WO2015150533A1 - Bipolarplatte sowie brennstoffzelle mit einer solchen - Google Patents

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WO2015150533A1
WO2015150533A1 PCT/EP2015/057345 EP2015057345W WO2015150533A1 WO 2015150533 A1 WO2015150533 A1 WO 2015150533A1 EP 2015057345 W EP2015057345 W EP 2015057345W WO 2015150533 A1 WO2015150533 A1 WO 2015150533A1
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cathode
coolant
anode
bipolar plate
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PCT/EP2015/057345
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Benno Andreas-Schott
Markus Ritter
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Volkswagen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate comprising a profiled anode plate and a profiled cathode plate, each having two distributor areas for conducting operating media, each with an anode gas main port for supply and removal of fuel, depending on a Kathodengashauptport for supply and removal of oxidizing agent and a coolant main gas channel - And discharge of coolant, which are arranged along one side edge, as well as between the distributor areas an active area, wherein the plates are arranged one above the other, that the bipolar plate has channels for the operating media between the main gas channel and active area, and a fuel cell with such.
  • 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 a proton-conducting membrane and in each case one on both sides of the membrane arranged electrode (anode and cathode).
  • MEA membrane electrode assembly
  • the fuel in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture
  • the anode where an electrochemical oxidation takes place with the release of electrons (H 2 - 2 H + + 2 e " ) separated gas-tight from each other and electrically insulated, then a (water-bound or anhydrous) transport of the protons H + in the anode compartment into the cathode compartment.
  • the cathode is fed oxygen or an oxygen-containing gas mixture so that a reduction of the oxygen takes place with absorption of the electrons (% 0 2 + 2 e ' - O 2 " ).
  • the cathode reaction is, inter alia, due to the lower compared to hydrogen diffusion rate of oxygen, the rate-limiting element of the fuel cell reaction.
  • the fuel cell is formed by a plurality of stack (stack) arranged membrane electrode assemblies whose electrical power is added.
  • bipolar plates Between two membrane-electrode units of a fuel cell stack, a bipolar plate is arranged in each case, on the one hand channels for supplying the process gases to the anode or cathode of the adjacent membrane-electrode units and cooling channels for dissipating heat, bipolar plates also consist of an electrically conductive material to make the electrical connection. They thus have the threefold function of the process gas supply of the membrane-electrode units, the cooling and the electrical connection.
  • Bipolar plates are known in different designs. Fundamental goals in the design of bipolar plates are the weight reduction, the reduction in space and the increase in power density. These criteria are particularly important for the mobile use of fuel cells, for example for the electromotive traction of vehicles.
  • the bipolar plate shown in WO 03/050905 A2 has on one side continuous recesses for the formation of anode channels and on the other side continuous
  • the invention is based on the object of providing a bipolar plate whose hydraulic cross-section is optimized in such a way that the pressure loss of the operating media is reduced.
  • the bipolar plate should be designed to realize as homogeneous a pressure distribution of the operating media over the surface.
  • a bipolar plate according to the invention for a fuel cell comprising a profiled anode plate and a profiled cathode plate, each having two manifold areas for conducting operating media, each with an anode gas main port for supply and discharge of fuel, each a cathode gas main port for supply and discharge of Oxidizing agent and a respective main coolant port for the supply and removal of coolant, which along a side edge, ie side by side, are arranged, wherein the plates are formed and positioned one above the other, that the bipolar plate has channels which connect the main equipment ports of both distribution areas together. Furthermore, the distributor regions have at least one overlapping section in which the channels do not overlap one another in a fluid-connecting manner.
  • the cathode gas main port is arranged such that cathode channels extend straight from it over at least the fuel cell distribution region and that in a first overlap section the anode channels and anode cathode channels intersect each other and enclose an angle between 0 ° and 90 ° °, ie greater than 0 ° and less than 90 °.
  • Fuel cell stack resulting channels for the management of operating media are provided.
  • Channels are understood to mean open (ie channel-shaped) and / or closed-tube-shaped, fluid connections for transporting the equipment. They can be designed as discrete channels, but also as a flow field or flow field, which allows a transverse flow.
  • Blockage of cathode channels as a result of water accumulation is largely or completely prevented.
  • the overlapping of anode and cathode channels according to the invention leads to a substantially homogeneous distribution of fuel and coolant over the overlap section. This in turn favors a homogeneous distribution of the pressure of reactant fluids (since these are in particular gaseous, they are also referred to below as reactant gases) within the cathode channels over the entire surface of the bipolar plate.
  • a bipolar plate is subdivided into three regions, comprising two distributor regions and one active region.
  • a first distributor area serves for the supply of Operating media to the active area of the bipolar plate, a second distribution area of the discharge of the operating media from the active area.
  • both distributor regions are designed the same, in particular can be converted into one another by mirror symmetry, preferably rotational symmetry.
  • the main equipment ports ie anode gas main port, main coolant port and cathode gas main port, are arranged.
  • the main ports may be substantially along a side edge
  • a short side edge of the bipolar plate in particular a short side edge of the bipolar plate, be arranged side by side.
  • the main equipment ports can be classified based on their training, in particular their size ratios.
  • anode gas main ports are usually smaller than the areas of
  • the active region which is arranged between the two distributor regions, is characterized in that, in the assembled state of the fuel cell stack, this region faces an electrode of the membrane-electrode assembly. That is, in the active area, the chemical reactions take place, which are the basis for energy production in a fuel cell.
