WO2015120933A1 - Bipolarplatte, brennstoffzelle und kraftfahrzeug sowie verfahren zur herstellung der bipolarplatte - Google Patents

Bipolarplatte, brennstoffzelle und kraftfahrzeug sowie verfahren zur herstellung der bipolarplatte Download PDF

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WO2015120933A1
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Bipolar plate fuel cell and motor vehicle and method for producing the bipolar plate
  • the present invention relates to a bipolar plate and a method for producing such a fuel cell, which comprises at least one such bipolar plate and a motor vehicle with such a fuel cell.
  • Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy.
  • fuel cells contain as core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case an electrode arranged on both sides of the membrane (anode and cathode).
  • MEA membrane electrode assembly
  • GDL gas diffusion layers
  • the fuel cell is formed by a multiplicity of MEAs arranged in the stack (stack), the electrical powers of which accumulate.
  • bipolar plates also called flow field plates
  • the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.
  • the fuel in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture
  • the fuel is supplied to the anode via an anode-side open flow field of the bipolar plate, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons.
  • an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons.
  • the membrane which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H + from the anode compartment in the cathode compartment.
  • the electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line.
  • the cathode is supplied with oxygen or an oxygen-containing gas mixture (eg air) via a cathode-side open flow field to the bipolar plate so that a reduction from 0 2 to O 2 " takes place with absorption of the electrons Membranes carry protons to form water, and fuel cells can be converted to others through the direct conversion of chemical energy into electrical energy Electricity generators due to the bypass of Carnot factor improved efficiency.
  • oxygen or an oxygen-containing gas mixture eg air
  • the supply and removal of the operating media (fuel, oxygen and coolant) via resource supply channels which are formed by corresponding stacked and sealed against each other by means of circumferential seal recesses in the bipolar plates.
  • the recesses for forming the resource supply channels are arranged outside the flow fields of the bipolar plates in an inactive region. Each flow field is assigned two such recesses, which serve to supply or discharge of the respective equipment.
  • the recesses are each connected via a connection portion with the flow field having backs and trenches, so that channels are formed, which extend between the flow field and the recess.
  • an inlay element (also called inlay) is arranged transversely over the connection section as a seal support bridge.
  • inlay In the simplest case, such a Einlegelement of a rigid piece of sheet metal, which is welded to the back. This requires the manufacture of the insert element, its exact
  • US 2008/0107944 A1 deals with a technique for sealing a fuel cell by folding over a corner of the bipolar plates.
  • EP 1796196 A2 it is proposed to simplify this method by first making the insert element together with the bipolar plate in one piece as an appendix of the bipolar plate so that the
  • Insertion element is movable about an axis from a starting position to an end position. It is then moved to the end position, where it functions as
  • the present invention is based on the object to improve the manufacturability of a bipolar plate.
  • a bipolar plate according to claim 1 is proposed for a fuel cell according to the invention.
  • the inventively proposed bipolar plate comprises at least one profiled
  • a flow field at least one recess for supplying fuel to the fuel cell and a arranged between the flow field and the recess terminal portion, which extends to the recess and up to the flow field extending trenches and ridges, and a depending portion, which is arranged with the connection portion along a fold line Webs is connected, wherein extending between each two adjacent webs each have a further recess.
  • the bipolar plate is characterized in that the webs connect some or all of the spine of the terminal portion with the appended portion.
  • the fold line preferably extends along the further recess (s), which is embodied in particular as a slot.
  • the appended section is connected to each second spine, each with a web.
  • the bipolar plate may have at least two, for the resource supply and removal associated with the flow field, which are each connected via a connecting portion with the flow field, wherein a connecting portion is connected to each of the connecting portions.
  • the bipolar plate may each have a flow field on each of its main surfaces, wherein each flow field at least one recess, preferably at least two recesses are assigned. Furthermore, the appended portion of the bipolar plate along the fold line may be folded so that the appended portion rests on the back of the terminal portion and bridges the trenches. Then the bipolar plate can be easily sealed.
  • a method according to claim 6 for the preparation of a bipolar plate comprises steps of: (a) embossing a flow field and a terminal portion; and (b) pre-structuring one to the terminal portion
  • connection section is embossed so that it extends to the river field extending trenches and ridges.
  • step (b) takes place in such a way that a continuous section is formed, which is connected to the connection section only by webs arranged along a fold line, wherein one of the further recesses extends between each two adjacent ones of the webs. The procedure is thereby
  • Section with the connection section remains connected to the back by a web.
