KR20140140547A - 양극 플레이트 및 그러한 양극 플레이트를 포함하는 전기화학 전지 - Google Patents

양극 플레이트 및 그러한 양극 플레이트를 포함하는 전기화학 전지 Download PDF

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Abstract

흐름 입구(6) 및 흐름 출구(8)를 갖는 흐름 필드(4)가 그들 사이에 배열된 2개의 플레이트 요소(10, 12)를 포함하는 전기화학 전지(4)를 위한 양극 플레이트(2). 흐름 필드(4)는 그를 통해 흐르는 냉각제(K)를 갖는다. 각각의 플레이트 요소(10, 12)는 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)와 접촉하기 위한 접촉면(16), 및 접촉면(16)으로부터 돌출하고 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)로부터 떨어져 대면하는 복수의 제1 돌기(14)를 갖는다. 플레이트 요소들(10, 12) 중 적어도 하나는 제2 돌기들(24)도 가지며, 제1 및 제2 돌기들(14) 양자는 플레이트 요소(10, 12)의 접촉면(16)으로의 개구(18)를 갖는다. 양극 플레이트(2)를 통한 특히 균일한 흐름을 달성하기 위해, 2개의 플레이트 요소(10, 12)의 돌기들(14, 24)을 각각의 돌기(14, 24)가 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)의 적어도 하나의 돌기(14, 24)와 부분적으로만 오버랩되는 방식으로 서로에 대해 오프셋시킴으로써 돌기들(14, 24)의 개구들(18)에 의해 흐름 채널들(20)이 형성되며, 제2 돌기들(24)은 제1 돌기들(14)보다 작고, 따라서 흐름 채널들(20)은 제2 돌기들(24)의 영역에서 축소 또는 차단된다.

Description

양극 플레이트 및 그러한 양극 플레이트를 포함하는 전기화학 전지{BIPOLAR PLATE AND ELECTROCHEMICAL CELL COMPRISING SUCH A BIPOLAR PLATE}
본 발명은 전기화학 전지를 위한 양극 플레이트 및 전기화학 전지에 관한 것으로, 구체적으로는, 그러한 양극 플레이트를 갖는 연료 전지에 관한 것이다.
전기화학 전지들은 널리 알려져 있으며, 갈바니 전지들 및 전해 전지들로 세분된다. 전해 전지는 전류가 화학 반응을 유발하는 장치이며, 전기 에너지의 적어도 일부를 화학 에너지로 변환한다. 갈바니 전지는 화학 에너지의 전기 에너지로의 자발적 변환을 위한 장치로서, 이는 전해 전지에 대해 상보적이다. 이러한 타입의 갈바니 전지의 공지된 장치는 연료 전지로서, 예를 들어, PEM 연료 전지(양성자 교환막 연료 전지 또는 폴리머 전해막 연료 전지)이다.
연료 전지들은 에너지 생산을 위한 미래 지향 개념들의 일부로서 계속 더 중요해지고 있다. 특히 폴리머 전해막(Polymer Electrolyte Membrane; PEM) 기술에 기초하는 저온 연료 전지들은 휴대, 이동 및 정적 사용을 위한 환경 친화적이고 효율적인 에너지 컨버터로서 고려되고 있으며, 이미 상용화되고 있다.
PEM 개별 전지의 필수 요소는 막 전극 유닛이다. 이것은 2개의 전극(애노드 및 캐소드) 및 2개의 전극 사이에 배치된 전해막으로 구성된다. 전극들과 전해막 사이에는 촉매층이 배열되며, 여기에서는 촉매에서의 수소 및 질소의 흡착, 전자들의 제공 및 수령, 및 물의 형성과 같은 중요한 물리 및 전기화학 프로세스들이 막을 통해 확산된 양성자들과 (환원된) 산소의 결합에 의해 캐소드 측에서 발생한다.
연료 전지 스택에서, 전극들 각각은 전해막 또는 촉매층으로부터 떨어져서 대면하는 측에서 "양극 플레이트"와 접촉하도록 배치된다. 이 컴포넌트는 (매체 측에서) 개별 연료 전지들을 분리하고, 전지 스택 내에서 전류 흐름을 제공하고, 반응열을 제거하는 목적을 갖는다. 효과적인 전류 흐름을 보증하기 위하여, 양극 플레이트들은 전극들에 관하여 낮은 접촉 저항을 가져야 하는 도전성 재료로 구성된다.
