EP4584835A2 - Bipolarplatte und elektrochemische zelle - Google Patents

Bipolarplatte und elektrochemische zelle

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EP4584835A2
EP4584835A2 EP23720762.6A EP23720762A EP4584835A2 EP 4584835 A2 EP4584835 A2 EP 4584835A2 EP 23720762 A EP23720762 A EP 23720762A EP 4584835 A2 EP4584835 A2 EP 4584835A2
Authority
EP
European Patent Office
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sheet
embossed structures
bipolar plate
area
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
EP23720762.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Zwahr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate comprising a first half sheet and a second half sheet, which are firmly connected to one another, the bipolar plate having a plurality of fluid passage openings comprising fluid inlet openings and fluid outlet openings, a first distribution field for distributing a fluid, an active field and a second distribution field for distributing the fluid are arranged on both sides of the bipolar plate, and with at least one seal on each side of the bipolar plate, with a transition region being formed between a fluid passage opening and an adjacent distribution field.
  • DE 10 2014 225 160 A1 describes a metal separator, that is, a bipolar plate, for a fuel cell stack with an anode separator and a cathode separator.
  • DE 10 2014 225 160 A1 describes an embodiment of a transition region which is formed in the metal separator between a fluid passage opening and an active region, not shown in detail, in which electrochemical reactions take place.
  • the metal separator has a seal on both sides, with the seals being arranged offset from one another. At the inlet and outlet of the metal separator, support elements embossed into the separators are also arranged, which form channels for the fluids for operating the fuel cell stack.
  • a further object of the invention is to provide an electrochemical cell with such improved bipolar plates.
  • the second half-sheet starting from the fluid inlet opening in the area of the first stage, is provided with a third step in the direction of the first half-sheet and in the area of the second stage is provided with a fourth step, which is directed away from the first half-sheet,
  • the first half-sheet has, in an area between the first stage and the second stage, parallel, elongated, three-dimensional first embossed structures which are curved in the direction of the second half-sheet,
  • the second half sheet in an area between the third stage and the fourth stage has elongated, three-dimensional second embossed structures which are aligned parallel to one another, which are curved in the direction of the first half sheet, are arranged in alignment with the first embossed structures and are supported against the first embossed structures,
  • the first half sheet has a first sealing area, which is formed in the area of the first embossed structures on the side of the first half sheet facing away from the second half sheet and runs transversely to the first embossed structures and is arranged to decay
  • - the second half-sheet has a second sealing area, which is arranged in the area of the second embossed structures on the side of the second half-sheet facing away from the first half-sheet transversely to the second embossed structures and decaying, the first sealing area and the second sealing area being perpendicular to one of the plane spanned by the bipolar plate are arranged congruently one above the other, and
  • the second half-sheet has an opening slot which is arranged between the fourth stage and the adjacent distribution field, with three-dimensional third embossed structures being present which are curved in the direction of the first half-sheet, are arranged in alignment with the second embossing structures in a fluid flow direction and are against the Support the first half sheet, the opening slot being arranged such that the third embossed structures arranged in the second half sheet are intersected by it.
  • the second half-sheet starting from the fluid outlet opening in the area of the third stage in the first half-sheet, is provided with a first step in the direction of the first half-sheet and in the area of the fourth step in the first half-sheet is provided with a second step, which is directed away from the first half-sheet,
  • the first half-sheet in a region between its third stage and its fourth stage has elongated, three-dimensional further first embossed structures which are aligned parallel to one another and which are curved in the direction of the second half-sheet
  • - the second half-sheet in a region between its first stage and its second stage has further second embossed structures aligned parallel to one another, elongated three-dimensional, which are curved in the direction of the first half sheet, are arranged in alignment with the further first embossed structures and are supported against the further first embossed structures
  • the first half sheet has a third sealing area, which is formed in the area of the further first embossed structures on the side of the first half sheet facing away from the second half sheet and runs transversely to the further first embossed structures and is arranged to decay,
  • the second half-sheet has a further opening slot, which is arranged between its second stage and the adjacent distribution field, with three-dimensional further third embossed structures being present, which are curved in the direction of the first half-sheet, are arranged in alignment with the further second embossed structures in a fluid flow direction and are supported against the first half sheet, the further opening slot being arranged in such a way that the further third embossed structures arranged in the second half sheet are intersected by it.
  • the advantages of this arrangement in the area of a fluid outlet opening are analogous to those described above for the fluid inlet opening.
  • “congruent” means that the center lines of the third and fourth sealing areas lie one above the other when viewed perpendicular to the plane spanned by the bipolar plate.
  • the width of the third seal area and the fourth seal area may differ slightly.
  • the first embossed structures and the second embossed structures are preferably aligned with their longitudinal axes in the direction of a fluid flow direction between the fluid passage opening and the adjacent distribution field.
  • the first and second embossed structures are preferably elongated in a straight line and have a constant width and length, so that they optimally support each other.
  • a first fluid inlet opening for supplying and a first fluid outlet opening for removing oxidizing gas is preferably set up on a first side of the bipolar plate.
  • a second fluid inlet opening for supplying and a second fluid outlet opening for discharging fuel gas is preferably set up on a second side of the bipolar plate.
  • each half sheet of the bipolar plate is structured three-dimensionally in the area of the first distribution field, the active field and the second distribution field to form fluid conduction paths.
  • Such a structuring is formed in particular by embossing the half sheets.
  • the structuring can take place through the formation of channels, locally limited elevations or depressions and the like.
  • a fluid conduction path for a coolant is preferably formed between the first half sheet and the second half sheet of the bipolar plate. This is fed via a fluid inlet opening. A fluid outlet opening serves to drain the coolant.
  • the electrochemical cell is preferably an electrolysis cell for the electrolysis of water or a polymer electrolyte fuel cell for the decomposition of water into hydrogen as fuel and oxygen as oxidation gas.
  • FIG. 4 shows a side view of the section of the bipolar plate according to FIG. 2 seen from the side of the fluid inlet opening
  • FIG. 5 shows a side view of the section of the bipolar plate according to FIG. 2 seen from the side of the distribution field
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of the section of the bipolar plate according to FIG. 2 without showing the seal 6 ',
  • Figure 9 is a schematic three-dimensional representation of a stack arrangement of electrochemical cells.
  • Figure 1 shows a rectangular bipolar plate 1 in a top view from one side B.
  • the bipolar plate 1 comprises a first half-sheet 1a and a second half-sheet 1b (see Figure 2), which are firmly connected to one another, for example by welding, gluing or the like .
  • the bipolar plate 1 also has a plurality of fluid passage openings 2, which are arranged at both ends of the rectangular bipolar plate 1.
  • the fluid passage openings 2 include fluid inlet openings 2a, 2c, 2e and fluid outlet openings 2b, 2d, 2f. Between the fluid passage openings 2 there is a first distribution field 3 for distributing a fluid, an active field 4 and a second distribution field 5 for distributing the fluid.
  • the first half sheet 1 a is provided, starting from the fluid inlet opening 2c, with a first step 8a and a second step 8b in the direction of the second half sheet 1 b.