  • the operating media in the present case are fluids, that is to say liquid or gaseous substances which are conveyed through the respective main equipment ports via suitable fluids
  • Feeds are guided on the plate. These are two reactant fluids, in particular a cathode operating medium (oxidizing agent) and an anode operating medium (fuel) as well as a coolant, preferably water. Oxygen is preferred as
  • Oxidizing agent and hydrogen used as fuel are Oxidizing agent and hydrogen used as fuel.
  • the cathode channels of a bipolar plate extend over at least the
  • Cathode plate have no sweeping. Preferably, they are arranged parallel to each other. Such an arrangement is inventively at least in the distribution area. Also preferably, this arrangement over the entire length of the bipolar plate, ie also in the active region, continued.
  • the straight-line course of the cathode channels has the advantage that a water accumulation and concomitant obstruction of the cathode channels can be prevented by improving the hydraulic cross section in the entire cathode channel area.
  • bipolar plates according to the invention can be operated with a low-pressure strategy, that is to say an operating medium pressure of less than 2 bar.
  • the cathode gas main port is arranged between the anode gas main port and the coolant main port. This arrangement allows in a simple manner that the cathode channels extend in a straight line over the entire area of the bipolar plate.
  • the anode channels are designed such that they extend over the entire width of a cathode flux field, the cathode flux field corresponding to the sum of all the cathode channels.
  • the angle between anode channels and cathode channels in the first overlap portion of 10 ° to 60 °. This ensures that the
  • Length difference of the anode channels within a distributor area is minimized.
  • the length of the anode channels can also be arranged at the same angle between cathode channels and anode channels by the arrangement of the anode gas main port within the
  • Distribution area are affected. Since there are already pressure losses in the transport of the fuel in the channels, a reduction in the length differences of the anode channels in turn leads to a more homogeneous pressure distribution of the fuel in the flow field.
  • a homogeneous pressure distribution in particular over the width of the bipolar plate, can be enhanced by the fact that the cathode gas main port extends over the width of all the cathode channels.
  • a width of the bipolar plate is lower in the active region than in the distributor region.
  • the width of the plate in the active region substantially corresponds to the width of the flow field.
  • a main flow direction of the coolant extends transversely to the cathode channels at least in a partial section of the overlap region.
  • Under main flow direction is understood to mean the direction of flow of the major part of the coolant. On the one hand, this is determined by the momentum and the inertia of the water, but on the other hand it can be changed or redirected by resistances, for example transverse webs in the channel structure.
  • Cathode gas main port arranged. In particular, he is outside of an imaginary one
  • the coolant main port is preferably located in a part of the distributor region which is outside the width of the active region.
  • Coolant channels for transporting coolant in this embodiment first parallel to the cathode channels. Subsequently, the coolant channels with arcuate course at an angle of 75 ° to 95 °, preferably at an angle of 90 °, in the direction of
  • the coolant channels are preferably over the entire coolant channels
  • Bipolar plate formed as a closed, extending between the two plates channels. Between the main coolant ports and the overlap region, the coolant channels are preferably formed by troughing one of the plates, preferably the anode plate, which are shaped towards its outer surface. With transition to a first
  • the coolant channels result from the negative structure of the cathode and anode channels, namely from the undulating structure on the one
  • the main flow direction of the coolant follows the structure of the coolant channels and is thus aligned transversely to the cathode channels in the second intersection section, where coolant channels and cathode channels overlap one another when viewed from the plate.
  • the cathode channels and the coolant channels do not overlap one another in a fluid-connecting manner and extend at an angle of 75 ° to 100 °, preferably orthogonal to one another. This will make the cross too the cathode channels extending main flow of the coolant over the width of the
  • Intersecting section further intersect the emanating from the coolant main port coolant channels with the cathode channels and the anode channels.
  • the intersection of the three resource channels is preferably achieved in that the wave-shaped profile of the anode plate for guiding coolant in the first overlap portion in the
  • Coolant channels passes, which are formed on the coolant side of the channel webs of the anode and cathode channels.
  • the coolant channels in the second overlapping section prefferably be designed as channels with anodic side and, in the first overlapping section, as anodes and cathodes on the other side
  • Anode plate and the cathode plate extending channels are formed.
  • Cross-section ie reduction of flow resistance
  • the transition of the channel structure in the distribution area is facilitated to that in the active area.
  • Coolant channels run parallel to the cathode channels.
  • Coolant channels formed in the form of a flow field, which cross flows of the
  • Anode channels extending channel can flow.
  • the thus optimized cross flow of the coolant to the cathode flow field has a uniform coolant distribution with very low pressure drop of the coolant, in particular in the first overlap section, for
  • cathode channels and the anode channels are arranged parallel to one another in the active region of the bipolar plate.
  • anode and cathode channels preferably extend congruently one above the other, so that the anode channel bottoms, preferably over the entire length of the active region of the bipolar plate, are arranged opposite to each other
  • Kathodenkanalböden are in contact and form discrete coolant channels in the resulting spaces.
  • This has the advantage that the bipolar plate in the active area additionally fulfills the function of the support and an electrical line between the plates.
  • the main flow directions of all operating media are in this embodiment in the active area parallel to each other.