양극 플레이트가, 예를 들어, WO 2004/107486 A1에 의해 개시된다. 분리기 플레이트 또는 양극 플레이트는 접촉면들에서 서로 접촉하는 2개의 프로파일된 플레이트 요소(profiled plate element)를 포함하며, 이들 사이에는 냉각제를 위한 유체 필드 또는 흐름 필드가 형성된다. 플레이트 요소들은 플레이트 요소들의 표면 상에 둥근 디프레션(depression) 형태의 복수의 대칭 배열된 임프레션(impression)을 갖는다. 양 플레이트 요소들의 임프레션들은 서로에 대해 오프셋된다. 유사한 배열이 또한 WO 95/22179로부터 알려져 있다. 플레이트 요소들 간의 흐름 필드 내의 냉각제의 비교적 느린 흐름 속도 및 항상 최적은 아닌 분포가 그러한 양극 플레이트들의 특징이다.
DE 10 2005 057 045 A1은 또한 2개의 부분 플레이트를 갖는 양극 플레이트를 개시하며, 부분 플레이트들 중 적어도 하나는 노브형의 상승된 지지 포인트들의 균일한 배열을 갖고, 각각의 상승된 지지 포인트 곁에는 유사한 네거티브 지지 포인트가 형성된다. 그러나, 양 부분 플레이트의 지지 포인트들은 지지 포인트들에 의해 흐름 채널들이 정의되도록 배열되지 않으며, 오히려 DE 10 2005 057 045 A1의 도 4에 도시된 바와 같이 지지 포인트들의 영역에서 양 부분 플레이트의 서로 간의 접촉이 발생한다.
표면 상에 직사각 구조들을 갖는 추가적인 양극 플레이트들이 US 2010/0316924 A1, US 2003/0162078 A1 및 WO 2006/067617 A1로부터 알려져 있다.
본 발명의 목적은 전기화학 전지를 위한 양극 플레이트의 특히 균일한 관류(perfusion)를 가능하게 하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 전기화학 전지를 위한 양극 플레이트에 의해 달성되며, 상기 양극 플레이트는 흐름 필드를 포함하고, 상기 흐름 필드는 상기 흐름 필드를 통해 흐르는 냉각제에 대한 흐름 입구 및 흐름 출구를 갖는 2개의 플레이트 요소 사이에 배열되며,
- 각각의 플레이트 요소는 각각의 다른 플레이트 요소와 접촉하기 위한 접촉면, 및 상기 접촉면으로부터 돌출하고 상기 각각의 다른 플레이트 요소로부터 떨어져서 대면하는 복수의 제1 돌기를 구비하고,
- 상기 플레이트 요소들 중 적어도 하나는 제2 돌기들을 구비하고,
- 상기 제1 및 제2 돌기들은 상기 플레이트 요소의 상기 접촉면을 향하는 개구를 구비하고,
- 상기 2개의 플레이트 요소의 상기 돌기들이 서로 오프셋되어 각각의 돌기가 상기 각각의 다른 플레이트 요소의 적어도 하나의 돌기와 부분적으로만 오버랩됨에 따라 상기 돌기들의 상기 개구들에 의해 흐름 채널들이 형성되며,
- 상기 제2 돌기들은 상기 제1 돌기들보다 작고, 따라서 상기 흐름 채널들은 상기 제2 돌기들의 영역에서 축소 또는 차단된다.
상기 목적은 또한 본 발명에 따른 전기화학 전지, 특히 적어도 하나의 상기 양극 플레이트를 갖는 연료 전지에 의해 달성된다. 따라서, 양극 플레이트와 관련하여 아래에 개시되는 유리하고 바람직한 실시예들은 전기화학 전지에 적용될 수 있다.
