WO2015082601A1

WO2015082601A1 - Polarplatte

Info

Publication number: WO2015082601A1
Application number: PCT/EP2014/076550
Authority: WO
Inventors: Ulrich Sauter; Sebastian Maass
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-11
Also published as: JP2016539479A; DE102013225028A1; KR20160094968A; KR102308259B1; JP6440713B2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Polarplatte, insbesondere Monopolarplatte, Bipolarplatte oder Endplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem ersten Bauelement (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) und zumindest einem zweiten Bauelement (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), welche mittels einer Sinterverbindung (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) unlösbar miteinander verbunden sind, wobei das zumindest eine erste Bauelement (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) wenigstens eine Ausnehmung (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Ausnehmung (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Kühlfluid aufzunehmen.

Description

Beschreibung Polarplatte

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Polarplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu einer Herstellung einer Polarplatte nach dem Patentanspruch 13.

Aus der EP 0 154 772 A1 ist bereits eine Polarplatte bekannt, bei welcher eine massive Titanplatte mittels einer Sinterverbindung mit einer porösen Titanplatte verbunden ist. Die poröse Titanplatte weist einseitig eine Rillenstruktur auf. Die poröse Titanplatte ist derart mit der massiven Titanplatte verbunden, dass aufgrund der Rillenstruktur Kanäle zu einem Transport eines Reaktionsgases ausgebildet werden, wobei das Reaktionsgas durch die poröse Titanplatte hindurch aus den Kanälen austreten kann.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Polarplatte, insbesondere einer Monopolarplatte, Bipolarplatte oder Endplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem ersten Bauelement und zumindest einem zweiten Bauelement, welche mittels einer Sinterverbindung unlösbar miteinander verbunden sind, wobei das zumindest eine erste Bauelement wenigstens eine Ausnehmung aufweist.

Es wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Ausnehmung dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Kühlfluid aufzunehmen.

Unter einer„Polarplatte" soll insbesondere eine mechanische Einheit verstanden werden, welche zu einer insbesondere elektrischen Kontaktierung von zumindest einer Brennstoffzelle einer Brennstoffzelleneinheit und/oder von zumindest insbesondere benachbarter Brennstoffzellen einer Brennstoffzelleneinheit und/oder zu einer Versorgung einer Brennstoffzelleneinheit mit zumindest einem insbesondere gasförmigen Reaktanten, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid und/oder Sauer- stoff, und/oder zu einer Entsorgung zumindest eines Reaktionsprodukts, insbesondere

Wasser, und/oder vorzugsweise zu einer Kühlung einer Brennstoffzelleneinheit vorgesehen ist. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer„Brennstoffzelleneinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Brennstoffzelle verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere

Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die zumindest eine Brennstoffzelle kann insbesondere als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) und/oder als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC) ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit eine Vielzahl von Brennstoffzellen, welche insbesondere in einem Brennstoffzellenstack angeordnet sind.

Unter einem„Bauelement" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein insbesondere flächiges mechanisches Element verstanden werden, welches zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Unter einem„flächigen Element" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein räumliches Element verstanden werden, das, in einer Abwicklung in einer Ebene betrachtet, in einem Querschnitt senkrecht zur Ebene eine unrunde Querschnittsfläche aufweist und senkrecht zur Ebene eine Material stärke aufweist, die weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 25 % und besonders bevorzugt weniger als 10 % einer Flächenerstreckung des räumlichen Ele- ments parallel zur Ebene, insbesondere einer kleinsten Flächenerstreckung des Elements parallel zur Ebene, beträgt. Unter einer„Sinterverbindung" soll insbesondere eine durch einen Sinterprozess hergestellte stoffschlüssige Verbindung zwischen zumindest zwei Bauelementen verstanden werden. Unter einem„Sinterprozess" soll insbesondere ein Prozess zu einem Verbinden von zumindest zwei Bauelementen ver- standen werden, bei welchem eine stoffschlüssige Verbindung durch ein Zusammen- wachsen von Korngrenzen insbesondere über Oberflächendiffusionsprozesse entsteht. Insbesondere erfolgt der Sinterprozess bei einer Prozesstemperatur, welche unterhalb einer Schmelztemperatur der zu verbindenden Bauelemente liegt. Vorzugsweise liegt die Prozesstemperatur in einem Bereich zwischen 60 % und 80 % einer Schmelztem- peratur der zu verbindenden Bauelemente. Eine durch einen Sinterprozess hergestellte