  • the channels of the particular reactant fluid are generally formed by the profile of the associated anode and cathode plates. That is, the anode channels are defined by the configuration of the anode plate, while the cathode channels result from the profile of the cathode plate.
  • the coolant channels result from the associated negative profile of the two.
  • the coolant channels emanating from the coolant main port in the distributor area are configured only on one of the plates, in particular the anode plate.
  • the counter plate also limits the resulting coolant channel, however, it is flat (unprofiled) in the relevant area. The supply of the coolant from the main coolant port to the overlap with the cathode channels is thus only by the profile in the
  • Cathode plate determined.
  • it is preferred that such a configuration of the coolant channels in the distributor area is located only on the cathode plate.
  • Embodiment forms have primarily a production advantage.
  • the invention further relates to a fuel cell, comprising a stack of a plurality of bipolar plates according to the invention and a plurality of membrane-electrode units, wherein the bipolar plates and the membrane-electrode units are stacked alternately.
  • a fuel cell according to the invention advantageously has an optimized pressure distribution with a low pressure loss of the operating media, in particular of the coolant, via the individual bipolar plates but also over the entire fuel cell stack.
  • at least one clamping element is arranged along the fuel cell stack parallel to the active regions of the bipolar plates between the distributor regions. If, according to a preferred embodiment, a width of the bipolar plate in the active region is lower than in the distributor region, lateral recesses in the stack result, within which the at least one clamping element is arranged. This has the advantage that the clamping element in particular in the active region of the fuel cell pressure on the
  • Bipolar plates builds in which the requirements for the resulting seal are the highest. Furthermore, a bipolar plate according to the invention is designed to be more stable in this area, so that the pressure applied by the clamping element can be higher than if the clamping element were arranged in the distributor area. This increase of the possible maximum pressure in turn has a positive effect on the seal in the active area.
  • the tensioning element is designed in particular as a spring assembly.
  • the fuel cell can be used for mobile or stationary applications. In particular, it serves to supply power to an electric motor for driving a vehicle.
  • another aspect of the invention relates to a vehicle having a fuel cell according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack
  • Figure 2 is a plan view of a portion of a cathode plate of a
  • FIG. 3 shows a plan view of a section of an anode plate of a
  • Figure 4 is a plan view of a section of a bipolar plate according to the invention in a preferred embodiment in the wire model, and
  • Figure 5 is a schematic representation of an overlapping section of a
  • Distribution region of a bipolar plate according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack.
  • Fuel cell stack 100 includes a first end plate 111 and a second end plate 112. Between the end plates 111, 112 a plurality of stacked stacked elements are arranged, which include bipolar plates 113 and membrane electrode assemblies 114.
  • the bipolar plates 113 are alternately stacked with the membrane-electrode assemblies 114.
  • the membrane-electrode assemblies 114 each comprise a membrane and electrodes adjoining the membrane on both sides, namely an anode and a cathode (not shown). Adjacent to the membrane, the membrane electrode assemblies 114 may also have gas diffusion layers (also not shown). Between the bipolar plates 113 and
  • Membrane electrode units 114 each sealing elements 115 are arranged, which seal the anode and cathode chambers gas-tight to the outside. Between the end plates 111 and 112, the fuel cell stack 100 by means of clamping elements 116, z. B. tie rods or clamping plates, pressed.
  • FIG. 1 only the narrow sides of the bipolar plates 113 and the membrane electrode units 114 are visible. The major surfaces of the bipolar plates 113 and the membrane-electrode assemblies 114 abut each other.
  • the representation in FIG. 1 is partly not dimensionally true.
  • a thickness of a single cell consisting of a bipolar plate 113 and a membrane electrode assembly 114 is a few mm, with the membrane electrode assembly 114 being the much thinner component.
  • FIG. 2 shows a section of a cathode plate 8 of a bipolar plate. This section comprises a distributor area 2 and an active area 6. A further distributor area, not shown, adjoins on the opposite side of the active area.
  • the cathode plate 8 is made of an electrically conductive material, preferably a metallic material. It has a profile for forming channels 41, 51 both in the active region 6 and in the distributor region 2.
  • the distributor area 2 has three openings, so-called central equipment ports
  • main resource channels namely, an anode gas main port 3, a cathode gas main port 4, and a main coolant port 5.
  • the main equipment ports 3, 4, and 5 are juxtaposed along an edge of the cathode plate 8.
  • Anodengassburgport 3 has the smallest clear area in the middle between
  • Anodengas- and coolant main port 3 and 5 arranged cathode gas main port 4 has the largest clear area, while the main coolant port 5 has a clear surface which is larger than that of the anode gas main port 3 and smaller than that of the cathode gas main port 4, the cathode channels 41 are by a corresponding profiling the plate 8 channel-shaped, so formed as open channels.
  • cathode channels 41 extend in a straight line, ie substantially linearly without turns, curves or sweeping, over distributor region 2 and active region 6.
  • the width of all cathode channels 41 arranged side by side and in parallel substantially corresponds in total to the width of the cathode gas main port 4.
  • the wavy professional! can be prepared in particular by embossing in a suitable embossing tool, starting from a flat plate.
  • the cathode plate 8 has a width b a in the active region 6 which is smaller than a width b of the bipolar plate in the distributor region 2.
  • a recess of the plate is produced in a middle region of a length of the plate.