본 발명은 2개의 플레이트 요소 간의 흐름 채널들의 형상이 제1 및 제2 돌기들의 기하구조 및 배열에 의해 변경되는 표적화 방식으로 냉각제의 흐름 방향을 안내하는 개념에 기초한다. 구체적으로, 2개의 플레이트 요소 간의 흐름 채널들은 선택된 위치들에서 축소 또는 차단되며, 따라서 냉각제는 필연적으로 이러한 위치들 주위로 흐르고, 따라서 흐름 채널들의 전체 네트워크에서의 냉각제의 더 양호한 분배가 달성된다. "돌기들의 기하구조"는 본 명세서에서 돌기들의 크기 및/또는 형상을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 구체적으로, 플레이트 요소들 상의 돌기들의 대부분은 전기화학 전지들을 위한 양극 플레이트들의 분야에서 그러한 플레이트 요소들 내에 표준으로서 형성되는 바와 같은 제1 돌기들을 나타낸다. 제1 돌기들과 크기 및/또는 형상이 상이한 돌기들은 본 명세서에서 제2 돌기들로서 지칭된다. "돌기들의 배열"은 제1 및 제2 돌기들의 서로에 대한 배치 또는 분포를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 구체적으로, 제2 돌기들보다 훨씬 더 많은 제1 돌기들이 제공되며, 제2 돌기들은 제1 돌기들 사이에 배열된다. 제2 돌기들은 특히 플레이트 요소 상에 분포되며, 따라서 제2 돌기 또는 제2 돌기들의 그룹이 적어도 3면에서, 특히 모든 면에서 제1 돌기들에 의해 둘러싸인다.
양 플레이트 요소의 돌기들은 서로에 대해 오프셋되며, 따라서 플레이트 요소들 중 하나의 플레이트 요소의 각각의 돌기는 다른 플레이트 요소의 적어도 하나의 제1 또는 제2 돌기와 단지 부분적으로 오버랩된다. 따라서, 흐름 필드의 일부인 흐름 채널들은 돌기들의 개구들을 통해 연장된다. 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 많은 수의 흐름 채널은 흐름 채널들의 네트워크를 형성한다.
설계 관점에서, 흐름 채널들의 축소 또는 차단은 제1 돌기들의 개구들보다 작은 제2 돌기들의 개구들이 그에 대해 대향 배치되고 약간만 오프셋되거나 전혀 오프셋되지 않은 다른 플레이트 요소의 적어도 하나의 돌기와 오버랩됨에 따라 달성된다. 일부 흐름 채널들의 축소 및 차단으로 인해, 관류 가능 흐름 채널들에서의 흐름 속도 증가가 달성된다. 이에 따라, 흐름 매체가 도달하기 어려운 영역들을 통해 상승된 속도로 흐르는 것이 달성된다.
특히, 냉각제의 표적화된 편향을 통해, 우회 흐름들이 발생하고, 따라서 통상적으로 흐름 매체가 쉽게 접근할 수 없는 영역들에서도 냉각제가 충분히 흐른다. 특히, 냉각제의 흐름 속도가 이러한 수단에 의해 증가된다. 이러한 타입의 양극 플레이트는 개선된 가스 출력 또는 전체 영역에 걸친 균일한 냉각 특성에 의해 특성화된다.
통상적으로, 직접적인 경로를 통하는 또는 흐름 입구와 흐름 출구 간의 가상 연결 라인 및 연결 라인으로부터 더 벗어난 영역들을 따르는 냉각제 흐름들은 덜 양호하게 흐른다. 본 명세서에서 연결 라인은 전기화학 전지의 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 최단 경로로서 정의되며, 본질적으로 냉각제의 주요 흐름 방향과 일치한다. 따라서, 유리하게도, 냉각제를 주요 흐름 방향으로부터 떨어진 영역들로 재지향시키기 위해, 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 연결 라인의 영역에 제2 돌기들이 제공된다. 또한, 적절하게도, 제1 돌기들만이 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 연결 라인으로부터 떨어져서 제공되며, 이에 따라 우회 흐름이 발생하여 편향 영역들 내에서의 낮은 흐름 속도의 영역들이 방지된다.
흐름 매체의 효율적인 재분배와 관련하여, 2개 이상의 공간적으로 가깝게 배열된 제2 돌기들의 적어도 하나의 그룹이 제공된다. 그러한 그룹이 더 많은 돌기를 포함할수록, 흐름 매체 또는 냉각제의 확산에 대한 효과가 커진다.
