EP4774432A1 - Plattenförmiges element eines zellenstapels und zellenstapel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Element (10) eines Zellenstapels (2) eines elektrochemischen Systems (1), aufweisend eine erste Plattenseite (26), eine zweite Plattenseite (27) und eine Mehrzahl an Durchbrechungen (13, 21, 22, 23, 23'), sowie eine erste Strukturierung (14) zur Ausbildung eines Flussfeldes für Kühlmittel und mehrere weitere Strukturierungen (14') zur Ausbildung von Verteilern für Betriebsmedien auf der ersten Plattenseite (26). Die Strukturierung (14) umfasst eine Kühlmittelleitstruktur (15, 16), durch welche einen ersten Kühlmittelpfad (15) und einen spiegelsymmetrisch dazu angeordneten zweiten Kühlmittelpfad (16) gebildet sind, welche jeweils ausgehend von einer der Durchbrechungen (21 ) einen langgestreckten Einströmabschnitt (17), einen vom Einströmabschnitt (17) ausgehenden, sich auffächernden und mindestens einen Mäanderbogen (19) beschreibenden Mittelabschnitt (18) und einen an den Mittelabschnitt (18) anschließenden, im Vergleich zum Mittelabschnitt (18) verengten langgestreckten Ausströmabschnitt (20) aufweisen. Eine Längsachse (30) des Einströmabschnitts (17) des ersten Kühlmittelpfades (15) stimmt dabei mit einer Längsachse (30) des Ausströmabschnitts (20) des zweiten Kühlmittelpfades (16) überein sowie stimmt eine Längsachse (30') des Einströmabschnitts (17) des zweiten Kühlmittelpfades (16) mit einer Längsachse (30') des Ausströmabschnitts (20) des ersten Kühlmittelpfades (15) überein. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Zellenstapel (2) umfassend eine Mehrzahl an solchen plattenförmigen, zueinander parallelen Elementen (10).

Description

Plattenförmiqes Element eines Zellenstapels und Zellenstapel

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Element eines Zellenstapels eines elektrochemischen Systems umfassend elektrochemische Zellen, beispielsweise Brennstoffzellen, Elektrolysezellen oder Redox-Flow-Zellen. Ferner betrifft die Erfindung einen solchen Zellenstapel.

Ein plattenförmiges Element, nämlich eine Elektrodenplatte, für ein Elektrolysesystem ist beispielsweise aus der DE 10 2022 110 122 A1 bekannt. Bei diesem Elektrolysesystem ist ein Kühlmittelkreislauf vorhanden, der hermetisch getrennt vom Prozesswasser zur Herstellung von Wasserstoff verläuft. Es ist eine Anodenplatte und eine davon beabstandete Kathodenplatte vorhanden, wobei die Anodenplatte als in den Kühlmittelkreislauf integrierte Wärmetauscherplatte fungiert. Die Anodenplatte und die Kathodenplatte sind aus zwei Halbblechen gebildet, die zusammen eine Bipolarplatte ausbilden und unterschiedliche Oberflächen und Wandstärken aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fortschritte bei der Herstellung von elektrochemischen Zellenstapeln und deren Komponenten gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten und der erreichbaren Kühlleistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein plattenförmiges Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das plattenförmige Element ist zum Einbau in einem Zellenstapel eines elektrochemischen Systems gemäß Anspruch 10 geeignet.