Sinterverbindung ist insbesondere in einem Schliffbild von anderen Verbindungsarten, beispielsweise Schweißverbindungen und/oder Lötverbindungen und/oder Klebeverbindungen, unterscheidbar. Unter einer„unlösbaren Verbindung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Verbindung verstanden werden, welche lediglich zer- störend, insbesondere unter Verwendung zumindest eines Werkzeugs, trennbar ist.

Unter einer„Ausnehmung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Materialaussparung innerhalb eines Bauelements und/oder an zumindest einer Oberfläche eines Bauelements verstanden werden. Dabei kann die Ausnehmung durch eine makroskopische Materialausnehmung im Bauelement und/oder durch zumindest eine

Pore, insbesondere zumindest eine offene Pore, eines porösen Materials des Bauelements gebildet sein. Insbesondere kann das zumindest eine erste Bauelement eine Vielzahl an Ausnehmungen aufweisen, welche insbesondere fluidtechnisch untereinander verbunden sein können. Ferner ist denkbar, dass auch das zumindest eine zweite Bauelement zumindest eine Ausnehmung aufweist, welche vorzugsweise in zumindest einem Betriebszustand mit der zumindest einen Ausnehmung des zumindest einen ersten Bauelements korrespondiert. Darunter, dass die wenigstens eine Ausnehmung dazu vorgesehen ist, zumindest ein Kühlfluid„aufzunehmen", soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die wenigstens eine Ausnehmung eine insbesondere dreidimensionale Struktur aufweist, welche ein Einleiten und/oder ein insbesondere gerichtetes Durchleiten des zumindest einen Kühlfluids ermöglicht. Unter einem„Kühlfluid" soll in diesem Zusammenhang ein insbesondere gasförmiger und/oder flüssiger Stoff verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, insbesondere innerhalb einer Brennstoffzelleneinheit entstehende thermische Energie aufzunehmen und/oder aus der Brennstoffzelleneinheit abzuleiten. Vorzugsweise besteht das Kühlfluid aus Kühlwasser.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Polarplatte mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Kühlung einer Brennstoffzelleneinheit bereitge- stellt werden. Ferner können durch eine Verwendung eines Sinterprozesses zu einer Herstellung einer Sinterverbindung von zumindest zwei Bauelementen zu einer gattungsgemäßen Polarplatte ein Herstellungsprozess vorteilhaft verkürzt und/oder Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Ausnehmung ein Strömungsfeld ausbildet. Unter einem„Strömungsfeld" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine dreidimensionale Struktur verstanden werden, welche insbesondere durch ein mechanisches und/oder chemisches und/oder optisches Verfahren auf zumindest eine Oberfläche des zumindest einen ersten Bauelemente aufgebracht und/oder zumindest teilweise in eine Oberfläche des zumindest einen ersten Bauelements eigebracht ist.