하나의 바람직한 변형에 따르면, 적어도 하나의 그룹은 서로 바로 인접하도록 배열된 둘 이상의 제2 돌기를 포함한다. 대안적인 바람직한 변형에 따르면, 적어도 하나의 그룹은 제1 및 제2 돌기들의 교대 시퀀스에 의해 형성되며, 따라서 제2 돌기들은 서로 바로 인접하게 배치되는 것이 아니라, 2개의 제2 돌기와 하나의 제1 돌기 사이에 각각 배열된다. 제1 및 제2 돌기들의 수 및 배열과 관련하여, 본 명세서에서 상세히 고려되지 않는 추가적인 변형들도 구상 가능하다.
냉각제가 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 흐름 필드에서 구불구불하게 안내됨에 따라 특히 양호한 냉각 특성이 달성된다. 바람직하게 적어도 두 그룹의 제2 돌기들이 제공됨에 따라 가장 간단한 형태의 구불구불한 안내가 달성되며, 2개의 그룹 중 하나는 흐름 입구에 더 가깝고, 다른 하나는 흐름 출구에 더 가깝다. 본 명세서에서 흐름 입구에 더 가깝다는 것은, 플레이트 요소들의 영역이 흐름 입구와 흐름 출구 사이의 중간 라인에 의해 2개의 동일한 절반으로 분할되는 경우에, 이 그룹이 흐름 입구와 관련된 절반 내에 완전히 또는 적어도 대부분 배치된다는 것을 의미한다. 이는 흐름 출구와 관련하더라도 나머지 그룹에 대해 적용된다.
균일한 흐름 분배와 관련하여, 제2 돌기들은 바람직하게 대칭으로 분포된다.
바람직하게도, 양극 플레이트의 2개의 플레이트 요소 중 하나만이 제2 돌기들을 갖는다. 이것의 본질적인 장점은 제1 돌기들만을 가진 플레이트 요소가 오늘날 연료 전지들에서 사용되는 바와 같은 표준 플레이트 요소일 수 있다는 것이다. 2개의 플레이트 요소 중 하나만이 변경되므로, 전술한 바와 같은 양극 플레이트에 대한 제조 비용이 가능한 한 낮게 유지된다.
돌기들의 기하구조의 변경의 가능성을 제공하는 돌기들의 기술적으로 간단하고 비용 효과적인 제조와 관련하여, 돌기들은 각각의 플레이트 요소 내에 스탬핑되며, 따라서 제1 및 제2 돌기들 양자는 플레이트 요소의 재료 내로의 스탬핑에 의해 형성된다.
적절하게도, 제1 돌기들은 원형 단면을 갖는 노브들로서 구성된다. 특히, 인접하는 노브들의 각각의 쌍은 서로 동일한 간격을 갖는다. 바람직한 실시예에 따르면, 제2 돌기들은 반원형 단면을 갖는 노브들로서 구성된다. 특히, 제2 돌기들은 제1 돌기들과 동일한 반경을 갖지만, 상기 제2 돌기들은 그들의 반원형 단면으로 인해 제1 돌기들의 크기의 절반 크기만을 갖는다.
이하, 도면들을 참조하여 일 실시예가 더 상세히 설명된다. 도면들에서:
도 1은 양극 플레이트의 평면도를 개략적으로, 매우 간단한 형태로 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 서로 위에 배치된, 양극 플레이트의 2개의 플레이트 요소의 평면도를 나타내며, 여기서는 표적화된 흐름 안내가 발생하지 않는다.
도 3은 도 2의 양극 플레이트를 통한 섹션의 측단면도를 나타낸다.
도 4는 관류 흐름 안내를 포함하는, 서로 위에 배치된, 양극 플레이트의 2개의 플레이트 요소의 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 양극 플레이트를 통한 섹션의 측단면도를 나타낸다.
상이한 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 의미를 갖는다.
도 1에서, 연료 전지(상세히 도시되지 않음)를 위한 양극 플레이트(2)가 개략 평면도로 도시된다. 양극 플레이트(2) 내에는 냉각제(K), 이 예에서는 냉각수에 대한 흐름 필드(4)가 제공된다. 냉각수(K)는 흐름 입구(6)를 통해 흐름 필드(4) 내로 전달되고, 반대쪽에 배열된 흐름 출구(8)를 통해 배출된다. 흐름 입구(6) 및 흐름 출구(8)는 대각선(여기서는 상세히 도시되지 않음) 상에 위치한다.