Bei dem Zellenstapel handelt es sich beispielsweise um einen Elektrolysezellenstapel. Alternativ kann der Zellenstapel beispielsweise als Stapel aus Brennstoffzellen oder Redox-Flow-Zellen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße plattenförmige Element weist eine erste Plattenseite, eine zweite Plattenseite und eine Mehrzahl an Durchbrechungen, sowie eine erste Strukturierung zur Ausbildung eines Flussfeldes für Kühlmittel und mehrere weitere Strukturierungen zur Ausbildung von Verteilern für Betriebsmedien auf der ersten Plattenseite auf. Die erste Strukturierung des plattenförmigen Elements umfasst eine Kühlmittelleitstruktur, wobei durch diese ein erster Kühlmittelpfad und ein spiegelsymmetrisch dazu angeordneter zweiter Kühlmittelpfad gebildet sind, welche jeweils ausgehend von einer der Durchbrechungen einen langgestreckten Einströmabschnitt, einen vom Einströmabschnitt ausgehenden, sich auffächernden, mindestens einen Mäanderbogen beschreibenden Mittelabschnitt und einen an den Mittelabschnitt anschließenden, entsprechend der Dimensionierung des Einströmabschnitt im Vergleich zum Mittelabschnitt verengten langgestreckten Ausströmabschnitt aufweisen. Dabei stimmt eine Längsachse des Einströmabschnitts des ersten Kühlmittelpfades mit einer Längsachse des Ausströmabschnitts des zweiten Kühlmittelpfades überein sowie stimmt eine Längsachse des Einströmabschnitts des zweiten Kühlmittelpfades mit einer Längsachse des Ausströmabschnitts des ersten Kühlmittelpfades überein.

Dabei ist das plattenförmige Element einteilig oder zweiteilig aufgebaut, um die Anzahl an Bauteilen in einem elektrochemischen System zu minimieren. Dabei ist das plattenförmige Element bevorzugt aus einem oder zwei massiven Bauteilen gebildet, deren Strukturierung durch Fräsen oder Ätzen aus einem Vollmaterial, insbesondere Stahl, heraus erfolgt. Insbesondere im Fall einer Verwendung des plattenförmiges Elementes bei einer Hochdruckelektrolyse werden dabei Plattendicken im Millimeterbereich, bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 mm, benötigt, um eine entsprechende Stabilität auch zu gewährleisten. Das plattenförmige Element weist im Fall, dass es zweiteilig ausgebildet ist, bevorzugt die erste Strukturierung zur Ausbildung des Flussfeldes für Kühlmittel auf einem Flussfeld-Einlegeelement auf, welches formschlüssig in eine Vertiefung auf der ersten Plattenseite einlegbar ist.

Insbesondere stimmt die Breite des Einströmabschnitts mit der Breite des Ausströmabschnitts überein. Alternativ können Ein- und Ausströmabschnitt unterschiedlich breit sein. Insbesondere liegt weiterhin eine Spiegelsymmetrie zwischen dem Einströmabschnitt und dem Ausströmabschnitt des jeweiligen Kühlmittelpfades, also des ersten Kühlmittelpfades und des zweiten Kühlmittelpfades, vor.

Zusätzlich zur Kühlmittelleitstruktur kann das plattenförmige Element in vielfältiger Weise mit weiteren Strukturen versehen sein, welchen eine Funktion innerhalb des Zellenstapels, das heißt Stapels elektrochemischer Zellen, zukommt. Die gemäß Anspruch 1 gegebenen Merkmale der Kühlmittelleitstruktur stellen eine Basis für eine großflächige, widerstandsarme Kühlung dar, wobei zugleich ausreichend Raum für die Platzierung zusätzlicher, vom Kühlmittelstrom getrennter Strukturen verbleibt. Aufgrund der speziellen Anordnung der Ein- und Ausströmabschnitte auf der ersten Plattenseite können auch die, oft von einem Wärmestau betroffenen Eckbereiche in einem Zellenstapel flächiger mit Kühlmittel beaufschlagt werden und die Kühlleistung kann dadurch signifikant gesteigert werden.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Zellenstapel elektrochemischer Systeme aus einer Vielzahl flächiger Einzelkomponenten aufgebaut sind. Je nach Integrationsgrad der Einzelkomponenten können technische und logistische Herausforderungen an unterschiedlichen Stellen des Herstellungsprozesses auftreten. Werden Einzelkomponenten verwendet, welche jeweils matenaleinheitlich aufgebaut sind und eine simple Form haben, so ist nicht nur die Handhabung einer Vielzahl verschiedenster Einzelteile erforderlich, sondern beim Zusammenbau des Zellenstapels auch die Thematik sehr langer Toleranzketten zu beachten. Gerade bei Systemen, die Wasserstoff führen, sind sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit zu erfüllen, wobei sich geometrische Abweichungen von Sollwerten innerhalb des Zellenstapels addieren können. Werden dagegen größere vormontierte Baugruppen zum Endprodukt, das heißt Zellenstapel, zusammengesetzt, so sind zusätzlich zu einer einmaligen Prüfung des Endproduktes viele einzelne Prüfungsschritte, auch auf Dichtheit, bereits in vorgelagerten Fertigungsprozessen durchzuführen. Hinzu kommt, dass die Montage geometrisch komplexer, matenaluneinheitlich aufgebauter Vorprodukte aufwändiger als das Montieren einfacher gestalteter, beispielsweise metallischer, flächiger Ausgangsprodukte ist.