Insbesondere nimmt das Strömungsfeld zumindest 30 %, vorteilhaft zumindest 50 % und vorzugsweise zumindest 75 % der zumindest einen Oberfläche des zumindest einen erstes Bauelements ein. Insbesondere ist das Strömungsfeld als Gitterströmungsfeld und/oder als Kanalströmungsfeld, welches insbesondere eine Vielzahl an insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanälen und/oder zumindest einen mäanderförmig verlaufenden Kanal aufweisen kann, ausgebildet. Ferner ist es ebenso denkbar, dass neben dem zumindest einen ersten Bauelement auch das zumindest eine zweite Bauelement wenigstens eine Ausnehmung aufweist, welche ein Strömungsfeld ausbildet. Hierdurch kann auf vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Weise eine Ausnehmung ausgebildet werden, welche zu einer Aufnahme eines Kühlfluids geeignet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine erste Bauelement und das zumindest eine zweite Bauelement derart miteinander verbunden sind, dass zumindest ein Teil der wenigstens einen Ausnehmung zumindest einen geschlossenen Kanal ausbildet. Vorzugsweise deckt das zumindest eine zweite Bauelement in zumindest einem Betriebszustand die wenigstens eine Ausnehmung des zumindest einen ersten Bauelements zumindest im Wesentlichen vollständig ab. Unter einem„geschlossenen Kanal" soll in diesem Zusammen- hang insbesondere ein Kanal mit zumindest einer Einlassöffnung und/oder zumindest einer Auslassöffnung, insbesondere zu einer Einleitung und/oder einer Ausleitung des zumindest einen Kühlfluids, verstanden werden, welcher entlang seiner Umfangsrich- tung insbesondere zumindest wasserdicht, vorteilhaft zumindest dampfdicht und besonders vorteilhaft zumindest gasdicht ausgebildet ist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Leitung des zumindest einen Kühlfluids durch die Polarplatte erreicht werden, wodurch insbesondere eine vorteilhaft effektive Kühlung einer Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden kann. Ferner kann vorteilhaft ein, insbesondere unerwünschtes, Austreten des zumindest einen Kühlfluids zumindest im Wesentlichen verhindert und somit eine Funktionsstörung und/oder Beschädigung der Brennstoffzelleneinheit vermieden wer- den.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine erste Bauelement zumindest teilweise aus einem offen porösen Material besteht, welches die wenigstens eine Ausnehmung bildet. Unter einem„offen porösen Material" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material verstanden werden, welches

Hohlräume aufweist, die insbesondere fluidtechnisch untereinander und/oder mit einer Umgebung in Verbindung stehen. Beispielsweise kann das zumindest eine erste Bauelement zumindest teilweise aus einem Drahtgewebe und/oder einem Streckmetall und/oder einem Metallschaum bestehen. Insbesondere sind die untereinander in Ver- bindung stehenden Hohlräume in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen, das zumindest eine Kühlfluid aufzunehmen. Hierdurch kann auf vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Weise eine Ausnehmung ausgebildet werden, welche zu einer Aufnahme eines Kühlfluids geeignet ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Polarplatte zumindest ein drittes Bauelement umfasst, welches mit dem zumindest einen ersten Bauelement und dem zumindest einen zweiten Bauelement mittels einer Sinterverbindung unlösbar verbunden ist. Vorzugsweise ist das zumindest eine erste Bauelement zwischen dem zumindest einen zweiten Bauelement und dem zumindest einen dritten Bauelement angeordnet. Vorzugsweise besteht das zumindest eine erste Bauelement zumindest teilweise aus einem offen porösen Material, welches durch das zumindest eine zweite Bauelement und das zumindest eine dritte Bauelement in zumindest einem Betriebszustand gegen eine Umgebung zumindest im Wesentlichen insbesondere zumindest wasserdicht, vorteilhaft zumindest dampfdicht und besonders vorteilhaft zumindest gasdicht abge- schlössen ist. Hierdurch kann ein vorteilhafter Aufbau einer Polarplatte erreicht werden, welcher insbesondere eine vorteilhaft günstigen Aufnahme und/oder Verteilung des zumindest einen Kühlfluids ermöglicht.