  • the second half sheet 1 b is provided, starting from the fluid inlet opening 2c in the area of the first stage 8a, with a third step 8c in the direction of the first half sheet 1 a and in the area of the second step 8b with a fourth step 8c, which is provided by the first half sheet 1 a is directed away.
  • the second half-sheet 1 b has a second sealing area 6b with two parallel sealing beads 10a, 10b, which in the area of the second embossed structures 9b on the side of the second half-sheet 1 b facing away from the first half-sheet 1 a runs transversely to the second embossed structures 9b and this is arranged to expire.
  • the second embossed structures 9b are therefore also filled with sealing compound and stiffened.
  • the first sealing area 6a and the second sealing area 6b lie congruently one above the other when viewed perpendicular to a plane spanned by the bipolar plate 1 and thus run parallel on side A and side B of the bipolar plate 1.
  • the second half sheet 1 b has an opening slot 11, which is arranged between the fourth stage 8d and the adjacent distribution field 5, with three-dimensional third embossed structures 9c being present which are curved in the direction of the first half sheet 1 a.
  • the third embossed structures 9c are arranged in alignment with the second embossed structures 9b in a fluid flow direction S and are supported against the first half sheet 1a.
  • the opening slot 11 is arranged in such a way that the third embossed structures 9c arranged in the second half sheet 1b are intersected by it. Accordingly, when the opening slot 11 was formed, a part of the second half sheet 1b was cut out, which contained part of the previously formed third embossed structures 9c.
  • Figure 4 shows a side view of the section of the bipolar plate 1 according to Figure 2 seen from the side of the fluid inlet opening 2c.
  • the same reference numbers as in Figure 2 indicate the same elements.
  • the first embossed structures 9a and the second embossed structures 9b can now be clearly seen, which are supported on one another and form a flow channel for a fluid between the two half-sheets 1a, 1b.
  • the flow channel runs towards the opening slot 11.
  • Figure 5 shows a side view of the section of the bipolar plate 1 according to Figure 2 seen from the side of the distribution panel 5.
  • the same reference numbers as in Figure 2 indicate the same elements.
  • the third embossed structures 9c and the opening slot 11 can now be clearly seen, which allows fluid to flow between the two half-sheets 1a, 1b.
  • Figure 6 shows a three-dimensional view of the section of the bipolar plate 1 according to Figure 2 without showing the seal 6 'or the second sealing area 6b.
  • the elongated second embossed structures 9b and the third embossed structures 9c can be seen, which are arranged one behind the other in alignment in the fluid flow direction S.
  • the first pre- Structures 9a in the first half sheet 1a cannot be seen here.
  • the same reference numbers as in Figure 2 indicate the same elements.
  • Figure 7 shows a three-dimensional view of the section of the bipolar plate 1 according to Figure 2 with the seal 6 'or the second seal section 6b.
  • the first embossed structures 9a in the first half sheet 1 a and the third embossed structures 9c in the second half sheet 1 b can be seen here.
  • the second embossed structures 9b in the second half sheet 1b cannot be seen here and are covered by the seal 6 '.
  • the same reference numbers as in Figure 2 indicate the same elements.
  • Figure 8 shows a cross section III-IH' through the bipolar plate 1 from Figure 1 in the area of a fluid outlet opening 2d for unused fuel.
  • the first half-sheet 1a has a third step 8c' and a fourth step 8d' in the direction of the second half-sheet 1b, starting from the fluid outlet opening 2d.
  • the second half sheet 1 b is provided with a first step 8a' in the direction of the first half sheet 1 a, starting from the fluid outlet opening 2d in the area of the third stage 8c 'in the first half sheet 1 a and in the area of the fourth step 8d' in the first half sheet 1 a provided with a second step 8b ', which is directed away from the first half sheet 1a.
  • the first half-sheet 1a has, in an area between its third step 8c' and its fourth step 8d', parallel, elongated, three-dimensional further first embossed structures 9a', which are curved in the direction of the second half-sheet 1b.
  • the second half sheet 1 b has in an area between its first step 8a 'and its second step 8b' parallel, elongated, three-dimensional further second embossed structures 9b', which are curved in the direction of the first half sheet 1 a, with the further first embossed structures 9a' are arranged in alignment and are supported against the further first embossed structures 9a'.
  • the first half sheet 1 a has a third sealing area 6c, which is formed in the area of the further first embossed structures 9a 'on the side of the first half sheet 1 a facing away from the second half sheet 1 b and runs transversely to the further first embossed structures 9a' and these is arranged to decay.
  • the other first embossed structures 9a' are therefore filled with sealing compound and stiffened.
  • the second half-sheet 1 b has a fourth sealing area 6d, which is arranged in the area of the further second embossed structures 9b 'on the side of the second half-sheet 1 b facing away from the first half-sheet 1a, running transversely to the further second embossed structures 9b' and filling them.
  • the further second embossed structures 9b' are therefore filled with sealing compound and stiffened.
  • the third sealing area 6c in the form of a flat seal and the fourth sealing area 6d comprising two sealing beads 10a, 10b running parallel to one another run congruently one above the other when viewed perpendicular to a plane spanned by the bipolar plate 1 and thus run parallel on side A and side B of the bipolar plate 1 .
  • the second half-sheet 1b has a further opening slot 11 ', which is arranged between its second step 8b' and the adjacent distribution field 3, with three-dimensional further third embossed structures 9c' being present, which are curved in the direction of the first half-sheet 1a.
  • the further second embossed structures 9b' and the further third embossed structures 9c' are arranged aligned in a fluid flow direction S and are supported against the first half sheet 1a.
  • the further opening slot 11 ' is arranged in such a way that the further third embossed structures 9c' arranged in the second half sheet 1 b are intersected by it.
  • a fluid in the form of an oxidizing agent such as in particular in the form of air or oxygen.
  • the oxidizing agent flows via the fluid inlet opening 2a onto side A of the bipolar plate 1 and thus via an analogous arrangement as in the transition region 7 on side B of the bipolar plate 1 via an opening slot in the first half plate 1a into a distribution field, onto the active field further distribution field and another opening slot in the first half plate 1a in Direction of the fluid outlet opening 2b.
  • the name of the half plates should be used in reverse.
  • the basic design for the oxidizer inlet and outlet corresponds to that for the fuel inlet and outlet on the side B of the bipolar plate 1.
  • the fluid inlet opening 2e (see FIG. 1) is set up for the supply of coolant into a fluid guide path or flow space, not shown, between the two half-plates 1a, 1b of the bipolar plate 1.
  • the coolant flows along the rectangular bipolar plate 1 and into the fluid outlet opening 2f, the geometry of the fluid conduction path being predetermined by the two structured half-sheets 1a, 1b.
  • the area between the fluid outlet opening 2f at the transition into the fluid conduction path between the half plates 1a, 1b is not subject to any design specifications and can be designed in any way.