Ausgehend von diesen Überlegungen wird mit dem anmeldungsgemäßen plattenförmigen Element eine matenaleinheitlich aufgebaute Komponente eines Zellenstapels bereitgestellt, welche zusätzlich zu ihrer Funktion als Kühlelement mit geeigneter Kühlmittelleitstruktur, zum Beispiel einschließlich Kühlrippen, weitere Funktionen bereitstellt, welche in unterschiedlichster Weise kombinierbar sind. Bei Verwendung in einem Elektrolysezellenstapel können durch das plattenförmige Element beispielsweise folgende Funktionen realisiert sein:

- Pol-Platte der elektrochemischen Zelle,

- Zell-Rahmen, ein Aktivfeld umschließend,

- Verteilerfeld für Prozesswasser und/oder weitere Betriebsmedien,

- Sammlerfelder, insbesondere für Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser,

- Aufnahmen für Dichtungen.

Bei den Dichtungen, welche in die Aufnahmen, welche durch das plattenförmige Element bereitgestellt werden, einzulegen sind, kann es sich beispielsweise um schnurförmige Dichtungen, insbesondere O-Ring-Dichtungen, handeln. Ebenso können in- situ-geformte Dichtungen in Form angespritzter oder eingedruckter Dichtungen vorgesehen sein. Auch die Montage polymer- oder metallbasierter Flachdichtungen auf dem plattenförmigen Element ist möglich.

Unabhängig von der Art des elektrochemischen Systems ist innerhalb des plattenförmigen Elementes eine Spiegelsymmetrie zwischen den beiden Kühlmittelpfaden gegeben. Pro Kühlmittelpfad existieren zum Beispiel zwei oder mehr hintereinanderge- schaltete Mäanderbögen. Die Längsachsen der Ein- und Ausströmabschnitte sind entlang der Diagonalen des plattenförmigen Elementes ausgerichtet, wobei von einer rechteckigen oder quadratischen Grundform des genannten, für den Einbau in einen Plattenstapel vorgesehenen plattenförmigen Elementes ausgegangen wird.

Gemäß dieser Ausgestaltung existieren somit insgesamt vier in sich gerade, in der Draufsicht bevorzugt rechteckige oder annähernd rechteckige, langgestreckte Ein- und Ausströmabschnitte, wobei an jeder der vier Seiten des plattenförmigen Elementes eine V-Anordnung mit zwei voneinander getrennten V-Schenkeln beschrieben wird. Aufgrund der gewählten Form des Umfangs der Durchbrechungen für die Ein- und Ausleitung von Kühlmittel kann in der Draufsicht eine lediglich annähernd rechteckige Form der Ein- und Ausströmabschnitte vorliegen. Jeder V-Schenkel ist hierbei durch einen der Ein- oder Ausströmabschnitte gebildet.

Zwischen den beiden Einströmabschnitten kann mindestens ein Paar an schlitzförmigen, längs einer gemeinsamen Geraden platzierten Öffnungen zur Betriebsmediendurchführung angeordnet sein. In entsprechender Weise können auch zwischen den beiden Ausströmabschnitten mindestens zwei schlitzförmige, längs einer gemeinsamen Geraden platzierte Öffnungen zur Betriebsmediendurchführung in das plattenförmige Element integriert sein, wobei die beiden genannten Geraden zueinander parallel sind. Optional können weiterhin zwischen einem Einströmabschnitt und einem Ausströmabschnitt jeweils ein weiteres Paar an schlitzförmigen, jeweils längs einer gemeinsamen Geraden platzierte Öffnungen zur Betriebsmediendurchführung entlang des jeweiligen Kühlmittelpfades angeordnet sein.