  • the method further comprises: (c) folding along the fold line such that the appended portion rests on the terminal portion bridging the trenches and creating the recess.
  • the fuel cell comprises at least one membrane-electrode unit and at least one bipolar plate, as proposed according to the invention.
  • the fuel cell comprises a plurality of membrane-electrode assemblies and a plurality of bipolar plates (100) stacked alternately.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a bipolar plate according to the invention
  • FIG. 2 shows a detail of the embodiment shown in FIG.
  • FIG 3 shows the detail shown in Figure 2 after folding the bipolar plate.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a bipolar plate 100 according to the invention
  • Bipolar plate 100 includes a partially profiled portion 102 and a depending portion 101.
  • the appended portion 101 is in a
  • Recess 120 of the bipolar plate 100 is arranged. After the appended portion 101 has been bent out, by stacking a plurality of bipolar plates and
  • the partially profiled portion 102 includes a flow field 103, a terminal portion 104 disposed between the flow field 103 and the recess 120, and so on
  • connection section 104 comprises connection channels 150 which are separated by spines 160.
  • the connection channels 150 connect the recess 120 with the connection piece
  • Flow field 103 and extend, as well as the spine 160, from the recess 120 to the flow field 103.
  • the sealing portion formed in the example just 105 surrounds the
  • Recess 102 where this is not adjacent to the connection portion 104.
  • Further recesses 10 are arranged along a fold line 15.
  • the further recesses 1 10 are the same shape elongated holes that recur regularly. Other recesses 1 10 are possible.
  • the further recesses 10 are separated by webs 16 which are arranged along the fold line 15 and extend perpendicularly thereto.
  • the webs 16 connect the appended section 101 with the spine 160 of the connection section 104.1m. For example, every second spine 160 is connected to one of the webs 16.
  • the channels 150 can be closed in a tubular manner. At the same time a connection between the edges of the sealing portion 105 is formed, where this at the
  • Terminal portion 104 adjacent.
  • the recess 120 is then completely through a
  • FIG. 1 A section of the embodiment of FIG. 1 is shown in FIG. 2 before the folding over of the attached section 101 and in FIG. 3 after the folding over of the attached section 101.
  • the folded-over appended portion 101 may be one
  • Serve seal support bridge that bridges the trenches 150, rests on the back 160 and can support a transversely disposed over the trenches seal.
  • the bent webs are arranged by the connection with the back 160 so that they have a
  • the bipolar plate according to the invention can be produced in different ways.
  • a metal plate is stamped or deep-drawn to form a flux field and a terminal portion.
  • the connection section is formed in such a way that it comprises trenches and ridges extending up to the flow field. Subsequently, partially or completely simultaneously or previously, a recess is prestructured, which forms part of a
  • Inventive bipolar plates are suitable for different applications.
  • An example is the combination with an MEA and another bipolar plate to a fuel cell.
  • Another example is the alternate stacking with MEA to a fuel cell stack.
  • Such fuel cells or fuel cell stacks can in turn be used in a variety of ways.
  • An application example is the use for generating electrical energy for driving an electric vehicle.
  • connection channels 150 trench, connection channels

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, eine Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte. Es ist vorgesehen, dass eine Bipolarplatte (100) für eine Brennstoffzelle mindestens ein profiliertes Flussfeld (103) und mindestens eine Aussparung (120) zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle umfasst. Weiterhin umfasst die Bipolarplatte (100) einen zwischen dem Flussfeld (103) und der Aussparung (120) angeordneten Anschlussabschnitt (102), der sich bis zur Aussparung erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst, die sich jeweils zwischen der Aussparung (120) und dem Flussfeld (103) erstrecken. Schließlich umfasst die Bipolarplatte (100) auch einen anhängenden Abschnitt (101), der mit dem Anschlussabschnitt (102) durch Stege (116) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen (116) jeweils eine weitere Aussparung (110) erstreckt. Die Bipolarplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101) mit mindestens zwei der Rücken (160) des Anschlussabschnitts (102) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Bipolarplatte, Brennstoffzelle und Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung der Bipolarplatte
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen, eine Brennstoffzelle, die zumindest eine solche Bipolarplatte umfasst sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennstoffzelle.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer Ionen leitenden (meist Protonen leitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (Stack) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeldplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein Wasserstoff haltiges Gasgemisch, über ein anodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird über ein kathodenseitiges offenes Flussfeld der Bipolarplatte Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (z. B. Luft) zugeführt, sodass eine Reduktion von 02 zu O2" unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum die Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot- Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.