  • the geometric design of the fluid passage openings 2, the distribution fields 3, 5 and the active field 4 can be changed within wide limits and does not have to be designed as shown in FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 9 shows a schematic three-dimensional representation of a stack arrangement 20 of several electrochemical cells 12.
  • An electrochemical cell 12 comprises several bipolar plates 1, 1 'and, arranged between two bipolar plates 1, 1', a membrane electrode unit 13, each with one here on both sides fluid transport layer not shown separately is occupied.
  • the distribution fields between the fluid passage openings 2 and the active field 4 have also been omitted.
  • the cross section of the fluid passage openings 2 was circular here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (1 ) und eine elektrochemische Zelle (12) umfassend mehrere solche Bipolarplatten (1, 1 '). Die Bipolarplatte (1 ) umfasst ein erstes Halbblech (1a) und ein zweites Halbblech (1 b), welche fest miteinander verbunden sind, wobei die Bipolarplatte (1 ) mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen (2) umfassend Fluideintrittsöffnungen (2a, 2c, 2e) und Fluidaustrittsöffnungen (2b, 2d, 2f) aufweist, wobei ein erstes Verteilerfeld (3) zur Verteilung eines Fluids, ein Aktivfeld (4) und ein zweites Verteilerfeld (5) zur Verteilung des Fluids beidseitig auf der Bipolarplatte (1 ) angeordnet sind, und mit mindestens einer Dichtung (6, 6') auf je einer Seite der Bipolarplatte (1 ), wobei in mindestens einem Übergangsbereich (7) zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung (2) und einem angrenzenden Verteilerfeld (3, 5) die Dichtungen (6,6') senkrecht zu einer von der Bipolarplatte (1 ) aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander angeordnet sind und durch Prägestrukturen (9a, 9b) verstärkt sind.

Description

Bipolarplatte und elektrochemische Zelle
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte umfassend ein erstes Halbblech und ein zweites Halbblech, welche fest miteinander verbunden sind, wobei die Bipolarplatte mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen umfassend Fluideintrittsöffnungen und Fluidaustrittsöffnungen aufweist, wobei ein erstes Verteilerfeld zur Verteilung eines Fluids, ein Aktivfeld und ein zweites Verteilerfeld zur Verteilung des Fluids beidseitig auf der Bipolarplatte angeordnet sind, und mit mindestens einer Dichtung auf je einer Seite der Bipolarplatte, wobei ein Übergangsbereich zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung und einem angrenzenden Verteilerfeld ausgebildet ist.
Die DE 10 2014 225 160 A1 beschreibt einen Metallseparator, das heißt eine Bipolarplatte, für einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anoden-Separator und einem Ka- thoden-Separator. Insbesondere beschreibt die DE 10 2014 225 160 A1 eine Ausgestaltung eines Übergangsbereiches, der zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung und einem nicht näher gezeigten Aktivbereich, in welchem elektrochemische Reaktionen ablaufen, in dem Metallseparator ausgebildet ist. Der Metallseparator weist dabei auf beiden Seiten jeweils eine Dichtung auf, wobei die Dichtungen versetzt zueinander angeordnet sind. Am Einlass und Auslass des Metallseparators sind weiterhin in die Separatoren eingeprägte Stützelemente angeordnet, welche Kanäle für die Fluide zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels ausbilden.
Die CN208722997 U offenbart eine Bipolarplate für eine Brennstoffzelle mit einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte und deren Ausgestaltung in einem Übergangsbereich zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung und einem Reaktionsbereich, in welchem elektrochemische Reaktionen ablaufen. Die zu beiden Seiten der Bipolarplatte angeordneten Dichtungen sind versetzt zueinander und jeweils in einer langgestreckten Vertiefung oder Sicke angeordnet.
Die DE 10 2020 202 075 A1 beschreibt eine elektrochemische Zelle mit einer Zuführungsvorrichtung oder Bipolarplatte umfassend ein erste und eine zweite Platine zum Zuführen von Betriebsmedien von einer Fluiddurchtrittsöffnung, hier Portanschluss genannt, in einen Zuführungsbereich. In den Platinen sind Sicken zur Aufnahme von Dichtungen ausgebildet, die zueinander versetzt angeordnet sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bipolarplatte der eingangs genannten Art hinsichtlich eines auftretenden Druckverlustes und einer Dichtwirkung der Dichtungen im Übergangsbereich zu optimieren. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrochemische Zelle mit derart verbesserten Bipolarplatten bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für die Bipolarplatte, umfassend ein erstes Halbblech und ein zweites Halbblech, welche fest miteinander verbunden sind, gelöst, indem die Bipolarplatte mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen umfassend Fluideintrittsöffnungen und Fluidaustrittsöffnungen aufweist, wobei ein erstes Verteilerfeld zur Verteilung eines Fluids, ein Aktivfeld und ein zweites Verteilerfeld zur Verteilung des Fluids beidseitig auf der Bipolarplatte angeordnet sind, und mit mindestens einer Dichtung auf je einer Seite der Bipolarplatte, wobei in mindestens einem Übergangsbereich zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung und einem angrenzenden Verteilerfeld
- das erste Halbblech ausgehend von einer Fluideintrittsöffnung mit einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe in Richtung des zweiten Halbbleches versehen ist,
- das zweite Halbblech ausgehend von der Fluideintrittsöffnung im Bereich der ersten Stufe mit einer dritten Stufe in Richtung des ersten Halbbleches versehen ist und im Bereich der zweiten Stufe mit einer vierten Stufe versehen ist, welche vom ersten Halbblech weggerichtet ist,
- das erste Halbblech in einem Bereich zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale erste Prägestrukturen aufweist, die in Richtung des zweiten Halbbleches gewölbt sind,
-das zweite Halbblech in einem Bereich zwischen der dritten Stufe und der vierten Stufe parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale zweite Prägestrukturen aufweist, die in Richtung des ersten Halbbleches gewölbt sind, mit den ersten Prägestrukturen fluchtend angeordnet sind und sich gegen die ersten Prägestrukturen abstützen,
- das erste Halbblech einen ersten Dichtungsbereich aufweist, welcher im Bereich der ersten Prägestrukturen auf der, dem zweiten Halbblech abgewandten Seite des ersten Halbbleches ausgebildet ist und quer zu den ersten Prägestrukturen verlaufend und diese verfallend angeordnet ist, - das zweite Halbblech einen zweiten Dichtungsbereich aufweist, welcher im Bereich der zweiten Prägestrukturen auf der, dem ersten Halbblech abgewandten Seite des zweiten Halbbleches quer zu den zweiten Prägestrukturen verlaufend und diese verfallend angeordnet ist, wobei der erste Dichtungsbereich und der zweite Dichtungsbereich senkrecht zu einer von der Bipolarplatte aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, und
- das zweite Halbblech einen Öffnungsschlitz aufweist, welcher zwischen der vierten Stufe und dem angrenzenden Verteilerfeld angeordnet ist, wobei dreidimensionale dritte Prägestrukturen vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches gewölbt sind, mit den zweiten Prägestrukturen in einer Fluidströmungsrichtung fluchtend angeordnet sind und sich gegen das erste Halbblech abstützen, wobei der Öffnungsschlitz derart angeordnet ist, dass die im zweiten Halbblech angeordneten dritten Prägestrukturen von diesem durchschnitten sind.