Zwei weitere, zueinander parallele Geraden können jeweils durch den Mittelpunkt einer Durchbrechung in dem plattenförmigen Element, an welche einer der Einströmabschnitte anschließt, sowie durch den Mittelpunkt der Durchbrechung, an welche der zugehörige Ausströmabschnitt anschließt, gelegt werden. Die Gesamtheit der schlitzförmigen Durchbrechungen zur Betriebsmediendurchführung kann zwischen den beiden letztgenannten Geraden angeordnet sein. Optional geht von einzelnen oder allen schlitzförmigen, der Betriebsmediendurchfüh- rung dienenden Öffnungen eine der Strukturierung des plattenförmigen Elements zuzurechnende lineare, insgesamt sternförmig auf den Mittelpunkt des plattenförmigen Elementes zu gerichtete, außerhalb der Mäanderbögen befindliche Kanalstruktur aus. Sämtliche Paare an schlitzförmigen Öffnungen können hierbei innerhalb einer rechteckigen Fläche angeordnet sein, deren Ecken durch die Mittelpunkte der Durchbrechungen gebildet sind, an welche jeweils ein Ein- oder Ausströmabschnitt anschließt.

Verschiedenste Ausgestaltungen des plattenförmigen Elements können sich dadurch auszeichnen, dass dieses auf genau der ersten Plattenseite, hier der Kühlmittelseite, strukturiert ist, wogegen die zweite Plattenseite des plattenförmigen Elements eben ist. Alternativ können beide Seiten des plattenförmigen Elements dreidimensional strukturiert sein. Hierbei kann auf der zweiten Plattenseite Betriebsmedien, im Fall eines Elektrolyseurs beispielsweise Prozesswasser und Gas, geleitet und verteilt werden.

Das ein- oder zweiteilige plattenförmige Element weist bevorzugt auf der zweiten Plattenseite eine rechteckige Vertiefung zur Aufnahme eines offen-porösen Materials in Form einer oder auch mehrerer poröser Transportschichten auf. Die Vertiefung erleichtert die lagerichtige Anordnung der Transportschicht(en).

Der Begriff „poröse Transportschicht“ ist insbesondere bei Elektrolyseuren bekannt, während im Bereich von Brennstoffzellen der Begriff Gasdiffusionsschicht analog dazu bekannt ist. Dabei kann eine solche Transportschicht auch aus zwei oder mehr unterschiedlichen offen-porösen Lagen bestehen, wobei die Porendurchmesser in Richtung der Membran im Zellenstapel üblicherweise abnehmen. Auch kann eine solche Transportschicht Lagen aus unterschiedlichen Materialien umfassen.

Das plattenförmige Element weist im Fall, dass es zweiteilig ausgebildet ist, bevorzugt die erste Strukturierung zur Ausbildung des Flussfeldes für Kühlmittel auf einem Flussfeld-Einlegeelement auf, welches formschlüssig in eine Vertiefung auf der ersten Plattenseite einlegbar ist.

Am Umfang des Flussfeld-Einlegeelements ist bevorzugt eine umlaufende Dichtung angeordnet, die an das Flussfeld-Einlegeelement angespritzt ist und ein spielfreies und formschlüssiges Einlegen in die Vertiefung auf der ersten Plattenseite gewährleistet.

Das plattenförmige Element selbst kann weiterhin an seinem Umfang eine umlaufende, angespritzte Dichtung aufweisen, die zur Abdichtung gegenüber weiteren Bauteilen in einem Zellenstapel dienen kann.