Die Zu- und Abfuhr der Betriebsmedien (Brennstoff, Sauerstoff und Kühlmittel) erfolgt über Betriebsmittelversorgungskanäle, die durch entsprechende aufeinander gestapelte und gegeneinander mittels umlaufender Dichtung abgedichtete Aussparungen in den Bipolarplatten ausgebildet werden. Die Aussparungen zur Ausbildung der Betriebsmittelversorgungskanäle sind außerhalb der Flussfelder der Bipolarplatten in einem inaktiven Bereich angeordnet. Jedem Flussfeld sind jeweils zwei solcher Aussparungen zugeordnet, die der Zu- beziehungsweise der Ableitung des jeweiligen Betriebsmittels dienen. Die Aussparungen sind jeweils über einen Anschlussabschnitt mit dem Flussfeld verbunden, der Rücken und Gräben aufweist, sodass Kanäle ausgebildet werden, die sich zwischen dem Flussfeld und der Aussparung erstrecken.
Für die korrekte und verlässliche Funktion der Brennstoffzelle ist es notwendig, dass die Betriebsmittelversorgungskanäle, die durch die aufeinandergestapelten Aussparungen der Bipolarplatte ausgebildet werden, abgedichtet sind. Zu diesem Zweck werden üblicherweise die jeweilige Aussparung umlaufende Dichtungen auf die Bipolarplatte aufgebracht. Im Bereich des Anschlussabschnitts, der sich zwischen der Aussparung und dem (offenen) Flussfeld erstreckt und den Anschluss des Flussfelds an den Betriebsmittelkanal ermöglicht, ist es jedoch schwierig, die Dichtung direkt aufzubringen, ohne die durch die Gräben ausgebildeten Kanäle zu verschließen. Nach Stand der Technik wird daher ein Einlegelement (auch Inlay genannt) quer über den Anschlussabschnitt als Dichtungsstützbrücke angeordnet. Im einfachsten Fall besteht ein solches Einlegelement aus einem biegesteifen Stück Blech, das auf den Rücken angeschweißt wird. Dies erfordert die Herstellung des Einlegeelements, seine genaue
Positionierung bezüglich der Bipolarplatte und das Verschweißen mit der Bipolarplatte.
Die US 2008/0107944 A1 befasst sich mit einer Technik zur Abdichtung einer Brennstoffzelle durch Umfalten einer Ecke der Bipolarplatten. In der EP 1796196 A2 wird vorgeschlagen, dieses Verfahren zu vereinfachen, indem das Einlegeelement zunächst zusammen mit der Bipolarplatte einstückig als ein Appendix der Bipolarplatte so hergestellt wird, dass das
Einlegeelement um eine Achse von einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegbar ist. Anschließend wird es in die Endposition bewegt, in der es die Funktion als
Dichtungsstützbrücke ausführen kann. Zur Ermöglichung der Bewegbarkeit, sind daher entlang der Achse Aussparungen vorgesehen, die lediglich durch dünne Stege getrennt sind. Die Stege verbinden das Einlegeelement mit der Bipolarplatte. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit einer Bipolarplatte zu verbessern.
Dazu wird erfindungsgemäß eine Bipolarplatte gemäß Anspruch 1 für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bipolarplatte umfasst mindestens ein profiliertes
Flussfeld, mindestens eine Aussparung zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle und einen zwischen dem Flussfeld und der Aussparung angeordneten Anschlussabschnitt, der sich bis zur Aussparung und bis zu dem Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst, und einen anhängenden Abschnitt, der mit dem Anschlussabschnitt durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen jeweils eine weitere Aussparung erstreckt. Die Bipolarplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stege einige oder sämtliche Rücken des Anschlussabschnitts mit dem anhängenden Abschnitt verbinden.
Dies ermöglicht, die Bipolarplatte entlang einer Faltlinie so zusammenzufalten, dass der anhängende Abschnitt auf dem Rücken aufliegt und die Gräben überbrückt, ohne dass die Stege die Gräben beeinflussen. Die Faltlinie erstreckt sich vorzugsweise entlang der weiteren Aussparung/en, die insbesondere als Langloch ausgeführt ist/sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der anhängende Abschnitt mit jedem zweiten Rücken mit jeweils einem Steg verbunden.
So kann eine stabile und doch bewegliche Verbindung materialsparend realisiert werden.