Dadurch, dass im Übergangsbereich zwischen einem Verteilerfeld und einer Fluiddurchtrittsöffnung die Dichtungen auf den beiden Halbblechen deckungsgleich übereinander verlaufen und zudem die ersten und zweiten Prägestrukturen durch das Dichtungsmaterial aufgefüllt und versteift sind, erhöht sich die Dichtwirkung zu an eine Bipolarplatte angrenzenden Bauteilen im Bereich der Fluiddurchtrittsöffnungen beträchtlich. Unter „deckungsgleich“ wird dabei verstanden, dass die Mittellinien des ersten und zweiten Dichtungsbereichs senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten Ebene gesehen übereinander liegen. Die Breite des ersten Dichtungsbereichs und des zweiten Dichtungsbereichs können sich jedoch geringfügig unterscheiden. Ein Aufbau eines Zellstapels elektrochemischer Zellen kann so mit definierter Verpres- sung der Dichtungen erfolgen. Auch der Auftrag des Dichtungsmatenals auf die Halbbleche ist im Übergangsbereich aufgrund der eingebrachten ersten und zweiten Prägestrukturen aufgrund der verbesserten Abstützung des jeweiligen Halbbleches genauer möglich. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Halbblech ist aufgrund der ersten und zweiten Prägestrukturen so groß, dass die Strömungsführung druckverlustarm erfolgen kann. Es hat sich bewährt, wenn in mindestens einem Übergangsbereich zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung und einem angrenzenden Verteilerfeld
- das erste Halbblech ausgehend von einer Fluidaustrittsöffnung mit einer dritten Stufe und einer vierten Stufe in Richtung des zweiten Halbbleches versehen ist,
- das zweite Halbblech ausgehend von der Fluidaustrittsöffnung im Bereich der dritten Stufe im ersten Halbblech mit einer ersten Stufe in Richtung des ersten Halbbleches versehen ist und im Bereich der vierten Stufe im ersten Halbblech mit einer zweiten Stufe versehen ist, welche vom ersten Halbblech weggerichtet ist,
- das erste Halbblech in einem Bereich zwischen seiner dritten Stufe und seiner vierten Stufe parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere erste Prägestrukturen aufweist, die in Richtung des zweiten Halbbleches gewölbt sind, -das zweite Halbblech in einem Bereich zwischen seiner ersten Stufe und seiner zweiten Stufe parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere zweite Prägestrukturen aufweist, die in Richtung des ersten Halbbleches gewölbt sind, mit den weiteren ersten Prägestrukturen fluchtend angeordnet sind und sich gegen die weiteren ersten Prägestrukturen abstützen,
- das erste Halbblech einen dritten Dichtungsbereich aufweist, welcher im Bereich der weiteren ersten Prägestrukturen auf der, dem zweiten Halbblech abgewandten Seite des ersten Halbbleches ausgebildet ist und quer zu den weiteren ersten Prägestrukturen verlaufend und diese verfallend angeordnet ist,
- das zweite Halbblech einen vierten Dichtungsbereich aufweist, welcher im Bereich der weiteren zweiten Prägestrukturen auf der, dem ersten Halbblech abgewandten Seite des zweiten Halbbleches quer zu den weiteren zweiten Prägestrukturen verlaufend und diese verfallend angeordnet ist, wobei der dritte Dichtungsbereich und der vierte Dichtungsbereich senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, und
- das zweite Halbblech einen weiteren Öffnungsschlitz aufweist, welcher zwischen seiner zweiten Stufe und dem angrenzenden Verteilerfeld angeordnet ist, wobei dreidimensionale weitere dritte Prägestrukturen vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches gewölbt sind, mit den weiteren zweiten Prägestrukturen in einer Fluidströmungsrichtung fluchtend angeordnet sind und sich gegen das erste Halbblech abstützen, wobei der weitere Öffnungsschlitz derart angeordnet ist, dass die im zweiten Halbblech angeordneten weiteren dritten Prägestrukturen von diesem durchschnitten sind. Die Vorteile dieser Anordnung im Bereich einer Fluidaustrittsöffnung sind analog wie oben für die Fluideintrittsöffnung beschrieben vorhanden. Unter „deckungsgleich“ wird dabei auch hier verstanden, dass die Mittellinien des dritten und vierten Dichtungsbereichs senkrecht zu der von der Bipolarplatte aufgespannten Ebene gesehen übereinander liegen. Die Breite des dritten Dichtungsbereichs und des vierten Dichtungsbereichs können sich jedoch geringfügig unterscheiden.
Dabei befindet sich im Übergangsbereich zwischen einem Verteilerfeld und einer Fluiddurchtrittsöffnung auf jeder Seite der Bipolarplatte je ein Öffnungsschlitz, aus dem von einer Fluideintrittsöffnung kommend, ein Fluid über den Öffnungsschlitz in Richtung des Verteilerfeldes und des Aktivfeldes geleitet wird. Weiterhin befindet sich im Übergangsbereich zwischen einem Verteilerfeld und einer Fluiddurchtrittsöffnung auf der gleichen Seite der Bipolarplatte je ein weiterer Öffnungsschlitz, durch welchen das Fluid von Aktivfeld her kommend über ein weiteres Verteilerfeld in Richtung einer Fluidaustrittsöffnung geleitet wird. Dabei wird einem Aktivfeld auf einer ersten Seite der Bipolarplatte ein Oxidationsmittel und einem weiteren Aktivfeld auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Bipolarplatte ein Brennstoff zugeführt.
Besonders bewährt hat sich dabei, wenn der erste Dichtungsbereich und der dritte Dichtungsbereich jeweils als Flachdichtungen ausgebildet sind. Der zweite Dichtungsbereich und der vierte Dichtungsbereich dagegen weisen bevorzugt jeweils zwei parallel verlaufende Dichtwulste auf. Beim Aufbau eines Zellstapels wird dadurch die Dichtigkeit verbessert und die Verpressung der Dichtungen der aufeinandergestapelten Bipolarplatten optimiert.
Die ersten Prägestrukturen und die zweiten Prägestrukturen sind mit ihren Längsachsen vorzugsweise in Richtung einer Fluidströmungsrichtung zwischen der Fluiddurchtrittsöffnung und dem angrenzenden Verteilerfeld ausgerichtet. Die ersten und zweiten Prägestrukturen sind dabei bevorzugt geradlinig langgestreckt und mit gleichbleibender Breite und Länge ausgebildet, so dass diese sich optimal gegeneinander abstüt- zen. Eine erste Fluideintrittsöffnung zur Zuführung und eine erste Fluidaustrittsöffnung zur Abführung von Oxidationsgas ist bevorzugt auf einer ersten Seite der Bipolarplatte eingerichtet. Eine zweite Fluideintrittsöffnung zur Zuführung und eine zweite Fluidaustrittsöffnung zur Abführung von Brenngas ist bevorzugt auf einer zweiten Seite der Bipolarplatte eingerichtet ist.