Innerhalb des komplett montierten Zellenstapels kann das plattenförmige Element ein weiteres plattenförmiges Element der gleichen Form und/oder mindestens ein sonstiges metallisches oder nichtmetallisches Element kontaktieren. Zwei plattenförmige Elemente werden dabei vorzugsweise so miteinander kombiniert, dass die ersten Plattenseiten aufeinander zum Liegen kommen und dazwischen das Kühlmittel strömen kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen, jeweils vereinfacht:

Fig. 1 einen Zellenstapel eines elektrochemischen Systems in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein einteiliges plattenförmiges Element auf der ersten Plattenseite nach Fig. 1 ,

Fig. 3 eine dreidimensionale Ansicht eines weiteren einteiligen plattenförmigen Elements auf der ersten Plattenseite,

Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht des weiteren einteiligen plattenförmigen Elements gemäß Figur 3 auf der zweiten Plattenseite, Fig. 5 ein Flussfeld-Einlegeelement zur Ausbildung eines zweiteiligen plattenförmigen Elements in dreidimensionaler Ansicht, und

Fig. 6 eine Platte in dreidimensionaler Ansicht zum Einlegen des Flussfeld-Ein- legeelements gemäß Figur 5 unter Ausbildung eines zweiteiligen plattenförmigen Elements.

Ein insgesamt in Figur 1 mit 1 bezeichnetes elektrochemisches System ist im vorliegenden Fall als Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser beziehungsweise Prozesswasser ausgebildet. Kernkomponente des Elektrolyseurs ist ein Zellenstapel 2, welcher kurz auch als Stack bezeichnet wird und eine Vielzahl an elektrochemischen Zellen 3, das heißt Elektrolysezellen, umfasst.

Jede Elektrolysezelle 3 ist aus zwei Halbzellen 4, 5 aufgebaut, wobei eine Membran 6 die beiden Halbzellen 4, 5 voneinander trennt. Offen-poröses Material in Form mindestens einer porösen Transportschicht innerhalb der Halbzellen 4, 5 ist mit 7, 7' bezeichnet. Zwei Endplatten 8, 9 begrenzen den gesamten Stack oder Zellenstapel 2. In den Endplatten 8, 9 befinden sich Öffnungen 11 , 11 ' zur Durchleitung von Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, sowie Öffnungen 12, 12' durch Durchleitung von Betriebsmedien, insbesondere Prozesswasser und Reaktionsprodukten wie Sauerstoff und Wasserstoff, des elektrochemischen Systems 1. Der gesamte Stack oder Zellenstapel 2 ist durch nicht dargestellte Zuganker verspannt. Die Zuganker sind durch nicht dargestellte, in den Endplatten 8, 9 befindliche Öffnungen gesteckt, welche mit Öffnungen 13 fluchten, die sich in zahlreichen plattenförmigen Elementen 10 des Zellenstapels 2 befinden.

Bei den plattenförmigen Elementen 10, vergleiche Figur 2, handelt es sich hier um massive gefräste und/oder geätzte Metallteile mit einer ersten Plattenseite 26, welche eine erste Strukturierung 14 zur Ausbildung eines Flussfeldes für Kühlmittel und mehrere weitere Strukturierungen 14' zur Ausbildung von Verteilern für Betriebsmedien aufweisen. Die erste Strukturierung 14 umfasst einen ersten Kühlmittelpfad 15 und einen zweiten Kühlmittelpfad 16, welche zusammenfassend als Kühlmittelleitstruktur 15, 16 bezeichnet werden. Jeder Kühlmittelpfad 15, 16 ist gebildet durch einen Einströmabschnitt 17, einen Mittelabschnitt 18 und einen Ausströmabschnitt 20. Innerhalb eines jeden Kühlmittelpfads 15, 16 ist der Mittelabschnitt 18 durch zwei hintereinander geschaltete Mäanderbögen 19 gebildet. Der Einströmabschnitt 17 schließt an eine im vorliegenden Fall kreisförmige Durchbrechung 21 an, durch welche eine flüssigkeitsleitende Verbindung mit einer der Öffnungen 11 , 11 ' hergestellt ist. In analoger Weise ist eine an den Ausströmabschnitt 20 anschließende, ebenfalls kreisförmige Durchbrechung 22, welche das Ausleiten von Kühlmittel ermöglicht, an eine der weiteren Öffnungen 11 , 11 ' in den Endplatten 8, 9 angeschlossen. Aufgrund der gewählten Form des Umfangs der Durchbrechungen 21 , 22, hier kreisrund, für die Ein- und Ausleitung von Kühlmittel liegt hier in der Draufsicht auf die erste Plattenseite 26 eine lediglich annähernd recheckige Form der Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20 vor. Insgesamt aber bilden die Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20 auf der ersten Plattenseite 26 ausgehend von der ersten Strukturierung 14 an deren Ecken schräg angesetzte, langgestreckte Abschnitte.