흐름 필드(4)는 그의 2개의 평면 측부 상에서 그의 2개의 플레이트 요소에 의해 한정되며, 도 1에는 2개의 플레이트 요소 중 상부 플레이트 요소(10)만이 도시된다. 플레이트 요소(10)는 금속성이다. 플레이트 요소(10)의 표면은 또한 도 1에 상세히 도시되지 않은 프로파일링을 갖는다.
종래 기술에 따른 플레이트 요소들(10, 12)의 구성 및 배열이 도 2 및 3에 도시된다. 여기서 제1 돌기들(14)로서 표현되는 많은 수의 노브형 돌기들이 플레이트 요소들(10, 12) 내에 스탬핑된다. 도 2에서, 상부 플레이트 요소(10)의 돌기들(14)은 실선으로 도시되는 반면, 하부 플레이트 요소(12)의 돌기들(14)은 점선으로 도시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플레이트 요소들(10, 12) 중 하나의 플레이트 요소의 돌기들(14)은 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)로부터 떨어져 대면한다. 도 2 및 3에 따른 돌기들 모두는 원형 단면을 가지며, 동일한 크기를 갖고 대칭으로 배열된다. 플레이트 요소들(10, 12) 각각은 접촉면(16)을 가지며, 플레이트 요소는 접촉면을 이용하여 다른 플레이트 요소(10, 12) 상에 배치되고, 접촉면으로부터 돌기들(14)이 바깥쪽으로 연장한다. 2개의 플레이트 요소(10, 12) 간의 접촉은 접촉면(16)에서 발생한다.
플레이트 요소들(10, 12)의 재료 내로 스탬핑된 돌기들 또는 노브들(14)은 3면이 둘러싸이지만, 접촉면(16)을 향하는 개구(18)를 갖는다. 양극 플레이트(2)의 조립된 상태에서, 노브들(14)은 서로에 대해 오프셋된다. 개구들(18)은 서로 부분적으로만 오버랩되며, 따라서 냉각수(K)를 위한 많은 수의 개별 흐름 채널들(20)이 흐름 필드(4) 내에서 돌기들(14)을 통해 연장된다.
도 2에는 본질적으로 흐름 입구(6)와 흐름 출구(8) 사이의 연결 라인에 의해 도시되는 주요 흐름 방향(22)도 도시된다.
흐름 필드(4) 내에서의 냉각수(K)의 개선된 분배를 달성하기 위하여, 플레이트 요소들(10, 12) 사이의 흐름 채널들(20)의 코스가 바뀌도록 일부 돌기들(24)이 변경된다. 이것은 도 4로부터 명백하다. 이와 관련하여, 도시된 실시예에서 반원형 단면을 갖는 제2 돌기들(24)이 제공된다.
도 4 및 5에 도시된 실시예에 따르면, 상부 플레이트 요소(10)만이 제2 반원형 노브들(24)을 갖는 반면, 종래 기술로부터 공지된 원형 노브들만이 하부 플레이트 요소(12) 내로 스탬핑된다. 제2 노브들(24)의 변경된 기하구조로 인해, 이들은 하부 플레이트(12)의 제1 노브들(14)의 개구들(18)과 더 이상 오버랩되지 않는다(도 5 참조). 이것은 제2 노브들(24)의 위치에서 흐름 필드(4) 내의 흐름 채널들(20)의 네트워크가 차단되는 결과를 갖는다. 따라서, 제2 돌기들(24)의 표적화된 배열로 인해, 냉각수 흐름은 플레이트 요소들(10, 12) 사이에서 전달되어, 플레이트 요소들(10, 12)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 냉각 특성을 달성할 수 있다.