  • the width b of the distributor region 2 preferably corresponds to the total width of the bipolar plate.
  • FIG. 3 shows an anode plate 7, which is the counterpart of the one shown in FIG.
  • Cathode plate 8 for forming a common bipolar plate 1 represents.
  • Figure 3 shows the back of the bipolar plate of Figure 2.
  • the anode plate 7 is shown in Figure 3 only with a section, which can be divided into a distribution area 2 and an active area 6.
  • the distributor region 2 has openings for
  • the anode channels 31 emanating from the anode gas main port 3 are arranged parallel to one another and run, in particular in a first overlap section 9, at an angle of 0 ° to 90 °, in particular from 10 ° to 60 °, to the coolant channels 51 via the distributor region 2.
  • the coolant channels 51 emanating from the coolant main gas channel 5 extend parallel to one another and at first parallel to one side of the anode plate 7, which is adjacent to the side along which the main equipment ports 3, 4 and 5 are arranged. Based on this, they describe one arc, then in a second
  • Overlapping portion 10 to run perpendicular to the described side.
  • the first section 9 and the second section 10 each have the shape of triangles, in particular right-angled triangles, which do not overlap.
  • the plates 7 and 8 are made of an electrically conductive material, for example a metal or a carbon-based material or a composite material of such.
  • FIG. 4 shows a bipolar plate 1 according to the invention, which was obtained by disposing the cathode plate 8 according to FIG. 2 and the anode plate 7 according to FIG.
  • the selected plan view shows the cathode plate 8 such that of the underlying and not actually visible anode plate only the anode 31 and coolant channels 51 are indicated by broken lines to illustrate the relative arrangement of the two plates 7, 8.
  • the two plates 7, 8 are arranged on one another and arranged with each other so that the first anode channels 31 of the anode plate 7 rest in the active region 6 on the cathode channels 41 of the cathode plate 8. In this way, continuous coolant channels 51 are formed between the plates 7, 8.
  • the first section 9 is designed such that the fuel is uniformly distributed over all the cathode channels 41.
  • a first outer anode channel 31 strikes a first outer cathode channel 41.
  • the other channels between the first and last cathode channel show a corresponding course.
  • the anode channels 31 extend in an arc and are preferably arranged directly above the cathode channels 41 in the active region 6, as described.
  • the configuration of the cathode channels 41 as a rectilinear flow field causes no (or at least significantly reduced) water to accumulate within the channels and thus leads to blockage of the cathode channels 41 and pressure loss of the oxidant over the surface.
  • the individual channel heights can be increased and thus the hydraulic cross section can be improved.
  • the smaller width of the bipolar plate 1 according to the invention in the active region 6 is used in a modification of the arrangement shown in Figure 1, for example, the inclusion of a clamping element. Particularly preferred for this purpose is the design of the tensioning element 116 as a spring assembly.
  • the arrangement of the clamping element 116 in the active region 6 of the bipolar plate 1 allows a targeted distribution of pressure and thus a targeted sealing of the cells.
  • the two plates 7 and 8 are superimposed on each other so that from the superposition of anode channels 31, cathode channels 41 and coolant channels 51 of the first overlap section 9 and from the superposition of coolant channels 51 and
  • a section 11 resulting from the sum of the first and second overlapping sections 9, 10 is shown as a transparent detail in FIG. 4A. It is shown that the cathode channels 41 enclose an angle, preferably between 10 ° and 60 °, with the anode channels 31 in the first section 9. In the second section 10 results between
  • Coolant channels 51 out which in the second overlap section 10 through the wave-like profile in the anode plate 7 are formed. A main flow direction of the
  • Coolant 52 extends transversely, in particular orthogonally, in this section to the
  • the coolant channels 51 initially overlap in the second section 10 the profile of

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (1) für eine Brennstoffzelle (100) umfassend eine profilierte Anodenplatte (7) und eine profilierte Kathodenplatte (8), jeweils aufweisend einen aktiven Bereich (6) sowie zwei Verteilerbereiche (2) zur Zu- und Ableitung von Betriebsmedien zu bzw. aus dem aktiven Bereich (6), wobei die Verteilerbereiche (2) jeweils einen Anodengashauptport (3) zur Zu- und Abführung von Brennstoff, einen Kathodengashauptport (4) zur Zu- und Abführung von Oxidationsmittel sowie einen Kühlmittelhauptport (5) zur Zu- und Abführung von Kühlmittel aufweisen, welche entlang einer Seitenkante der Bipolarplatte (1) angeordnet sind, wobei die Platten (7, 8) derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass die Bipolarplatte (1) Kanäle (31, 41, 51) für die Betriebsmedien aufweist, welche die Betriebsmittelhauptports (3, 4, 5) mit dem aktivem Bereich (6) verbinden, und wobei die Verteilerbereiche (2) zumindest einen Überschneidungsabschnitt (9, 10) aufweisen, in dem die Kanäle (31, 41, 51) einander nicht fluidverbindend überschneiden, sowie eine Brennstoffzelle mit einer solchen. Es ist vorgesehen, dass der Kathodengashauptport (4) zwischen dem Anodengashauptport (3) und dem Kühlmittelhauptport (5) angeordnet ist und von diesem ausgehend Kathodenkanäle (41) zumindest über den Verteilerbereich (2) der Bipolarplatte (1) geradlinig verlaufen und dass in einem ersten Überschneidungsabschnitt (9) vom Anodengashauptport (3) ausgehende Anodenkanäle (31) und die Kathodenkanäle (41) einander überschneiden und einen Winkel einschließen, der zwischen 0° und 90° beträgt.

