten Edelstahl des dritten und vierten Taschenelements (5, 6) sich auf einer Oberfläche, die der zweiten Oberfläche (2B) des Plattenelements (2) zugekehrt ist, und auf der entgegengesetzten Oberfläche befindet.
  8. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 7, bei dem: der Edelstahl, der das dritte und vierte Taschenelement (5, 6) bildet, Austenitedelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von 16–20 Gew.-% und einem Ni-Gehalt im Bereich von 8–14 Gew.-% ist.
  9. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Aluminiumschicht auf dem aluminiumbeschichteten Edelstahl des ersten und zweiten Taschenelements (3, 4) sich auf einer Oberfläche befindet, die zu der Oberfläche entgegengesetzt ist, die der ersten Oberfläche (2A) des Plattenelements (2) zugekehrt ist; und weiter umfassend eine Ni-Schicht auf der Oberfläche des Materials, das das erste und zweite Taschenelement (3, 4) bildet, und die der zweiten Oberfläche (2B) des Plattenelements (2) zugekehrt ist.
  10. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 9, bei dem: das Edelstahlmaterial, das das erste und zweite Taschenelement (3, 4) bildet, Austenitedelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von 16–20 Gew.-% und einem Ni-Gehalt im Bereich von 8–14 Gew.-% ist.
  11. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 9, bei dem: die Dicke der Ni-Schicht auf dem Material, das die erste und zweite Tasche (3, 4) bildet, in einem Bereich von 25 bis 50 μm liegt.
  12. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Aluminiumschicht auf dem aluminiumbeschichteten Edelstahl des ersten und zweiten Taschenelements (3, 4) sich auf einer Oberfläche, die der ersten Oberfläche (2A) des Plattenelements (2) zugekehrt ist, und auf der entgegengesetzten Oberfläche befindet.
  13. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 12, bei dem: der Edelstahl, der das erste und zweite Taschenelement (3, 4) bildet, Austenitedelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von 16–20 Gew.-% und einem Ni-Gehalt im Bereich von 8–14 Gew.-% ist.
  14. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Al-Schicht auf dem aluminiumbeschichteten Edelstahl der Taschenelemente (3 bis 6) eine Dicke im Bereich von 12–40 μm aufweist.
  15. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: der Edelstahl des ersten Materials eine Nickelschicht auf der ersten Oberfläche (2A) des Plattenelements (2) aufweist.
  16. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 15, bei dem: die Nickelschicht des Edelstahls des ersten Materials eine Dicke von 25–50 μm aufweist.
  17. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: der Edelstahl des Plattenelements Austenitedelstahl mit einem Cr-Gehalt im Bereich von 18–26 Gew.-% und einem Ni-Gehalt im Bereich von 11–33 Gew.-% ist.
  18. Bipolarer Separator (1) nach Anspruch 3, bei dem: die Schweißstelle (8, 9, 11, 12) einen Aluminiumgehalt umfasst, der in die Schweißstelle (8, 9, 11, 12) durch Schweißdrähte eingeführt ist, umfassend eines oder mehreres von Reinaluminium, Aluminiumlegierungen, Legierungen mit hohem Al-Gehalt, Kanthal und FeCr-Legierung.
  19. Brennstoffzellenstapelanordnung, umfassend einen oder mehrere bipolare Separatoren (1) nach Anspruch 1.
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