Ferner wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass zumindest eines der Bauelemente aus einem Sintermaterial gefertigt ist. Unter einem„Sintermaterial" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material aus zumindest einem körnigen und/oder pulvrigen und/oder faserigen Stoff verstanden werden, welches durch Erwärmung verbunden und/oder verdichtet ist und insbesondere durch einen Sinterprozess hergestellt ist. Das Sintermaterial kann eine offene und/oder eine geschlossene Porosität aufweisen. Unter einem„geschlossenen porösen Material" soll insbesondere ein Material verstanden werden, welches lediglich Hohlräume aufweist, die in sich abgeschlossen sind. Zu einer Verbindung von zumindest zwei aus einem Sintermaterial gefertigter Bauelementen werden diese zunächst in einer gewünschten Endposition aneinander angeordnet und/oder zueinander ausge- richtet. Durch eine anschließende Erwärmung der zumindest zwei Bauelemente auf eine insbesondere absolute Temperatur zwischen 60 % und 80 % einer Schmelztemperatur der zumindest zwei Bauelemente wird eine Sinterverbindung zwischen den zwei Bauelementen hergestellt. Durch die Verwendung von Sintermaterialien, welche vorteilhaft kostengünstig und vorteilhaft einfacher weiterverarbeitbar sind, kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Herstellung einer Polarplatte erreicht werden. Ferner kann ein Gewicht einer Polarplatte vorteilhaft reduziert werden.

Überdies wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Bauelemente massiv ausgeführt ist und/oder eine geschlossene Porosität aufweist. Unter einem„massiv ausge- führten" Bauelement soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauelement aus einem vorzugsweise homogenen Material verstanden werden, welches insbesondere zumindest im Wesentlich hohlraumfrei ist. Zu einer Verbindung von zumindest zwei massiv ausgebildeten Bauelementen wird zunächst ein körniges und/oder pulverförmi- ges Granulat, welches vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Herstellungsmate- rial der zumindest zwei Bauelemente besteht, auf zumindest eine Verbindungsstelle aufgebracht. Daraufhin werden die zumindest zwei Bauelemente in einer gewünschten Endposition aneinander angeordnet und/oder zueinander ausgerichtet. Durch eine anschließende Erwärmung der zumindest zwei Bauelemente und des Granulats auf eine Temperatur zwischen 60 % und 80 % einer Schmelztemperatur der zumindest zwei Bauelemente und/oder des Granulats wird eine Sinterverbindung zwischen den zwei

Bauelementen hergestellt. Bei einer Herstellung einer Verbindung zwischen zumindest einem massiv ausgebildeten Bauelement und einem Bauelement aus einem Sintermaterial ist eine Verwendung eines Granulats nicht zwingend notwendig. Durch Verwendung eines Granulats kann jedoch eine Stabilität einer solchen Sinterverbindung vor- teilhaft erhöht werden. Durch die Verwendung massiv ausgebildeter und/oder ge- schlössen poröser Bauelemente kann insbesondere vorteilhaft einfach eine Abdichtung der wenigstens einen Ausnehmung erfolgen.

Ist zumindest eines der Bauelemente aus einem metallischen Blech und/oder aus einer metallischen Folie gefertigt, kann die wenigstens eine Ausnehmung vorteilhaft schnell und/oder einfach und/oder kostengünstig, insbesondere durch einen Prägeprozess, eingebracht werden. Ferner können Bauelemente aus einem metallischen Blech und/oder aus einer metallischen Folie in einem kostengünstigen Massenherstellungs- prozess hergestellt werden, wodurch eine vorteilhafte Kostenreduktion erreicht werden kann.

Sind zumindest zwei der Bauelemente identisch zueinander ausgebildet, kann eine vorteilhafte Kostenreduktion bei einer Herstellung einer Polarplatte erreicht werden. Ferner können Anforderungen an eine Lagerhaltung reduziert werden. Vorzugsweise weisen zumindest zwei der Bauelemente eine identische Geometrie auf und/oder sind aus einem identischen Material gebildet.