Die Bipolarplatte kann mindestens zwei, dem Flussfeld zugeordnete Aussparungen zur Betriebsmittelzufuhr und -abfuhr aufweisen, die jeweils über einen Anschlussabschnitt mit dem Flussfeld verbunden sind, wobei mit jedem der Anschlussabschnitte ein anhängender Abschnitt verbunden ist.
Die Bipolarplatte kann auf jeder ihrer Hauptflächen jeweils ein Flussfeld aufweisen, wobei jedem Flussfeld mindestens eine Aussparung, vorzugsweise mindestens zwei Aussparungen zugeordnet sind. Weiterhin kann der anhängende Abschnitt der Bipolarplatte entlang der Faltlinie so gefaltet sein, dass der anhängende Abschnitt auf dem Rücken des Anschlussabschnitts aufliegt und die Gräben überbrückt. Dann lässt sich die Bipolarplatte leicht abdichten.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 6 zur Herstellung einer Bipolarplatte vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Schritte: (a) Prägen eines Flussfeldes und eines Anschlussabschnitts und (b) Vorstrukturieren einer an den Anschlussabschnitt
angrenzenden Aussparung durch Ausstanzen mindestens einer weiteren Aussparung und einer noch weiteren Aussparung. Dabei wird der Anschlussabschnitt so geprägt, dass er sich bis zum Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst. Weiterhin erfolgt Schritt (b) so, dass ein anhängender Abschnitt entsteht, der mit dem Anschlussabschnitt lediglich noch durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten der Stege jeweils eine der weiteren Aussparungen erstreckt. Das Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Ausstanzen und Profilieren so erfolgt, dass der anhängende
Abschnitt mit dem Anschlussabschnitt an dem Rücken durch einen Steg verbunden bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin: (c) Zusammenfalten entlang der Faltlinie, sodass der anhängende Abschnitt auf dem Anschlussabschnitt aufliegt und die Gräben überbrückt und die Aussparung entsteht.
Erfindungsgemäß wird schließlich noch eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Dabei umfasst die Brennstoffzelle zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit und zumindest eine Bipolarplatte, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Brennstoffzelle eine Mehrzahl Membran- Elektroden-Einheiten und eine Mehrzahl Bipolarplatten (100), die einander abwechselnd gestapelt sind.
Schließlich wird erfindungsgemäß auch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte,
Figur 2 einen Ausschnitt des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels vor
Zusammenfalten der Bipolarplatte und
Figur 3 den in Figur 2 gezeigten Ausschnitt nach Zusammenfalten der Bipolarplatte.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 100. Die
Bipolarplatte 100 umfasst einen teilweise profilierten Abschnitt 102 und einen anhängenden Abschnitt 101 . In der Darstellung in Figur 1 ist der anhängende Abschnitt 101 in einer
Aussparung 120 der Bipolarplatte 100 angeordnet. Nachdem der anhängende Abschnitt 101 herausgebogen wurde, kann durch Aufeinanderstapeln mehrere Bipolarplatten und
gegeneinander Abdichten der Aussparungen 120 ein Betriebsmittelkanal für die Zu- bzw.
Abfuhr der Betriebsmedien (Brennstoff, Sauerstoff und Kühlmittel) ausgebildet werden.
Der teilweise profilierter Abschnitt 102 umfasst ein Flussfeld 103, einen Anschlussabschnitt 104, der zwischen dem Flussfeld 103 und der Aussparung 120 angeordnet ist und so eine
Verbindung des Betriebsmittelkanals mit dem Flussfeld 103 ermöglicht, und einen
Dichtungsabschnitt 105. Der Anschlussabschnitt 104 umfasst durch Rücken 160 getrennte Anschlusskanäle 150. Die Anschlusskanäle 150 verbinden die Aussparung 120 mit dem
Flussfeld 103 und erstrecken sich, ebenso wie die Rücken 160, von der Aussparung 120 zum Flussfeld 103. Der im Beispiel eben ausgebildete Dichtungsabschnitt 105 umgibt die
Aussparung 102, wo diese nicht an den Anschlussabschnitt 104 grenzt.