Die Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20 liegen auf den beiden Diagonalen der insgesamt näherungsweise quadratischen Platte 10. Dabei entsprechen die Diagonalen den Längsachsen 30, 30' der Einströmabschnitte 17 und Ausströmabschnitte 20. Die Längsachse 30 des Einströmabschnitts 17 des ersten Kühlmittelpfades 15 stimmt dabei mit der Längsachse 30 des Ausströmabschnitts 20 des zweiten Kühlmittelpfades 16 überein. Die Längsachse 30' des Einströmabschnitts 17 des zweiten Kühlmittelpfades 16 stimmt mit der Längsachse 30' des Ausströmabschnitts 20 des ersten Kühlmittelpfades 15 überein. Die Kühlmittelpfade 15, 16, welche durch die Strukturierung 14, 14' des einteiligen plattenförmigen Elementes 10 gebildet sind, umfassen jeweils eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Kühlmittelkanäle 28, vergleiche im Detail Figur 3. Im direkten Anschluss an die Durchbrechungen 21 , 22, das heißt innerhalb der Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20, liegen die einzelnen Kühlmittelkanäle 28 dicht nebeneinander. Sobald der Kühlmittelpfad 15, 16 in den Mittelabschnitt 18, das heißt in die Mäanderbögen 19, übergeht, weitet sich das Bündel an Kühlmittkanälen 28 auf, was mit einer Verbreiterung der Kühlmittelpfads 15, 16 gleichbedeutend ist. Insgesamt beschreiben die vier Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20 ansatzweise eine X-Form, wobei in der Mitte dieses X-förmigen Gebildes die insgesamt vier Mäanderbögen 19 in einem zentralen rechteckigen Bereich des plattenförmigen Elements 10 liegen. Jeweils zwei nebeneinander angeordnete Ein- und Ausströmabschnitte 17, 20 können auch als unvollständig ausgebildete, voneinander beabstandete V-Schenkel aufgefasst werden. Jeweils zwischen zwei einströmseitigen V-Schenkeln sowie zwischen zwei ausströmseitigen V-Schenkeln befinden sich zwei längs einer gemeinsamen Gerade angeordnete schlitzförmige Öffnungen 23, 23' (siehe auch Figur 4) zur Durchleitung von Betriebsmedien des Stacks oder Zellenstapels 2.

Sowohl die mit der Strukturierung 14, 14' versehene erste Plattenseite 26 des plattenförmigen Elements 10 als auch die gegenüber liegende, mit 27 bezeichnete und hier ebene zweite Plattenseite weist eine mehrfache Symmetrie auf. Zum einen ist eine Symmetrie bezüglich einer Spiegelebene gegeben, welche das plattenförmige Element 10 mittig schneidet und zwischen dem ersten Kühlmittelpfad 15 und dem zweiten Kühlmittelpfad 16 liegt. Zum anderen ist eine Spiegelsymmetrie bezüglich einer weiteren Spiegelebene gegeben, welche die erste Spiegelebene orthogonal schneidet und mittig zwischen den Durchbrechungen 21 einerseits und den Durchbrechungen 22 andererseits liegt. Wie in Figur 1 angedeutet ist, können geschlossene Strömungsquerschnitte der Kühlmittelkanäle 28 dadurch gebildet sein, dass zwei plattenförmige Elemente 10 mit ihren Strukturierungen 14, 14' aufeinander liegen, wobei Dichtungen hier nicht dargestellt sind. Alternativ kann jedes plattenförmige Element 10 des Stacks oder Zellenstapel 2 eine ebene Platte in abgedichteter Weise kontaktieren. Elektrische Anschlüsse des Stacks oder Zellenstapels 2 sowie an diesen angeschlossene fluidführende Leitungen sind in den Figuren nicht dargestellt. Das gesamte elektrochemische System 1 kann eine Mehrzahl gleichartiger oder verschiedenartiger Stacks oder Zellenstapel 2 umfassen.

Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines weiteren einteiligen plattenförmigen Elements 10 auf der ersten Plattenseite 26. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 zeigen gleiche Elemente. Fig. 4 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des weiteren einteiligen plattenförmigen Elementes 10 gemäß Figur 3 auf der zweiten Plattenseite 27. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 3 zeigen gleiche Teile. Dabei weist die zweite Plattenseite 27 hier eine Vertiefung 29 zur Aufnahme eines offen-porösen Materials in Form mindestes einer porösen Transportschicht 7, 7 'auf.

Fig. 5 zeigt ein Flussfeld-Einlegeelement 24 in dreidimensionaler Ansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 3 zeigen gleiche Elemente. Das Flussfeld-Einlegeelement 24 weist Durchbrechungen 21 22' für die Ein- und Ausleitung von Kühlmittel auf. Am Umfang des Flussfeld-Einlegeelement 24 ist ein Dichtelement 25' angespritzt.

Fig. 6 zeigt eine Platte in dreidimensionaler Ansicht zum Einlegen des Flussfeld-Einle- geelements 24 gemäß Figur 5 in eine Vertiefung 29' unter Ausbildung eines zweiteiligen plattenförmigen Elements 10 mit Sicht auf die erste Plattenseite 26. Das Dichtelement 25' des Flussfeld-Einlegeelements 24 ermöglicht ein spielfreies und formschlüssiges Einlegen. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 3 zeigen gleiche Teile. Dabei kommen die Durchbrechungen 21 ', 22' des Flussfeld-Einlegeelements 24 über den Durchbrechungen 21 , 22 in der Platte zu liegen. Am Umfang der Platte zur Aufnahme des Flussfeld-Einlegeelements 24 ist ein Dichtelement 25 angespritzt.

Bezuqszeichenliste

Elektrochemisches System, Elektrolyseur

Zellenstapel, Stack

Elektrochemische Zelle, Elektrolysezelle

Halbzelle

Halbzelle

Membran , 7' offen-poröses Material, poröse Transportschicht

Endplatte

Endplatte 0 plattenförmiges Element 1 , 11 ' Öffnung zur Durchleitung von Kühlmittel2, 12' Öffnung zur Durchleitung von Betriebsmedien3 Öffnung zum Durchstecken eines Zugankers4 Strukturierung des plattenförmigen Elementes - Flussfeld zur Kühlmittelverteilung4' Strukturierung des plattenförmigen Elements -

Verteiler zur Betriebsmittelverteilung 5 erster Kühlmittelpfad 6 zweiter Kühlmittelpfad 7 Einströmabschnitt 8 Mittelabschnitt 9 Mäanderbogen 0 Ausströmabschnitt 1 Durchbrechung für die Einleitung von Kühlmittel2 Durchbrechung für das Ausleiten von Kühlmittel3, 23' schlitzförmige Öffnung für Betriebsmedien4 Flussfeld-Einlegeelement 5, 25' Dichtelement 6 erste Plattenseite zweite Plattenseite