Ist zumindest eines der Bauelemente zumindest im Wesentlichen plattenartig ausgebildet, kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Herstellung von Polar- platten, welche insbesondere als Endplatten verwendbar sind, ermöglicht werden. Unter einem„plattenartig ausgebildeten" Bauelement soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein räumliches Element verstanden werden, das, in einer Abwicklung in einer Ebene betrachtet, in einem Querschnitt senkrecht zur Ebene eine unrunde Querschnittsfläche aufweist und senkrecht zur Ebene eine insbesondere zumindest im Wesentlichen gleichbleibende Materialstärke aufweist, die weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % und besonders bevorzugt weniger als 5 % einer Flächenerstreckung des räumlichen Elements parallel zur Ebene, insbesondere einer kleinsten Flächenerstreckung des Elements parallel zur Ebene, beträgt. Unter„zumindest im Wesentlichen gleichleibend" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung der Materialstärke von einer Durchschnittsmaterialstärke insbesondere weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % und besonders bevorzugt weniger als 5 % beträgt. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Polarplatte zumindest ein Gasdiffusionselement aufweist, welches mittels einer weiteren Sinterverbindung mit zumindest einem der Bauelemente unlösbar verbunden ist. Vorzugsweise ist das zumindest eine Gasdiffusionselement als insbesondere metallische Gasdiffusionselektrode ausgebildet. Hier- durch kann das Anbringen eines Gasdiffusionselements vorteilhaft in einem Prozessschritt mit einem Verbinden von zumindest zwei Bauelementen erfolgen, wodurch eine Prozesszeit vorteilhaft reduziert werden kann.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Bauelemente auf einer einer Verbindungsstelle abgewandten Seite ein weiteres Strömungsfeld aufweist, welches zu einer Versorgung mit zumindest einem Reaktanten und/oder zu einer Entsorgung wenigstens eines Reaktionsprodukts vorgesehen ist. Hierdurch können vorteilhaft eine Zuleitung von Reaktanten und/oder vorteilhaft eine Ableitung eines Reaktionsprodukts gewährleistet werden.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Polarplatte, insbesondere einer Mono- polarplatte, Bipolarplatte oder Endplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit, vorgeschlagen, wobei die Polarplatte zumindest ein erstes Bauelement, welches wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Kühlfluid aufzunehmen, und zumindest ein zweites

Bauelement umfasst, wobei das zumindest eine erste Bauelement und das zumindest eine zweite Bauelement mittels einer Sinterverbindung unlösbar miteinander verbunden werden. Hierdurch kann eine Polarplatte mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Kühlung bereitgestellt werden. Ferner können durch eine Verwendung eines Sinterprozesses ein Herstellungsprozess vorteilhaft verkürzt und/oder Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden.

Die erfindungsgemäße Polarplatte soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Polarplatte zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind acht Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen

Polarplatte bestehend aus zwei identisch ausgebildeten Bauelementen,

Fig. 2 einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte mit zwei voneinander verschieden ausgebildeten Bauelementen,

Fig. 3 einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte bestehend aus drei Bauelementen,

Fig. 4 einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte mit einem plattenartig ausgebildeten Bauelement,

Fig. 5 einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte bestehend aus zwei identisch ausgebildeten Bauelementen und