Weitere Aussparungen 1 10 sind entlang einer Faltlinie 1 15 angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind die weiteren Aussparungen 1 10 formgleiche Langlöcher, die regelmäßig wiederkehren. Andere Aussparungen 1 10 sind aber möglich. Die weiteren Aussparungen 1 10 sind durch Stege 1 16, die entlang der Faltlinie 1 15 angeordnet sind und sich senkrecht dazu erstrecken, getrennt. Die Stege 1 16 verbinden den anhängenden Abschnitt 101 mit den Rücken 160 des Anschlussabschnitts 104.1m Beispiel ist jeder zweite Rücken 160 mit einem der Stege 1 16 verbunden. Je zwei Gräben 150, die sich zu einer der Aussparungen 1 10 erstrecken, mit dazwischen liegendem Mittelrücken 161 , der keinen Steg 1 16 aufweist, bilden ein Teilprofil 170. Es können auch mehr oder alle Rücken mit einem der Stege verbunden sein. Ebenso ist es möglich, dass weniger oder nur zwei Rücken, beispielsweise die äußersten Rücken, mit einem Steg verbunden ist.
Noch weitere Aussparungen 130, 140, wie sie im Ausführungsbeispiel dargestellt sind und die beispielsweise von dem Dichtungsabschnitt 105 vollständig umgeben sind, sind optional und können auch weggelassen werden.
Wird der anhängende Abschnitt 101 um die Faltlinie bewegt und so aus der Aussparung 120 herausgebogen und auf die Kanäle 150 gefaltet, dass er auf den Rücken 160 aufliegt, so können die Kanäle 150 röhrenartig verschlossen werden. Gleichzeitig wird eine Verbindung zwischen den Rändern des Dichtungsabschnitts 105 gebildet, wo dieser an den
Anschlussabschnitt 104 angrenzt. Die Aussparung 120 ist dann vollständig durch eine
Oberfläche umgeben, auf der eine Dichtung einfach und verlässlich aufgebracht werden kann. Aussparungen 120 aufeinander gestapelter Bipolarplatten 100 können daher einfach und verlässlich gegeneinander abgedichtet werden. Ein Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 ist in Figur 2 vor dem Umfalten des anhängenden Abschnitts 101 und in Figur 3 nach dem Umfalten des anhängenden Abschnitts 101 gezeigt.
Wie in Figur 3 zu sehen kann der umgefaltete anhängende Abschnitt 101 als eine
Dichtungsstützbrücke dienen, die die Gräben 150 überbrückt, auf den Rücken 160 aufliegt und eine quer über die Gräben anzuordnende Dichtung stützen kann. Die umgebogenen Stege sind dabei durch die Verbindung mit den Rücken 160 so angeordnet, dass sie einen
Betriebsmittelfluss zwischen den Kanälen 150 und einem mithilfe der Aussparung 120 gebildeten Betriebsmittelkanal unbeeinflusst lassen. Ein Abtrennen der Stege 1 16 in der Endlage ist daher nicht erforderlich.
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte lässt sich auf unterschiedliche Weise herstellen. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Metallplatte geprägt oder tiefgezogen, sodass ein Flussfeld und ein Anschlussabschnitt entsteht. Dabei wird der Anschlussabschnitt so gebildet, dass er sich bis zum Flussfeld erstreckende Gräben und Rücken umfasst. Anschließend, teilweise oder vollständig gleichzeitig oder zuvor wird eine Aussparung vorstrukturiert, die Teil eines
Betriebsmittelkanals werden soll. Dies geschieht durch Ausstanzen mindestens einer weiteren Aussparung und einer noch weiteren Aussparung, sodass ein anhängender Abschnitt entsteht, der lediglich noch mit einigen oder allen Rücken des Anschlussabschnitts durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege verbunden bleibt. Durch Zusammenfalten entlang der Faltlinie entsteht die Aussparung, die Teil des Betriebsmittelkanals werden soll. Der anhängende Abschnitt wird dabei soweit herausgebogen, dass er auf dem Anschlussabschnitt aufliegt und die Gräben überbrückt. So bildet er eine Dichtungsbrücke für eine um die Aussparung umlaufende Dichtung, die für die Bildung des Betriebsmittelkanals vorteilhaft ist.
Erfindungsgemäße Bipolarplatten eigenen sich für unterschiedliche Anwendungen. Ein Beispiel ist die Kombination mit einer MEA und einer weiteren Bipolarplatte zu einer Brennstoffzelle. Ein anderes Beispiel ist die abwechselnde Stapelung mit MEA zu einem Brennstoffzellstapel.
Solche Brennstoffzellen oder Brennstoffzellstapel können ihrerseits vielfältig verwendet werden. Ein Anwendungsbeispiel ist dabei die Verwendung zur Erzeugung elektrischer Energie zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs.