Insbesondere ist jedes Halbblech der Bipolarplatte im Bereich des ersten Verteilerfeldes, des Aktivfeldes und des zweiten Verteilerfeldes zur Ausbildung von Fluidleitpfaden dreidimensional strukturiert. Eine solche Strukturierung ist insbesondere durch Prägen der Halbbleche gebildet. Die Strukturierung kann durch die Ausbildung von Kanälen, lokal begrenzten Erhebungen oder Vertiefungen und dergleichen erfolgen.
Zwischen dem ersten Halbblech und dem zweiten Halbblech der Bipolarplatte ist bevorzugt ein Fluidleitpfad für ein Kühlmittel ausgebildet. Dieser wird über eine Fluideintrittsöffnung gespeist. Eine Fluidaustrittsöffnung dient der Abführung des Kühlmittels.
Die Aufgabe wird weiterhin für eine elektrochemische Zelle gelöst, umfassend mehrere erfindungsgemäße Bipolarplatten und zwischen zwei Bipolarplatten angeordnet jeweils eine Membran-Elektrodeneinheit, die beidseitig mit jeweils einer Fluidtransportschicht belegt ist.
Bei der elektrochemischen Zelle handelt es sich vorzugsweise um eine Elektrolysezelle zur Elektrolyse von Wasser oder um eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle zur Zerlegung von Wasser in Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsgas.
Bei einer Elektrolysezelle wird eine Fluidtransportschicht auch als poröse Transportschicht, kurz PTL (= porous transport layer), bezeichnet. Bei einer Brennstoffzelle wird eine Fluidtransportschicht häufig als Gasdiffusionsschicht, kurz GDL (= gas diffusion layer), bezeichnet.
Eine Stapelanordnung umfassend mehrere Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen ist ebenfalls ausbildbar. Die Figuren 1 bis 9 sollen die Erfindung bespielhaft erläutern. So zeigt: Figur 1 eine Bipolarplatte in der Draufsicht von einer Seite, Figur 2 einen Querschnitt ll-l I ' durch die Bipolarplatte aus Figur 1 im Bereich einer Fluideintrittsöffnung,
Figur 3 eine Draufsicht auf den Ausschnitt aus der Bipolarplatte gemäß Figur 2,
Figur 4 eine Seitenansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte gemäß Figur 2 von Seiten der Fluideintrittsöffnung gesehen,
Figur 5 eine Seitenansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte gemäß Figur 2 von Seiten des Verteilerfeldes gesehen,
Figur 6 eine dreidimensionale Ansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte gemäß Figur 2 ohne Darstellung der Dichtung 6',
Figur 7 eine dreidimensionale Ansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte gemäß Figur 2 mit Dichtung 6',
Figur 8 einen Querschnitt lll-IH' durch die Bipolarplatte aus Figur 1 im Bereich einer Fluidaustrittsöffnung, und
Figur 9 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Stapelanordnung von elektrochemischen Zellen.
Figur 1 zeigt eine rechteckige Bipolarplatte 1 in der Draufsicht von einer Seite B. Die Bipolarplatte 1 umfasst ein erstes Halbblech 1 a und ein zweites Halbblech 1 b (vergleiche Figur 2), welche fest miteinander verbunden sind, beispielsweise durch ein Verschweißen, Verkleben oder ähnliches. Die Bipolarplatte 1 weist weiterhin mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen 2 auf, die an beiden Enden der rechteckigen Bipolarplatte 1 angeordnet sind. Die Fluiddurchtrittsöffnungen 2 umfassen dabei Fluideintrittsöffnungen 2a, 2c, 2e und Fluidaustrittsöffnungen 2b, 2d, 2f. Zwischen den Fluiddurchtrittsöffnungen 2 befindet sich ein erstes Verteilerfeld 3 zur Verteilung eines Fluids, ein Aktivfeld 4 und ein zweites Verteilerfeld 5 zur Verteilung des Fluids. Diese Anordnung von Fluiddurchtrittsöffnungen 2, Verteilerfeldern 3, 5 und Aktivfeld 4 befindet sich fluchtend dazu auch auf der zweiten Seite A der Bipolarplatte 1 . Die Bipolarplatte 1 weist auf jeder Seite A, B mindestens eine Dichtung 6, 6' (vergleiche Figur 2) auf, deren Verlauf hier der besseren Übersicht halber als gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei verläuft die Dichtung 6, 6' am Umfang einer jeden Halbplatte 1 a, 1 b herum und weiterhin um jede der Fluiddurchtrittsöffnungen 2 herum. In einem Übergangsbereich 7 zwischen der Fluideintrittsöffnung 2c für Brennstoff und dem angrenzenden Verteilerfeld 5 wurde ein Schnitt ll-l I ' angeordnet, der in Figur 2 dargestellt ist.
Dort ist erkennbar, dass das erste Halbblech 1 a ausgehend von der Fluideintrittsöffnung 2c mit einer ersten Stufe 8a und einer zweiten Stufe 8b in Richtung des zweiten Halbbleches 1 b versehen ist. Das zweite Halbblech 1 b ist ausgehend von der Fluideintrittsöffnung 2c im Bereich der ersten Stufe 8a mit einer dritten Stufe 8c in Richtung des ersten Halbbleches 1 a versehen und im Bereich der zweiten Stufe 8b mit einer vierten Stufe 8c versehen, welche vom ersten Halbblech 1 a weggerichtet ist. Das erste Halbblech 1 a weist in einem Bereich zwischen der ersten Stufe 8a und der zweiten Stufe 8b parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale erste Prägestrukturen 9a auf, die in Richtung des zweiten Halbbleches 1 b gewölbt sind. Das zweite Halbblech 1 b weist in einem Bereich zwischen der dritten Stufe 8c und der vierten Stufe 8d parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale zweite Prägestrukturen 9b auf, die in Richtung des ersten Halbbleches 1 a gewölbt sind, mit den ersten Prägestrukturen 9a fluchtend angeordnet sind und sich gegen die ersten Prägestrukturen 9a abstützen. Das erste Halbblech 1 a weist einen ersten Dichtungsbereich 6a in Form einer Flachdichtung auf, welcher im Bereich der ersten Prägestrukturen 9a auf der, dem zweiten Halbblech 1 b abgewandten Seite des ersten Halbbleches 1 a ausgebildet ist und quer zu den ersten Prägestrukturen 9a verlaufend und diese verfallend angeordnet ist. Die ersten Prägestrukturen 9a sind demnach mit Dichtungsmasse aufgefüllt und versteift.
Das zweite Halbblech 1 b weist einen zweiten Dichtungsbereich 6b mit zwei parallel verlaufenden Dichtwulsten 10a, 10b auf, welcher im Bereich der zweiten Prägestrukturen 9b auf der, dem ersten Halbblech 1 a abgewandten Seite des zweiten Halbbleches 1 b quer zu den zweiten Prägestrukturen 9b verlaufend und diese verfallend angeordnet ist. Die zweiten Prägestrukturen 9b sind demnach ebenfalls mit Dichtungsmasse aufgefüllt und versteift.