Fig. 6 einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte bestehend aus zwei voneinander verschieden ausgebildeten Bauelementen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt schematisch einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Polarplatte 10a insbesondere zur Verwendung als Bipolarplatte oder Monopolarplatte innerhalb einer hier nicht dargestellten, insbesondere als Brennstoffzellenstack ausgebildeten, Brennstoffzelleneinheit. Die Polarplatte 10a umfasst ein erstes Bauelement 12a und ein zweites Bauelement 14a. Das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a sind identisch zueinander ausgebildet. Das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a sind durch eine Sinterverbindung 16a unlösbar miteinander verbunden. Sowohl das erste Bauelement 12a als auch das zweite Bauelement 14a weisen auf einer einer Verbindungsstelle 34a zugewandten Seite jeweils eine Vielzahl von Ausnehmun- gen 18a auf, von denen hier beispielhaft lediglich fünf dargestellt sind. Denkbar ist jedoch auch eine von fünf abweichende Anzahl von Ausnehmungen. Die Ausnehmungen 18a sind derart in das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a eige- bracht, dass diese ein Strömungsfeld 20a ausbilden. Dabei ist das Strömungsfeld 20a als Kanalströmungsfeld ausgeformt, wobei die Ausnehmungen 18a als parallel zueinander verlaufende Kanäle 42a ausgeführt sind. Alternativ ist auch eine Ausformung eines Strömungsfelds als Gitterströmungsfeld oder als Strömungsfeld mit mäanderför- mig verlaufenden Kanälen denkbar. Das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a sind über die Sinterverbindung 16a derart miteinander verbunden, dass die Ausnehmungen 18a geschlossene Kanäle 22a ausbilden. Durch die geschlossenen Kanäle 22a wird während eines Betriebs einer Brennstoffzelleneinheit, in welcher die erfindungsgemäße Polarplatte 10a verbaut ist, ein Kühlfluid, vorzugsweise Kühlwasser, hindurch geleitet, um eine Kühlung der Brennstoffzelleneinheit zu erreichen.

Auf einer der Verbindungsstelle 34a abgewandten Seite weisen das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a jeweils ein weiteres Strömungsfeld 36a auf, über welches einer Brennstoffzelleneinheit die zu einer Erzeugung elektrischer Energie be- nötigten Reaktanten, insbesondere Wasserstoff und/oder Sauerstoff, zugeführt und ein anfallendes Reaktionsprodukt, insbesondere Wasser, abgeführt werden.

Das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14b sind massiv ausgeführt und beispielsweise aus einem metallischen Blech oder einer metallischen Folie gefer- tigt. Die Strömungsfelder 20a, 36a können beispielsweise durch einen einfachen und kostengünstigen Prägeprozess in das erste Bauelement 12a und das zweite Bauelement 14a eingebracht sein. Durch die massive Ausführung des ersten Bauelements 12a und des zweiten Bauelements 14a sind die Strömungsfelder 20a, 36a fluidtech- nisch voneinander getrennt. Ferner wird durch die Sinterverbindung 16a zwischen dem ersten Bauelement 12a und dem zweiten Bauelement 14a eine ausreichende Dichtigkeit erreicht, um ein insbesondere seitliches Austreten des Kühlfluids aus den geschlossenen Kanälen 22a zu verhindern. Alternativ zu einer massiven Ausführung wäre es ebenso denkbar, dass ein erstes Bauelement und/oder ein zweites Bauelement aus einem Material mit einer geschlossenen Porosität gefertigt sind. Auf die jeweils von der Verbindungsstelle 34a abgewandte Seite des ersten Bauelements 12a und des zweiten Bauelements 14a ist jeweils ein, vorzugsweise metallisches, Gasdiffusionselement 30a, 32a aufgebracht. Die Gasdiffusionselemente 30a, 32a sind jeweils über weitere Sinterverbindungen 38a, 40a unlösbar mit dem ersten Bauelement 12a oder dem zweiten Bauelement 14a verbunden. Eine Herstellung der weiteren Sinterverbindungen 38a, 40a zwischen den Gasdiffusionselementen 30a, 32a und dem ersten Bauelement 12a und dem zweiten Bauelement 14a erfolgt vorzugsweise zeitgleich mit einem Herstellen der Sinterverbindung 16a zwischen dem ersten Bauelement 12a und dem zweiten Bauelement 14a. Die Herstellung der Sinterverbin- düngen 16a, 38a, 40a kann insbesondere in einem Durchlaufsinterofen erfolgen.

In den Figuren 2 bis 6 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figur 1 , verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der Figur 1 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis f ersetzt.