Description

Beschreibung
Bipolarplatte sowie Brennstoffzelle mit einer solchen
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte umfassend eine profilierte Anodenplatte und eine profilierte Kathodenplatte, jeweils aufweisend zwei Verteilerbereiche zur Leitung von Betriebsmedien mit je einem Anodengashauptport zur Zu- und Abführung von Brennstoff, je einem Kathodengashauptport zur Zu- und Abführung von Oxidationsmittel sowie je einem Kühlmittelhauptgaskanal zur Zu- und Abführung von Kühlmittel, welche entlang einer Seitenkante angeordnet sind, sowie zwischen den Verteilerbereichen einen aktiven Bereich, wobei die Platten derart übereinander angeordnet sind, dass die Bipolarplatte Kanäle für die Betriebsmedien zwischen Hauptgaskanal und aktivem Bereich aufweist, sowie eine Brennstoffzelle mit einer solchen.
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 protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation unter Abgabe von Elektronen stattfindet (H2 - 2 H+ + 2 e"). 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 Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass eine Reduktion des Sauerstoffs unter Aufnahme der Elektronen stattfindet (% 02 + 2 e' - O2"). Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser (2 H+ + O2' -> H20). Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad. Die Kathodenreaktion stellt u. a. aufgrund der gegenüber von Wasserstoff geringeren Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff das geschwindigkeitslimitierende Glied der Brennstoffzellenreaktion dar. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (Stack) angeordneter Membran-Elektroden-Einheiten gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen zwei Membran-Elektroden-Einheiten eines Brennstoffzellenstapels ist jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, die einerseits Kanäle zur Zuführung der Prozessgase zu der Anode beziehungsweise Kathode der benachbarten Membran-Elektroden-Einheiten aufweist sowie Kühlkanäle zur Abführung von Wärme, Bipolarplatten bestehen zudem aus einem elektrisch leitfähigen Material, um die elektrische Verbindung herzustellen. Sie weisen somit die dreifache Funktion der Prozessgasversorgung der Membran-Elektroden-Einheiten, der Kühlung sowie der elektrischen Anbindung auf.
Bipolarplatten sind in unterschiedlichen Bauweisen bekannt. Grundsätzliche Ziele bei dem Design von Bipolarplatten stellen die Gewichtsreduzierung, die Bauraumreduzierung sowie die Erhöhung der Leistungsdichte dar. Diese Kriterien sind insbesondere für den mobilen Einsatz von Brennstoffzellen wichtig, beispielsweise für die elektromotorische Traktion von Fahrzeugen.
US 2005/0058864 A1 (US 6,974,648 B2) und US 2006/0029840 A1 (US 7,601 ,452 B2) beschreiben Bipolarplatten für Brennstoffzellen, die aus zwei gewellten und ineinander verschachtelten Platten aufgebaut sind. Jede der Platten weist eine Mäanderprofilierung auf, sodass auf beiden Seiten jeweils Rinnen ausgebildet werden, die von wallartigen Erhebungen begrenzt werden. Dabei weisen die beiden Platten unterschiedliche Breiten der ausgebildeten Rinnen beziehungsweise Erhebungen auf. In dem verschachtelten Gefüge der Platten werden geschlossene Kanäle ausgebildet, welche als Kühlkanäle dienen. Die zu beiden Seiten des Gefüges vorhandenen offenen Kanäle (Rinnen) sind im zusammengebauten Brennstoffzellenstapel auf der einen Seite der Anode und auf der anderen Seite der Kathode der benachbarten MEAs zugewandt und dienen ihrer Versorgung mit Luft Sauerstoff beziehungsweise Brennstoff Wasserstoff.
Die in WO 03/050905 A2 gezeigte Bipolarplatte weist auf einer Seite durchgehende Vertiefungen zur Ausbildung von Anodenkanälen und auf der anderen Seite durchgehende
Vertiefungen zur Ausbildung von Kathodenkanälen auf. Ferner verfügt die Platte über eingeschlossene Kühlmittelkanäle. Sämtliche Kanäle verlaufen parallel zueinander.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte bereitzustellen, deren hydraulischer Querschnitt dahingehend optimiert ist, dass der Druckverlust der Betriebsmedien, reduziert wird. Insbesondere soll die Bipolarplatte ausgebildet sein, eine möglichst homogene Druckverteilung der Betriebsmedien über die Fläche zu realisieren. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gelöst, umfassend eine profilierte Anodenplatte und eine profilierte Kathodenplatte, jeweils aufweisend zwei Verteilerbereiche zur Leitung von Betriebsmedien mit je einem Anodengashauptport zur Zu- und Abführung von Brennstoff, je einem Kathodengashauptport zur Zu- und Abführung von Oxidationsmittel sowie je einem Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel, welche entlang einer Seitenkante, also nebeneinander, angeordnet sind, wobei die Platten derart ausgebildet und übereinander positioniert sind, dass die Bipolarplatte Kanäle aufweist, welche die Betriebsmittelhauptports beider Verteilerbereiche miteinander verbinden. Ferner weisen die Verteilerbereiche zumindest einen Überschneidungsabschnitt auf, in dem die Kanäle einander nicht fluidverbindend überschneiden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kathodengashauptport derart angeordnet ist, dass von diesem ausgehend Kathodenkanäle geradlinig über zumindest den Verteilerbereich der Brennstoffzelle verlaufen und dass in einem ersten Überschneidungsabschnitt vom Anodengashauptport ausgehende Anodenkanäle und die Kathodenkanäle einander überschneiden und einen Winkel einschließen, der zwischen 0° und 90° beträgt, also größer als 0° und kleiner als 90° ist.