도 4에 따른 실시예에서, 각각의 경우에 3개의 바로 인접하게 배열된 제2 돌기들(24)의 2개 그룹(26)이 제공된다. 2개의 그룹(26)은 주요 흐름 방향(22)의 영역에 위치하는데, 즉 그들은 흐름 입구(6)와 흐름 출구(8) 사이의 연결 라인의 영역 내에 위치한다. 그룹들(26)은 특히 주요 흐름 방향(22)과 대략 교차하도록 배향되며, 일반적으로 (참조 부호 26으로 식별되는) 각각의 블록은 주요 흐름 방향(22)과 0도와 90도 사이의 각도를 둘러싼다. 그룹들(26) 중 하나는 흐름 입구(6)에 더 가깝게 배치되고, 나머지 그룹(26)은 흐름 출구(8)에 더 가깝게 배치되며, 양 그룹(26)은 제1 돌기들(14)에 의해 모든 면이 둘러싸인다. 이것은 수직 중간 라인(V)에 대한 2개의 그룹(26)의 오프셋을 유발하며, 특히 양 그룹(26)은 흐름 입구(6)와 흐름 출구(8) 사이의 대각선 상에 배열된다. 더구나, 2개의 그룹(26)은 흐름 입구(6)와 흐름 출구(8) 사이의 수평 중간 라인(H)의 상이한 측에 배치된다. 그룹들(26)은 특히 중간 라인들(H, V)의 교점에 대해 회전 대칭으로 배열된다.
전술하였고 도 4에 도시된 바와 같은 제2 노브들(24)의 배열로 인해, 도 4에 점선(28)에 의해 지시되는 바와 같이, 플레이트 요소들(10, 12) 사이의 냉각수의 꾸불꾸불한 안내가 발생한다. 따라서, 주요 흐름 방향(22)으로부터 떨어져 위치하는 흐름 필드(4)의 영역들, 특히 코너 영역들에도 냉각수(K)가 강하게 흐른다. 흐름 입구(6)와 흐름 출구(8) 사이에서 비교적 큰 압력 강하가 발생하고, 흐름 필드가 축소되며, 따라서 냉각수(K)의 흐름 속도가 증가한다. 흐름 사각 지대를 방지하기 위해, 도 4에 화살표 30으로 지시되는 바와 같이, 그룹들(26) 옆에 우회 채널들도 제공된다.
특히, 제2의 변경된 노브들(24)에 의해, 양극 플레이트(2)의 플레이트 요소들(10, 12) 사이의 흐름 필드(4) 내의 냉각수(K)의 최적화된 분배가 달성된다. 이것은 또한 제조 수단에 쉽게 실현될 수 있는데, 그 이유는 2개의 플레이트 요소(10, 12) 중 하나만이 변경되고, 변경된 단면을 갖는 노브들(24)도 쉽게 제조되기 때문이다.

Claims (13)

  1. 전기화학 전지(4)를 위한 양극 플레이트(2)로서,
    흐름 필드(4)
    를 포함하고,
    상기 흐름 필드는 상기 흐름 필드(4)를 통해 흐르는 냉각제(K)에 대한 흐름 입구(6) 및 흐름 출구(8)를 갖는 2개의 플레이트 요소(10, 12) 사이에 배열되며,
    - 각각의 플레이트 요소(10, 12)는 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)와 접촉하기 위한 접촉면(16), 및 상기 접촉면(16)으로부터 돌출하고 상기 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)로부터 떨어져서 대면하는 복수의 제1 돌기(14)를 구비하고,
    - 상기 플레이트 요소들(10, 12) 중 적어도 하나는 제2 돌기들(24)을 구비하고,
    - 상기 제1 및 제2 돌기들(14)은 상기 플레이트 요소(10, 12)의 상기 접촉면(16)을 향하는 개구(18)를 구비하고,
    - 상기 2개의 플레이트 요소(10, 12)의 상기 돌기들(14, 24)이 서로에 대해 오프셋되어 각각의 돌기(14, 24)가 상기 각각의 다른 플레이트 요소(10, 12)의 적어도 하나의 돌기(14, 24)와 부분적으로만 오버랩됨에 따라 상기 돌기들(14, 24)의 상기 개구들(18)에 의해 흐름 채널들(20)이 형성되며,
    - 상기 제2 돌기들(24)은 상기 제1 돌기들(14)보다 작고, 따라서 상기 흐름 채널들(20)은 상기 제2 돌기들(24)의 영역에서 축소(constrict) 또는 차단(interrupt)되는
    양극 플레이트(2).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 돌기들(24)은 상기 흐름 입구(6)와 상기 흐름 출구(8) 사이의 연결 라인의 영역 내에 제공되는 양극 플레이트(2).