Kühlmittelkanal, 29' Vertiefung , 30' Längsachse

Claims

Patentansprüche

1 . Plattenförmiges Element (10) eines Zellenstapels (2) eines elektrochemischen Systems (1 ), aufweisend eine erste Plattenseite (26), eine zweite Plattenseite (27) und eine Mehrzahl an Durchbrechungen (13, 21 , 22, 23, 23'), sowie eine erste Strukturierung (14) zur Ausbildung eines Flussfeldes für Kühlmittel und mehrere weitere Strukturierungen (14') zur Ausbildung von Verteilern für Betriebsmedien auf der ersten Plattenseite (26), wobei die erste Strukturierung (14) eine Kühlmittelleitstruktur (15, 16) umfasst, wobei durch die Kühlmittelleitstruktur (15, 16) ein erster Kühlmittelpfad (15) und ein spiegelsymmetrisch dazu angeordneter zweiter Kühlmittelpfad (16) gebildet sind, welche jeweils ausgehend von einer der Durchbrechungen (21 ) einen langgestreckten Einströmabschnitt (17), einen vom Einströmabschnitt (17) ausgehenden, sich auffächernden, mindestens einen Mäanderbogen (19) beschreibenden Mittelabschnitt (18) und einen an den Mittelabschnitt (18) anschließenden, im Vergleich zum Mittelabschnitt (18) verengten langgestreckten Ausströmabschnitt (20) aufweisen, wobei eine Längsachse (30) des Einströmabschnitts (17) des ersten Kühlmittelpfades (15) mit einer Längsachse (30) des Ausströmabschnitts (20) des zweiten Kühlmittelpfades (16) übereinstimmt sowie eine Längsachse (30') des Einströmabschnitts (17) des zweiten Kühlmittelpfades (16) mit einer Längsachse (30') des Ausströmabschnitts (20) des ersten Kühlmittelpfades (15) übereinstimmt.

2. Plattenförmiges Element (10) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Spiegelsymmetrie zwischen dem Einströmabschnitt (17) und dem Ausströmabschnitt (20) eines jeden Kühlmittelpfades (15, 16).

3. Plattenförmiges Element (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Kühlmittelpfad (15, 16) mindestens zwei Mäanderbögen (19) existieren.

4. Plattenförmiges Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (30, 30') entlang der Diagonalen des plattenförmigen Elementes (10) ausgerichtet sind.

5. Plattenförmiges Element (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Einströmabschnitten (17) sowie zwischen zwei Ausströmabschnitten (20) mindestens ein Paar an schlitzförmigen, jeweils längs einer gemeinsamen Geraden platzierten Öffnungen (23) zur Betriebsmediendurchführung angeordnet ist und dass optional weiterhin zwischen einem Einströmabschnitt (17) und einem Ausströmabschnitt (20) jeweils ein weiteres Paar an schlitzförmigen, jeweils längs einer gemeinsamen Geraden platzierten Öffnungen (23) zur Betriebsmediendurchführung entlang des jeweiligen Kühlmittelpfades (15, 16) angeordnet ist.

6. Plattenförmiges Element (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Paare an schlitzförmigen Öffnungen (23) zwischen zwei zueinander parallelen Geraden angeordnet sind, die jeweils durch die Lage des Mittelpunkts einer Durchbrechung (21 ), an welche ein Einströmabschnitt (17) anschließt, sowie durch die Lage des Mittelpunkts einer Durchbrechung (22), an welche ein Ausströmabschnitt (20) anschließt, gegeben sind.

7. Plattenförmiges Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine quadratische Grundform hat.

8. Plattenförmiges Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einteilig oder zweiteilig ausgebildet ist und optional auf der zweiten Plattenseite (27) eine rechteckige Vertiefung (29) zur Aufnahme einer porösen Transportschicht (7, 7') aufweist..

9. Plattenförmiges Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zweiteilig ausgebildet ist, indem die erste Strukturierung (14) zur Ausbildung des Flussfeldes für Kühlmittel auf einem Flussfeld- Einlegeelement (24) angeordnet ist, welches formschlüssig in eine Vertiefung (29') auf der ersten Plattenseite (26) einlegbar ist und wobei optional auf der zweiten Plattenseite (27) eine rechteckige Vertiefung (29) zur Aufnahme einer porösen Transportschicht (7, 7') ausgebildet ist.

10. Zellenstapel (2) eines elektrochemischen Systems (1), umfassend eine Mehrzahl an plattenförmigen, zueinander parallelen Elementen (10), welche jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.

11. Zellenstapel (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als

Elektrolysezellenstapel zur Wasserstoffgewinnung ausgebildet ist.