Als Port sind vorliegend Öffnungen in der Bipolarplatte zu verstehen, welche in einem
Brennstoffzellenstapel Kanäle zur Führung von Betriebsmedien ergeben.
Unter Kanälen werden offene (also rinnenförmige) und/oder geschlossenefalso röhrenförmige), Fluid- Verbindungen zum Transport der Betriebsmittel verstanden. Sie können als diskrete Kanäle aber auch als Flussfeld beziehungsweise Strömungsfeld, welches eine Querströmung erlaubt, ausgebildet sein.
Eine erfindungsgemäße Bipolarplatte hat insbesondere den Vorteil, dass aufgrund der
Geradlinigkeit der Kathodenkanäle ein Wasseraustrag begünstigt ist und somit eine
Verstopfung von Kathodenkanälen infolge einer Wasseransammlung weitestgehend oder vollständig unterbunden wird. Ferner führt die erfindungsgemäße Überschneidung von Anoden- und Kathodenkanälen zu einer im Wesentlichen homogenen Verteilung von Brennstoff und Kühlmittel über den Überschneidungsabschnitt. Dies begünstigt wiederum eine homogene Verteilung des Drucks von Reaktandenfluiden (da diese insbesondere gasförmig vorliegen, werden sie folgend auch als Reaktandengase bezeichnet) innerhalb der Kathodenkanäle über die gesamte Fläche der Bipolarplatte.
Vorliegend wird eine Bipolarplatte in drei Bereiche unterteilt, umfassend zwei Verteilerbereiche und einen aktiven Bereich. Ein erster Verteilerbereich dient dabei der Zuleitung von Betriebsmedien zu dem aktiven Bereich der Bipolarplatte, ein zweiter Verteilerbereich der Ableitung der Betriebsmedien aus dem aktiven Bereich. Bevorzugt sind beide Verteilerbereiche gleich ausgeführt, insbesondere durch Spiegelsymmetrie, vorzugsweise Rotationssymmetrie ineinander überführbar. In den Verteilerbereichen sind wiederum die Betriebsmittelhauptports, also Anodengashauptport, Kühlmittelhauptport und Kathodengashauptport, angeordnet.
Beispielsweise können die Hauptports im Wesentlichen entlang einer Seitenkante,
insbesondere einer kurzen Seitenkante der Bipolarplatte, nebeneinander angeordnet sein.
Üblicherweise sind die Betriebsmittelhauptports anhand ihrer Ausbildung, insbesondere ihrer Größenverhältnisse klassifizierbar. So weist sowohl im Stand der Technik als auch in
vorliegender Erfindung der Kathodengashauptport von den drei verschiedenen
Betriebsmittelhauptports stets die größte lichte Fläche auf, die lichte Fläche des
Anodengashauptports ist hingegen zumeist kleiner ausgeführt, als die Flächen von
Kathodengashauptport und Kühlmittelhauptport. So ist in vorliegender Erfindung auch im passiven Zustand die Funktion des jeweiligen Betriebsmittelhauptports eindeutig identifizierbar.
Der aktive Bereich, welcher zwischen den beiden Verteilerbereichen angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass im zusammengebauten Zustand des Brennstoffzellenstapels dieser Bereich einer Elektrode der Membran-Elektroden-Einheit gegenüberliegt. Das heißt im aktiven Bereich finden die chemischen Reaktionen statt, welche Grundlage für die Energieerzeugung in einer Brennstoffzelle sind.
Bei den Betriebsmedien handelt es sich vorliegend um Fluide, also flüssig oder gasförmig vorliegende Stoffe, welche durch die jeweiligen Betriebsmittelhauptports über geeignete
Zuführungen auf die Platte geführt werden. Dabei handelt es sich um zwei Reaktandenfluide, insbesondere ein Kathodenbetriebsmittel (Oxidationsmittel) und ein Anodenbetriebsmittel (Brennstoff) sowie ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser. Bevorzugt wird Sauerstoff als
Oxidationsmittel und Wasserstoff als Brennstoff verwendet.
Erfindungsgemäß verlaufen die Kathodenkanäle einer Bipolarplatte über zumindest den
Verteilerbereich geradlinig, beziehungsweise umlenkungsfrei, also ohne Richtungsänderung. Darunter ist vorliegend zu verstehen, dass die Kathodenkanäle in Aufsicht auf die
Kathoden platte keine Kehren aufweisen. Vorzugsweise sind sie parallel zueinander angeordnet. Eine derartige Anordnung findet sich erfindungsgemäß zumindest im Verteilerbereich. Ebenfalls bevorzugt wird diese Anordnung über die gesamte Länge der Bipolarplatte, also auch im aktiven Bereich, fortgeführt. Der geradlinige Verlauf der Kathodenkanäle hat den Vorteil, dass eine Wasseransammlung und eine damit einhergehende Verstopfung der Kathodenkanäle durch eine Verbesserung des hydraulischen Querschnitts im gesamten Kathodenkanalbereich verhindert werden. Ferner können erfindungsgemäße Bipolarplatten mit Niederdruckstrategie, also einem Betriebsmitteldruck von kleiner 2 bar, betrieben werden.