Die Figur 2 zeigt schematisch einen Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Polarplatte 10b. Die Polarplatte 10b umfasst ein erstes Bauelement 12b und ein zweites Bauelement 14b. Das erste Bauelement 12b ist mit dem zweiten Bauelement 14b über eine Sinterverbindung 16b unlösbar verbunden. Das erste Bauelement 12a weist auf einer einer Verbindungsstelle 34b zugwandten Seite eine Vielzahl von Ausnehmungen 18a auf. Das zweite Bauelement 14a weist auf einer der Verbindungsstelle 34a zugewandten Seite eine ebene Oberfläche auf. Durch die Sinterverbindung 16b zwischen dem ersten Bauelement 12b und dem zweiten Bauelement 14b bilden die Ausneh- mungen 18b ein Strömungsfeld 20b mit geschlossenen Kanälen 22b zur Aufnahme und/oder Führung eines Kühlfluids aus.

Auf einer der Verbindungsstellen 34b abgewandten Seite weisen das erste Bauelement 12b und das zweite Bauelement 14b jeweils ein weiteres Strömungsfeld 36b auf. Wie in der Beschreibung zu der Figur 1 ausgeführt ist es auch in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, zusätzlich Gasdiffussionseinheiten durch eine Sinterverbindung mit einem ersten Bauelement und/oder einem zweiten Bauelement zu verbinden.

Bei der in der Figur 3 gezeigten Ausführung einer erfindungsgemäßen Polarplatte 10c besteht ein erstes Bauelement 12c aus einem offen porösen Material 24c. Das offen poröse Material 24c kann beispielsweise aus einem Metallschaum und/oder einer metallischen Gitterstruktur und/oder einem Sintermaterial mit offener Porosität bestehen. Das erste Bauelement 12c ist zwischen einem zweiten Bauelement 14c und einem dritten Bauelement 26c angeordnet und durch Sinterverbindungen 16c, 28c unlösbar mit diesen verbunden. Das zweite Bauelement 14c und das dritte Bauelement 26c sind massiv ausgebildet und/oder weisen eine geschlossene Porosität auf, wodurch das erste Bauelement 12c an den Verbindungsstellen 34c dicht verschlossen ist. Die offenen Poren des ersten Bauelements 12c bilden eine Ausnehmung 18c aus durch welche ein Kühlfluid hindurch leitbar ist. Seitenbereiche des ersten Bauelements 12c kön- nen durch eine nicht dargestellte Imprägnierung und/oder durch nicht dargestellte Elemente geschlossen werden, um ein Austreten des Kühlfluids zu verhindern. Auch hier können, wie bereits beschrieben, Gasdiffusionselemente mit in den Sinterverbund mit eingebunden werden. Die Figuren 4 bis 6 zeigen jeweils alternative Ausführungen einer erfindungsgemäßen

Polarplatte 10d, 10e, 10f, welche insbesondere jeweils als Endplatte in einer Brennstoffzelleneinheit verwendbar sind. Die Polarplatten 10d, 10e, 10f weisen jeweils ein erstens Bauelement 12d, 12e, 12f und ein zweites Bauelement 14d, 14e, 14f auf. Die jeweils ersten Bauelemente 12d, 12e, 12f sind jeweils über Sinterverbindungen 16d, 16e, 16f unlösbar mit den zweiten Bauelementen 14d, 14e, 14f verbunden. Die zweiten

Bauelemente 14d, 14e, 14f weisen auf einer von einer Verbindungsstelle 34d, 34e, 34f abgewandten Seite jeweils eine ebene, geschlossene Oberfläche auf.