Dabei liegen der erste Dichtungsbereich 6a und der zweite Dichtungsbereich 6b senkrecht zu einer von der Bipolarplatte 1 aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleichübereinander und verlaufen somit parallel auf der Seite A und der Seite B der Bipolarplatte 1 . Das zweite Halbblech 1 b weist einen Öffnungsschlitz 11 auf, welcher zwischen der vierten Stufe 8d und dem angrenzenden Verteilerfeld 5 angeordnet ist, wobei dreidimensionale dritte Prägestrukturen 9c vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches 1 a gewölbt sind. Die dritten Prägestrukturen 9c sind mit den zweiten Prägestrukturen 9b in einer Fluidströmungsrichtung S fluchtend angeordnet und stützen sich gegen das erste Halbblech 1a ab. Der Öffnungsschlitz 11 ist derart angeordnet, dass die im zweiten Halbblech 1 b angeordneten dritten Prägestrukturen 9c von diesem durchschnitten sind. Es ist demnach bei der Bildung des Öffnungsschlitzes 11 ein Teil des zweiten Halbbleches 1 b ausgetrennt worden, das einen Teil der zuvor gebildeten dritten Prägestrukturen 9c beinhaltete.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den Ausschnitt aus der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 2. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 2 kennzeichnen gleiche Elemente.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 2 von Seiten der Fluideintrittsöffnung 2c aus gesehen. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Deutlich sind nun die ersten Prägestrukturen 9a und die zweiten Prägestrukturen 9b zu erkennen, die sich aufeinander abstützen und zwischen den beiden Halbblechen 1 a, 1 b einen Strömungskanal für ein Fluid ausbilden. Der Strömungskanal läuft auf den Öffnungsschlitz 11 zu.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 2 von Seiten des Verteilerfeldes 5 aus gesehen. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Deutlich sind nun die dritten Prägestrukturen 9c und der Öffnungsschlitz 11 zu erkennen, der ein Fluid zwischen den beiden Halbblechen 1 a, 1 b hindurchströmen lässt.
Figur 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 2 ohne Darstellung der Dichtung 6' beziehungsweise des zweiten Dichtungsbereiches 6b. In der zweiten Halbplatte 1 b sind die langestreckten zweiten Prägestrukturen 9b sowie die dritten Prägestrukturen 9c zu erkennen, welche in Fluidströmungsrichtung S fluchtend hintereinander angeordnet sind. Die ersten Prä- gestrukturen 9a im ersten Halbblech 1a sind hier nicht zu erkennen. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 2 kennzeichnen gleiche Elemente.
Figur 7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Ausschnitts aus der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 2 mit der Dichtung 6' beziehungsweise dem zweiten Dichtungsabschnitt 6b. Die ersten Prägestrukturen 9a im ersten Halbblech 1 a und die dritten Prägestrukturen 9c im zweiten Halbblech 1 b sind hier zu erkennen. Die zweiten Prägestrukturen 9b im zweiten Halbblech 1 b sind hier nicht zu erkennen und von der Dichtung 6' bedeckt. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 2 kennzeichnen gleiche Elemente.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt lll-IH' durch die Bipolarplatte 1 aus Figur 1 im Bereich einer Fluidaustrittsöffnung 2d für nicht verbrauchten Brennstoff. In einem Übergangsbereich 7 zwischen der Fluidaustrittsöffnung 2d und dem angrenzenden Verteilerfeld 3 weist das erste Halbblech 1 a ausgehend von der Fluidaustrittsöffnung 2d eine dritte Stufe 8c' und eine vierte Stufe 8d' in Richtung des zweiten Halbbleches 1 b auf. Das zweite Halbblech 1 b ist ausgehend von der Fluidaustrittsöffnung 2d im Bereich der dritten Stufe 8c' im ersten Halbblech 1 a mit einer ersten Stufe 8a' in Richtung des ersten Halbbleches 1 a versehen und im Bereich der vierten Stufe 8d' im ersten Halbblech 1 a mit einer zweiten Stufe 8b' versehen, welche vom ersten Halbblech 1 a weggerichtet ist. Das erste Halbblech 1 a weist in einem Bereich zwischen seiner dritten Stufe 8c' und seiner vierten Stufe 8d' parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere erste Prägestrukturen 9a' auf, die in Richtung des zweiten Halbbleches 1 b gewölbt sind. Das zweite Halbblech 1 b weist in einem Bereich zwischen seiner ersten Stufe 8a' und seiner zweiten Stufe 8b' parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere zweite Prägestrukturen 9b' auf, die in Richtung des ersten Halbbleches 1 a gewölbt sind, mit den weiteren ersten Prägestrukturen 9a' fluchtend angeordnet sind und sich gegen die weiteren ersten Prägestrukturen 9a' abstützen. Das erste Halbblech 1 a weist einen dritten Dichtungsbereich 6c auf, welcher im Bereich der weiteren ersten Prägestrukturen 9a' auf der, dem zweiten Halbblech 1 b abgewandten Seite des ersten Halbbleches 1 a ausgebildet ist und quer zu den weiteren ersten Prägestrukturen 9a' verlaufend und diese verfallend angeordnet ist. Die weiteren ersten Prägestrukturen 9a' sind demnach mit Dichtungsmasse aufgefüllt und versteift. Das zweite Halbblech 1 b weist einen vierten Dichtungsbereich 6d auf, welcher im Bereich der weiteren zweiten Prägestrukturen 9b' auf der, dem ersten Halbblech 1a abgewandten Seite des zweiten Halbbleches 1 b quer zu den weiteren zweiten Prägestrukturen 9b' verlaufend und diese verfüllend angeordnet ist. Die weiteren zweiten Prägestrukturen 9b' sind demnach mit Dichtungsmasse aufgefüllt und versteift.
Der dritte Dichtungsbereich 6c in Form einer Flachdichtung und der vierte Dichtungsbereich 6d umfassend zwei parallel zueinander verlaufende Dichtwulste 10a, 10b verlaufen senkrecht zu einer von der Bipolarplatte 1 aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander und verlaufen somit parallel auf der Seite A und der Seite B der Bipolarplatte 1 .
Das zweite Halbblech 1 b weist einen weiteren Öffnungsschlitz 11 ' aufweist, welcher zwischen seiner zweiten Stufe 8b' und dem angrenzenden Verteilerfeld 3 angeordnet ist, wobei dreidimensionale weitere dritte Prägestrukturen 9c' vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches 1a gewölbt sind. Die weiteren zweiten Prägestrukturen 9b' und die weiteren dritten Prägestrukturen 9c' sind in einer Fluidströmungsrichtung S fluchtend angeordnet und stützen sich gegen das erste Halbblech 1a ab. Der weitere Öffnungsschlitz 11 ' ist derart angeordnet, dass die im zweiten Halbblech 1 b angeordneten weiteren dritten Prägestrukturen 9c' von diesem durchschnitten sind.