Besonders bevorzugt ist der Kathodengashauptport zwischen Anodengashauptport und Kühlmittelhauptport angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht in einfacher Weise, dass die Kathodenkanäle über den gesamten Bereich der Bipolarplatte geradlinig verlaufen.
Die Anodenkanäle sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Breite eines Kathodenflussfeldes erstrecken, wobei das Kathodenflussfeld der Summe aller Kathodenkanäle entspricht. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Brennstoff dem Flussfeld über die gesamte Breite mit einem im Wesentlichen gleichen Anfangsdruck zugeführt wird und nicht, wie bei herkömmlichem Aufbau einer Bipolarplatte, bereits im Verteilerbereich eine inhomogene Druckverteilung des Brennstoffs erzeugt wird.
Mit besonderem Vorteil beträgt der Winkel zwischen Anodenkanälen und Kathodenkanälen im ersten Überschneidungsabschnitt von 10° bis 60°. Hierdurch wird erreicht, dass der
Längenunterschied der Anodenkanäle innerhalb eines Verteilerbereichs möglichst gering ist.
Die Länge der Anodenkanäle kann bei gleichem Winkel zwischen Kathodenkanälen und Anodenkanälen ferner durch die Anordnung des Anodengashauptports innerhalb des
Verteilerbereichs beeinflusst werden. Da es bereits beim Transport des Brennstoffs in den Kanälen zu Druckverlusten kommt, führt eine Reduzierung der Längenunterschiede der Anodenkanäle wiederum zu einer homogeneren Druckverteilung des Brennstoffs im Flussfeld.
Der Vorteil einer homogenen Druckverteilung, insbesondere über die Breite der Bipolarplatte, kann dadurch verstärkt werden, dass sich der Kathodengashauptport über die Breite aller Kathodenkanäle erstreckt. Zudem ist in einer Ausgestaltungsform der Erfindung besonders bevorzugt, dass eine Breite der Bipolarpiatte im aktiven Bereich geringer ist als im Verteilerbereich. Insbesondere entspricht die Breite der Platte im aktiven Bereich im Wesentlichen der Breite des Flussfeldes.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels zumindest in einem Teilabschnitt des Überschneidungsbereichs quer zu den Kathodenkanälen verläuft. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittel über die gesamte Breite aller Kathodenkanäle gleichmäßig verteilt wird. Insbesondere werden die äußeren Ränder, also ein erster und ein letzter Kathodenkanal, mit Kühlmittel beaufschlagt, welches nahezu den gleichen Druck sowie die gleiche Temperatur aufweist.
Unter Hauptströmungsrichtung ist dabei die Strömungsrichtung des überwiegenden Teils des Kühlmittels zu verstehen. Diese wird zum einen durch den Impuls und die Trägheit des Wassers bestimmt, kann zum anderen aber durch Widerstände, beispielsweise Querstege in der Kanalstruktur, verändert bzw. umgeleitet werden.
Hierzu ist der Kühlmittelhauptport im Verteilerbereich benachbart zu dem
Kathodengashauptport angeordnet. Insbesondere ist er außerhalb einer gedachten
Verlängerung des aktiven Bereichs innerhalb des Verteilerbereichs angeordnet. Mit anderen Worten liegt der Kühlmittelhauptport bevorzugt in einem Teil des Verteilerbereichs, welcher außerhalb der Breite des aktiven Bereiches liegt.
Ausgehend vom Kühlmittelhauptport verlaufen parallel zueinander angeordnete
Kühlmittelkanäle zum Transport von Kühlmittel in dieser Ausgestaltung zunächst parallel zu den Kathodenkanälen. Anschließend werden die Kühlmittelkanäle mit bogenförmigem Verlauf in einem Winkel von 75° bis 95°, bevorzugt in einem Winkel von 90°, in Richtung der
Kathodenkanäle geführt. Die Kühlmittelkanäle sind vorzugsweise über die gesamte
Bipolarplatte als geschlossene, zwischen den beiden Platten verlaufende Kanäle ausgebildet. Zwischen den Kühlmittelhauptports und dem Überschneidungsbereich sind die Kühlmittelkanäle vorzugsweise durch Rinnen einer der Platten, vorzugsweise der Anodenplatte, ausgebildet, die in Richtung ihrer Außenfläche ausgeprägt sind. Mit Übergang in einen ersten
Überschneidungsabschnitt ergeben sich die Kühlmittelkanäle aus der negativen Struktur der Kathoden- und Anodenkanäle, nämlich aus der wellenförmigen Struktur auf der einer
Elektrodenseite abgewandten Seite der Kathoden- und Anodenplatte und verlaufen somit parallel zu diesen (siehe Figur 4).
Die Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels folgt der Struktur der Kühlmittelkanäle und ist somit in dem zweiten Überschneidungsabschnitt, an dem Kühlmittelkanäle und Kathodenkanäle in Aufsicht auf die Platte einander überschneiden, quer zu den Kathodenkanälen ausgerichtet.