Bei dem in der Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zweite Bauelement 14d plattenartig ausgebildet und weist beidseitig eine ebene, geschlossene Oberfläche auf, während die in den Figuren 5 und 6 gezeigten zweiten Bauelemente 14e, 14f auf einer einer jeweiligen Verbindungsstelle 34e, 34f zugewandten Seite Ausnehmungen 18e, 18f aufweisen, welche jeweils ein Strömungsfeld 20e, 20f ausbilden. Hinsichtlich einer Ausbildung geschlossener Kanäle 22d, 22e, 22f entsprechen die in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Polarplatten 10d, 10e, 10f den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Polarplatten 10a, 10b. Auch bei den Ausführungsbeispielen in den Figuren 4 bis 6 können, wie bereits beschrieben, Gasdiffusionselemente mit in den Sinterverbund mit eingebunden werden.

Claims

Ansprüche 1. Polarplatte, insbesondere Monopolarplatte, Bipolarplatte oder Endplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem ersten Bauelement (12a; 12b; 12c ; 12d; 12e; 12f) und zumindest einem zweiten Bauelement (14a; 14b; 14c; 14d; 14e ; 14f), welche mittels einer Sinterverbindung (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) unlösbar miteinander verbunden sind, wobei das zumindest eine erste Bauelement (12a; 12b; 12c ;12d; 12e; 12f) wenigstens eine Ausnehmung

(18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Kühlfluid aufzunehmen.

Polarplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (18a; 18b; 18d; 18e; 18f) ein Strömungsfeld (20a; 20b; 20d; 20e; 20f) ausbildet.

Polarplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Bauelement (12a; 12b; 12d; 12e; 12f) und das zumindest eine zweite Bauelement (14a; 14b; 14d; 14e ; 14f) derart miteinander verbunden sind, dass zumindest ein Teil der wenigstens einen Ausnehmung (18a; 18b; 18d; 18e; 18f) zumindest einen geschlossenen Kanal (22a; 22b; 22d; 22e; 22f) ausbildet.

Polarplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Bauelement (12c) zumindest teilweise aus einem offen porösen Material (24c) besteht, welches die wenigstens eine Ausnehmung (18c) bildet.

Polarplatte nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zumindest ein drittes Bauelement (26c), welches mit dem zumindest einen ersten Bauelement (12c) und dem zumindest einen zweiten Bauelement (14c) mittels einer Sinterverbindung (16c, 28c) unlösbar verbunden ist.

6. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauelemente aus (12a-f, 14a-f, 26c) einem Sintermaterial gefertigt ist.

7. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauelemente (12a-f, 14a-f, 26c) massiv ausgeführt ist und/oder eine geschlossene Porosität aufweist.

8. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauelemente (12a-f, 14a-f, 26a-f) aus einem metallischen Blech und/oder aus einer metallischen Folie gefertigt ist.

9. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Bauelemente (12a; 12c; 12e, 14a; 14c; 14e, 26c) identisch zueinander ausgebildet sind.

10. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauelemente (14d) zumindest im Wesentlichen plattenartig ausgebildet ist.

1 1. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein Gasdiffusionselement (30a, 32a), welches mittels einer weiteren Sinterverbindung (38a, 40b) mit zumindest einem der Bauelemente (12a) unlösbar verbunden ist.

12. Polarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauelemente (12a-f, 14a-f, 26c) auf einer einer Verbindungsstelle (34a; 34b; 34c; 34d; 34e; 34f) abgewandten Seite ein Strömungsfeld (36a; 36b; 36c; 36d; 36e; 36f) aufweist, welches zu einer Versorgung mit zumindest einem Reaktanten und/oder zu einer Entsorgung wenigstens eines Reaktionsprodukts vorgesehen ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Polarplatte (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f), insbesondere einer Monopolarplatte, Bipolarplatte oder Endplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem ersten Bauelement (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f), welche wenigstens eine Ausnehmung (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) aufweist, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Kühlfluid aufzunehmen, und zumindest einem zweiten Bauelement (14a; 14b; 14c; 14d; 14e ;14f), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine erste Bauelement (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) und das zumindest eine zweite Bauelement (14a; 14b; 14c; 14d; 14e ; 14f) mit- tels einer Sinterverbindung (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) unlösbar miteinander verbunden werden.