  3. 제2항에 있어서,
    제1 돌기들(14)만이 상기 흐름 입구(6)와 상기 흐름 출구(8) 사이의 상기 연결 라인으로부터 떨어져 제공되는 양극 플레이트(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 제2 돌기(24)의 적어도 하나의 그룹(26)이 제공되는 양극 플레이트(2).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그룹(26)은 서로 바로 인접하게 배열된 2개 이상의 제2 돌기(24)를 포함하는 양극 플레이트(2).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그룹(26)은 제1 돌기들(14)과 제2 돌기들(24)의 교대 시퀀스에 의해 형성되는 양극 플레이트(2).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 돌기들(24)의 적어도 2개의 그룹(26)이 제공되며, 상기 적어도 2개의 그룹 중 하나는 상기 흐름 입구(6)에 가깝고, 하나는 상기 흐름 출구(8)에 가까운 양극 플레이트(2).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 돌기들(24)은 대칭으로 분포되는 양극 플레이트(2).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트 요소들(10) 중 하나만이 제2 돌기들(24)을 갖는 양극 플레이트(2).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 돌기들(14, 24)은 상기 각각의 플레이트 요소(10, 12)의 재료 내의 스탬핑된 임프레션들(stamped impressions)인 양극 플레이트(2).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 돌기들(14)은 원형 단면을 갖는 노브들로서 구성되는 양극 플레이트(2).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 돌기들(24)은 반원형 단면을 갖는 노브들로서 구성되는 양극 플레이트(2).
  13. 전기화학 전지로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 양극 플레이트(2)
    를 포함하고,
    상기 전기화학 전지는 특히 연료 전지(4)인
    전기화학 전지.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014206336A1 (de) * 2014-04-02 2015-10-08 Volkswagen Ag Bipolarplatte, Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug
TWI748757B (zh) * 2020-11-19 2021-12-01 國立臺北科技大學 進階流道整合快速成形固態氧化物燃料電池平板型連接板的方法
CN113346100B (zh) * 2021-05-13 2022-10-18 东风汽车集团股份有限公司 一种适用于燃料电池的双极板

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995022179A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische zelle
US20030162078A1 (en) * 2002-02-26 2003-08-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell
WO2009067617A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Bdf Ip Holdings Ltd. Fuel cell flow field plate assembly
US20090325036A1 (en) * 2005-11-30 2009-12-31 Daimler Ag Bipolar Plate and Fuel Cell Unit
US20100316924A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7138200B1 (en) * 1997-12-18 2006-11-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell and separator for the same
DE10063720A1 (de) 2000-12-20 2002-07-11 Siemens Ag Niedertemperatur-Brennstoffzelle
US6783884B2 (en) * 2002-04-12 2004-08-31 Ballard Power Systems Inc. Flow field plate assembly for an electrochemical fuel cell
DE10323882A1 (de) * 2003-05-26 2004-12-23 Siemens Ag Brennstoffzelle und Heizeinrichtung einer Brennstoffzelle
JP4081432B2 (ja) * 2003-12-22 2008-04-23 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4268536B2 (ja) * 2004-02-19 2009-05-27 本田技研工業株式会社 燃料電池
ATE497878T1 (de) 2004-12-23 2011-02-15 Marco Reggi Verfahren zur herstellung eines beutels
EP1689013B1 (de) * 2005-02-03 2011-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzelle
DE102005057044B4 (de) * 2005-11-30 2009-04-09 Daimler Ag Bipolarplatte und deren Verwendung
IL173539A0 (en) * 2006-02-05 2006-07-05 Rami Noach Flow distributor plate
JP5275070B2 (ja) * 2009-02-06 2013-08-28 本田技研工業株式会社 燃料電池及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995022179A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektrochemische zelle
US20030162078A1 (en) * 2002-02-26 2003-08-28 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2003249242A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
US20090325036A1 (en) * 2005-11-30 2009-12-31 Daimler Ag Bipolar Plate and Fuel Cell Unit
WO2009067617A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Bdf Ip Holdings Ltd. Fuel cell flow field plate assembly
US20100316924A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell

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Publication number Publication date
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US20150311539A1 (en) 2015-10-29
US9595724B2 (en) 2017-03-14
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AU2012372903A1 (en) 2014-09-18

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