Bezugszeichenliste
100 Bipolarplatte
101 anhängender Abschnitt der Bipolarplatte
102 zumindest teilweise profilierter Abschnitt der Bipolarplatte
103 Flussfeld der Bipolarplatte
104 Anschlussabschnitt der Bipolarplatte
105 Dichtungsabschnitt der Bipolarplatte
1 10 Aussparungen
1 15 Faltlinie
1 16 Steg
120 weitere Aussparung
130 weitere Aussparung
140 weitere Aussparung
150 Graben, Anschlusskanäle
160 Rücken
161 Mittelrücken
170 Teilprofil

Claims

Patentansprüche
1 . Bipolarplatte (100) für eine Brennstoffzelle, umfassend
mindestens ein profiliertes Flussfeld (103),
mindestens eine Aussparung (120) zur Betriebsmittelversorgung der Brennstoffzelle, einen zwischen dem Flussfeld (103) und der Aussparung (120) angeordneten
Anschlussabschnitt (104), der sich bis zur Aussparung erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst, die sich jeweils zwischen der Aussparung (120) und dem Flussfeld (103) erstrecken, und
einen anhängenden Abschnitt (101 ), der mit dem Anschlussabschnitt (104) durch entlang einer Faltlinie angeordneten Stege (1 16) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten Stegen (1 16) jeweils eine weitere Aussparung (1 10) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (1 16) einige oder sämtliche Rücken (160) des Anschlussabschnitts (104) mit dem anhängenden Abschnitt (101 ) verbinden.
2. Bipolarplatte (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101 ) vorzugsweise mit jedem zweiten Rücken (160) mit jeweils einem Steg (1 16) verbunden ist.
3. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (100) mindestens zwei, dem Flussfeld (103) zugeordnete
Aussparungen (120) zur Betriebsmittelzufuhr und -abfuhr aufweist, die jeweils über einen Anschlussabschnitt (102) mit dem Flussfeld (103) verbunden sind, wobei mit jedem der Anschlussabschnitte (102) ein anhängender Abschnitt (101 ) verbunden ist.
4. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (100) auf jeder ihrer Hauptflächen jeweils ein Flussfeld aufweist, wobei jedem der Flussfelder mindestens eine Aussparung (120), vorzugsweise mindestens zwei Aussparungen (120) zugeordnet sind.
5. Bipolarplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der anhängende Abschnitt (101 ) der Bipolarplatte(100) entlang einer Faltlinie (1 15) so gefaltet ist, dass der anhängende Abschnitt (101 ) auf den Rücken (160) des
Anschlussabschnitts (102) aufliegt und die Gräben (150) überbrückt.
6. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (100), umfassend Schritte:
(a) Prägen eines Flussfeldes (103) und eines Anschlussabschnitts (104), wobei der Anschlussabschnitt (104) so geprägt wird, dass er sich bis zum Flussfeld (103)
erstreckende Gräben (150) und Rücken (160) umfasst,
(b) Vorstrukturieren einer an den Anschlussabschnitt (104) angrenzenden Aussparung (120) durch Formen mindestens einer weiteren Aussparung (1 10) und einer noch weiteren Aussparung, sodass ein anhängender Abschnitt (101 ) entsteht, der mit dem
Anschlussabschnitt (104) lediglich noch durch entlang einer Faltlinie angeordnete Stege (1 16) verbunden ist, wobei sich zwischen je zwei benachbarten der Stege (1 16) jeweils eine der weiteren Aussparungen (1 10) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Formen und Profilieren so erfolgt, dass der anhängende Abschnitt (101 ) mit dem Anschlussabschnitt (104) an dem Rücken durch einen Steg (1 16) verbunden bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6 weiterhin umfassend: (c) Zusammenfalten entlang der Faltlinie (1 15), sodass der anhängende Abschnitt (101 ) auf dem Anschlussabschnitt (102) aufliegt und die Gräben (150) überbrückt und die Aussparung (120) entsteht.
8. Brennstoffzelle umfassend zumindest eine Membran-Elektroden-Einheit und zumindest eine Bipolarplatte (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
9. Brennstoffzelle nach Anspruch 8, umfassend eine Mehrzahl Membran-Elektroden-Einheiten und eine Mehrzahl Bipolarplatten (100), die einander abwechselnd gestapelt sind.
10. Kraftfahrzeug umfassend eine Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9.
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