Es ist demnach bei der Bildung des weiteren Öffnungsschlitzes 11 ' ein Teil des zweiten Halbbleches 1 b ausgetrennt worden, das einen Teil der zuvor gebildeten weiteren dritten Prägestrukturen 9c' beinhaltete.
Auf der Seite B der Bipolarplatte 1 befinden sich, wie oben beschrieben und in den Figuren 2 und 8 gezeigt, demnach der Einlass und Auslass für das Brenngas, wie insbesondere in Form von Wasserstoff.
Auch auf der Seite A der Bipolarplatte 1 gemäß Figur 1 befindet sich eine Anordnung zum Einlass und Auslass eines Fluids in Form eines Oxidationsmittels, wie insbesondere in Form von Luft oder Sauerstoff. Dabei strömt das Oxidationsmittel über die Fluideintrittsöffnung 2a auf die Seite A der Bipolarplatte 1 und damit über eine analoge Anordnung wie im Übergangsbereich 7 auf der Seite B der Bipolarplatte 1 über einen Öffnungsschlitz in der ersten Halbplatte 1a in ein Verteilerfeld, auf das Aktivfeld, in ein weiteres Verteilerfeld und einen weiteren Öffnungsschlitz in der ersten Halbplatte 1a in Richtung der Fluidaustrittsöffnung 2b. Dabei ist für die Anordnung im Übergangsbereich auf der Seite A der Bipolarplatte 1 lediglich die Bezeichnung der Halbplatten umgekehrt zu verwenden. Das grundsätzliche Design für den Einlass und den Auslass des Oxidationsmittels entspricht dem für den Einlass und Auslass des Brennstoffs auf der Seite B der Bipolarplatte 1 .
Die Fluideintrittsöffnung 2e (vergleiche Figur 1 ) ist für die Zuführung von Kühlmittel in einen nicht näher dargestellten Fluidleitpfad oder Strömungsraum zwischen den beiden Halbplatten 1a, 1 b der Bipolarplatte 1 eingerichtet. Das Kühlmittel strömt die rechteckige Bipolarplatte 1 entlang und in die Fluidaustrittsöffnung 2f, wobei die Geometrie des Fluidleitpfades von den beiden strukturierten Halbblechen 1a, 1 b vorgegeben ist. Der Bereich zwischen der Fluidaustrittsöffnung 2f am Übergang in den Fluidleitpfad zwischen den Halbplatten 1a, 1 b unterliegt dabei keinen Design-Vorgaben und kann beliebig ausgeführt werden.
Die geometrische Ausgestaltung der Fluiddurchtrittsöffnungen 2, der Verteilerfelder 3, 5 und des Aktivfeldes 4 sind dabei in weiten Grenzen veränderbar und müssen nicht, wie in den Figuren 1 bis 8 dargestellt, ausgebildet sein.
Figur 9 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Stapelanordnung 20 von mehreren elektrochemischen Zellen 12. Eine elektrochemische Zelle 12 umfasst dabei mehrere Bipolarplatten 1 , 1 ' und zwischen zwei Bipolarplatten 1 , 1 ' angeordnet jeweils eine Membran-Elektrodeneinheit 13, die beidseitig mit jeweils einer hier nicht gesondert dargestellten Fluidtransportschicht belegt ist. Der besseren Übersicht halber wurde auch auf die Darstellung der Verteilerfelder zwischen den Fluiddurchtrittsöffnungen 2 und dem Aktivfeld 4 verzichtet. Der Querschnitt der Fluiddurchtrittsöffnungen 2 wurde hier im Unterschied zu Figur 1 kreisrund ausgebildet. Bezuqszeichenliste
I , r Bipolarplatte
1a, 1 b Halbblech
2 Fluiddurchtrittsöffnung
2a, 2c, 2e Fluideintrittsöffnung
2b, 2d, 2f Fluidaustrittsöffnung
3 erstes Verteilerfeld
4 Aktivfeld
5 zweites Verteilerfeld
6, 6' Dichtung
6a erster Dichtungsbereich
6b zweiter Dichtungsbereich
6c dritter Dichtungsbereich
6d vierter Dichtungsbereich
7 Übergangsbereich
8a, 8a' erste Stufe
8b, 8b' zweite Stufe
8c, 8c' dritte Stufe
8d, 8d' vierte Stufe
9a, 9a' erste Prägestrukturen
9b, 9b' zweite Prägestrukturen
9c, 9c' dritte Prägestrukturen
10a, 10b Dichtwulst
I I , 11 ' Öffnungsschlitz
12 elektrochemische Zelle
13 Membran-Elektrodeneinheit
20 Stapelanordnung
A erste Seite der Bipolarplatte
B zweite Seite der Bipolarplatte
S Fluidströmungsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Bipolarplatte (1 ), umfassend ein erstes Halbblech (1a) und ein zweites Halbblech (1b), welche fest miteinander verbunden sind, wobei die Bipolarplatte (1 ) mehrere Fluiddurchtrittsöffnungen (2) umfassend Fluideintrittsöffnungen (2a, 2c, 2e) und Fluidaustrittsöffnungen (2b, 2d, 2f) aufweist, wobei ein erstes Verteilerfeld (3) zur Verteilung eines Fluids, ein Aktivfeld (4) und ein zweites Verteilerfeld (5) zur Verteilung des Fluids beidseitig auf der Bipolarplatte (1) angeordnet sind, und mit mindestens einer Dichtung (6, 6') auf je einer Seite der Bipolarplatte (1 ), wobei in mindestens einem Übergangsbereich (7) zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung (2) und einem angrenzenden Verteilerfeld (3, 5)
- das erste Halbblech (1a) ausgehend von einer Fluideintrittsöffnung (2a, 2c, 2e) mit einer ersten Stufe (8a) und einer zweiten Stufe (8b) in Richtung des zweiten Halbbleches (1 b) versehen ist,
- das zweite Halbblech (1 b) ausgehend von der Fluideintrittsöffnung (2a, 2c, 2e) im Bereich der ersten Stufe (8a) mit einer dritten Stufe (8c) in Richtung des ersten Halbbleches (1a) versehen ist und im Bereich der zweiten Stufe (8b) mit einer vierten Stufe (8c) versehen ist, welche vom ersten Halbblech (1a) weggerichtet ist,
- das erste Halbblech (1a) in einem Bereich zwischen der ersten Stufe (8a) und der zweiten Stufe (8b) parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale erste Prägestrukturen (9a) aufweist, die in Richtung des zweiten Halbbleches (1 b) gewölbt sind,
-das zweite Halbblech (1 b) in einem Bereich zwischen der dritten Stufe (8c) und der vierten Stufe (8d) parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale zweite Prägestrukturen (9b) aufweist, die in Richtung des ersten Halbbleches (1a) gewölbt sind, mit den ersten Prägestrukturen (9a) fluchtend angeordnet sind und sich gegen die ersten Prägestrukturen (9a) abstützen,
- das erste Halbblech (1a) einen ersten Dichtungsbereich (6a) aufweist, welcher im Bereich der ersten Prägestrukturen (9a) auf der, dem zweiten Halbblech (1 b) abgewandten Seite des ersten Halbbleches (1a) ausgebildet ist und quer zu den ersten Prägestrukturen (9a) verlaufend und diese verfallend angeordnet ist,
- das zweite Halbblech (1 b) einen zweiten Dichtungsbereich (6b) aufweist, welcher im Bereich der zweiten Prägestrukturen (9b) auf der, dem ersten Halbblech (1a) abgewandten Seite des zweiten Halbbleches (1 b) quer zu den zweiten Prägestrukturen (9b) verlaufend und diese verfallend angeordnet ist, wobei der erste Dichtungsbereich (6a) und der zweite Dichtungsbereich (6b) senkrecht zu einer von der Bipolarplatte (1 ) aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, und
- das zweite Halbblech (1 b) einen Öffnungsschlitz (11 ) aufweist, welcher zwischen der vierten Stufe (8d) und dem angrenzenden Verteilerfeld (5) angeordnet ist, wobei dreidimensionale dritte Prägestrukturen (9c) vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches (1a) gewölbt sind, mit den zweiten Prägestrukturen (9b) in einer Fluidströmungsrichtung (S) fluchtend angeordnet sind und sich gegen das erste Halbblech (1a) abstützen, wobei der Öffnungsschlitz (11 ) derart angeordnet ist, dass die im zweiten Halbblech (1 b) angeordneten dritten Prägestrukturen (9c) von diesem durchschnitten sind.
2. Bipolarplatte (1 ) nach Anspruch 1 , wobei in mindestens einem Übergangsbereich (7) zwischen einer Fluiddurchtrittsöffnung (2) und einem angrenzenden Verteilerfeld (3, 5)
- das erste Halbblech (1a) ausgehend von einer Fluidaustrittsöffnung (2b, 2d, 2f) mit einer dritten Stufe (8c') und einer vierten Stufe (8d') in Richtung des zweiten Halbbleches (1 b) versehen ist,
- das zweite Halbblech (1 b) ausgehend von der Fluidaustrittsöffnung (2b, 2d, 2f) im Bereich der dritten Stufe (8c') im ersten Halbblech (1a) mit einer ersten Stufe (8a') in Richtung des ersten Halbbleches (1a) versehen ist und im Bereich der vierten Stufe (8d') im ersten Halbblech (1a) mit einer zweiten Stufe (8b') versehen ist, welche vom ersten Halbblech (1a) weggerichtet ist,
- das erste Halbblech (1a) in einem Bereich zwischen seiner dritten Stufe (8c') und seiner vierten Stufe (8d') parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere erste Prägestrukturen (9a') aufweist, die in Richtung des zweiten Halbbleches (1 b) gewölbt sind,
-das zweite Halbblech (1 b) in einem Bereich zwischen seiner ersten Stufe (8a') und seiner zweiten Stufe (8b') parallel zueinander ausgerichtete, langgestreckte dreidimensionale weitere zweite Prägestrukturen (9b') aufweist, die in Richtung des ersten Halbbleches (1a) gewölbt sind, mit den weiteren ersten Prägestrukturen (9a') fluchtend angeordnet sind und sich gegen die weiteren ersten Prägestrukturen (9a') abstützen, - das erste Halbblech (1a) einen dritten Dichtungsbereich (6c) aufweist, welcher im Bereich der weiteren ersten Prägestrukturen (9a') auf der, dem zweiten Halbblech (1 b) abgewandten Seite des ersten Halbbleches (1a) ausgebildet ist und quer zu den weiteren ersten Prägestrukturen (9a') verlaufend und diese verfallend angeordnet ist,
- das zweite Halbblech (1 b) einen vierten Dichtungsbereich (6d) aufweist, welcher im Bereich der weiteren zweiten Prägestrukturen (9b') auf der, dem ersten Halbblech (1a) abgewandten Seite des zweiten Halbbleches (1 b) quer zu den weiteren zweiten Prägestrukturen (9b') verlaufend und diese verfallend angeordnet ist, wobei der dritte Dichtungsbereich (6c) und der vierte Dichtungsbereich (6d) senkrecht zu einer von der Bipolarplatte (1 ) aufgespannten Ebene gesehen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, und
- das zweite Halbblech (1 b) einen weiteren Öffnungsschlitz (11 ') aufweist, welcher zwischen seiner zweiten Stufe (8b') und dem angrenzenden Verteilerfeld (3) angeordnet ist, wobei dreidimensionale weitere dritte Prägestrukturen (9c') vorhanden sind, die in Richtung des ersten Halbbleches (1a) gewölbt sind, mit den weiteren zweiten Prägestrukturen (9b') in einer Fluidströmungsrichtung (S) fluchtend angeordnet sind und sich gegen das erste Halbblech (1a) abstützen, wobei der weitere Öffnungsschlitz (11 ') derart angeordnet ist, dass die im zweiten Halbblech (1 b) angeordneten weiteren dritten Prägestrukturen (9c') von diesem durchschnitten sind.
3. Bipolarplatte (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste Dichtungsbereich (6a) und der dritte Dichtungsbereich (6c) jeweils als Flachdichtungen ausgebildet sind.
4. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Dichtungsbereich (6b) und der vierte Dichtungsbereich (6d) jeweils zwei parallel verlaufende Dichtwulste (10a, 10b) aufweisen.
5. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Prägestrukturen (9a, 9a') und die zweiten Prägestrukturen (9b, 9b') mit ihren Längsachsen in Richtung einer Fluidströmungsrichtung (S) zwischen der Fluiddurchtrittsöffnung (2) und dem angrenzenden Verteilerfeld (3, 5) ausgerichtet sind.
6. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine erste Fluideintrittsöffnung (2a) zur Zuführung und eine erste Fluidaustrittsöffnung (2b) zur Abführung von Oxidationsgas auf einer ersten Seite (A) der Bipolarplatte (1 ) eingerichtet ist.
7. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine zweite Fluideintrittsöffnung (2c) zur Zuführung und eine zweite Fluidaustrittsöffnung (2d) zur Abführung von Brenngas auf einer zweiten Seite (B) der Bipolarplatte (1 ) eingerichtet ist.
8. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jedes Halbblech (1 a, 1 b) im Bereich des ersten Verteilerfeldes (3), des Aktivfeldes (4) und des zweiten Verteilerfeldes (5) zur Ausbildung von Fluidleitpfaden dreidimensional strukturiert ist.
9. Bipolarplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen dem ersten Halbblech (1 a) und dem zweiten Halbblech (1 b) ein Fluidleitpfad für ein Kühlmittel ausgebildet ist.
10. Elektrochemische Zelle (12), umfassend mehrere Bipolarplatten (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und zwischen zwei Bipolarplatten (1 , 1 ') angeordnet jeweils eine Membran-Elektrodeneinheit (13), die beidseitig mit jeweils einer Fluidtransportschicht belegt ist.
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