Mit Vorteil überschneiden in einem zweiten Überschneidungsabschnitt des Verteilerbereichs, die Kathodenkanäle und die Kühlmittelkanäle einander nicht fluidverbindend und verlaufen in einem Winkel von 75° bis 100°, vorzugsweise orthogonal, zueinander. Dadurch wird die quer zu den Kathodenkanälen verlaufende Hauptströmung des Kühlmittels über die Breite des
Kathodenflussfeldes fortgeführt. Dies wird bevorzugt durch vom Kühlmittelhauptport
ausgehende Kühlmittelkanäle im Profil der Anodenplatte erzielt. In dem zweiten
Überschneidungsabschnitt verläuft das Kühlmittel somit zum einen in quer zu den
Kathodenkanälen verlaufenden Kühlmittelkanälen, zum andern wird es durch die
Überschneidung der Kanäle auf der Kühlmittelseite der Kathodenplatte in den Stegen der Kathodenkanäle geführt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem ersten
Überschneidungsabschnitt ferner die vom Kühlmittelhauptport ausgehenden Kühlmittelkanäle mit den Kathodenkanälen und den Anodenkanälen überschneiden. Die Überschneidung der drei Betriebsmittelkanäle wird bevorzugt dadurch erzielt, dass das wellenförmige Profil der Anodenplatte zur Führung von Kühlmittel im ersten Überschneidungsabschnitt in die
Kühlmittelkanäle übergeht, welche kühlmittelseitig aus den Kanalstegen der Anoden- und Kathodenkanäle ausgebildet werden.
Somit ist in einer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, dass die Kühlmittelkanäle in dem zweiten Überschneidungsabschnitt als anodenseitig ausgeprägte Kanäle ausgebildet sind und in dem ersten Überschneidungsabschnitt als anoden- und kathodenseitig zwischen der
Anodenplatte und der Kathodenplatte verlaufende Kanäle ausgebildet sind. Durch diese Anordnung kann die Höhe der Kühlmittelkanäle unter Optimierung des hydraulischen
Querschnitts (also Reduzierung der Strömungswiderstände) vergrößert werden. Zudem wird der Übergang der Kanalstruktur im Verteilerbereich zu der im aktiven Bereich erleichtert.
Mit Vorteil ist somit vorgesehen, dass in dem ersten Überschneidungsabschnitt die
Kühlmittelkanäle parallel mit den Kathodenkanälen verlaufen.
Mit besonderem Vorteil sind in dem zumindest einen Überschneidungsbereich die
Kühlmittelkanäle in Form eines Flussfeldes ausgebildet, welches Querströmungen des
Kühlmittels erlaubt. Da erfindungsgemäß die Anodenkanäle in einem Winkel zu den
Kathodenkanälen verlaufen, bilden sich an den Überschneidungspunkten von Kathoden- und Anodenkanalstegen kühlmittelseitig Durchlässe für Kühlmittel aus, sodass Kühlmittel aus einem parallel zu den Kathodenkanälen verlaufenden Kühlmittelkanal in einen parallel zu den
Anodenkanälen verlaufenden Kanal strömen kann. Die dadurch optimierte Querströmung des Kühlmittels zum Kathodenflussfeld hat eine gleichmäßige Kühlmittelverteilung mit sehr geringem Druckverlust des Kühlmittels, insbesondere im ersten Überschneidungsabschnitt, zur
Folge.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist bevorzugt, dass die Kathodenkanäle und die Anodenkanäle im aktiven Bereich der Bipolarplatte parallel übereinander angeordnet sind. Bevorzugt verlaufen also im aktiven Bereich Anoden- und Kathodenkanäle deckungsgleich übereinander, sodass die Anodenkanalböden, bevorzugt über die gesamte Länge des aktiven Bereiches der Bipolarplatte, mit den jeweils gegenüberliegend angeordneten
Kathodenkanalböden in Kontakt stehen und sich in den entstehenden Zwischenräumen diskrete Kühlmittelkanäle ausbilden. Dies hat den Vorteil, dass die Bipolarplatte im aktiven Bereich zusätzlich die Funktion der Abstützung sowie eine elektrische Leitung zwischen den Platten erfüllt. Die Hauptströmungsrichtungen aller Betriebsmedien sind in dieser Ausgestaltungsform im aktiven Bereich parallel zueinander.
Die Kanäle des jeweiligen Reaktandenfluids sind im Allgemeinen, durch das Profil der zugehörigen Anoden- und Kathodenplatte ausgebildet. Das heißt, die Anodenkanäle sind durch die Ausgestaltung der Anodenplatte definiert, während sich die Kathodenkanäle aus dem Profil der Kathodenplatte ergeben. Die Kühlmittelkanäle ergeben sich aus dem zugehörigen negativen Profil der beiden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt, dass die vom Kühlmittelhauptport ausgehenden Kühlmittelkanäle im Verteilerbereich nur auf einer der Platten, insbesondere der Anodenplatte, ausgestaltet sind. Die Gegenplatte begrenzt zwar ebenfalls den entstehenden Kühlmittelkanal, ist jedoch im betreffenden Bereich eben (unprofiliert) ausgebildet. Die Zuführung des Kühlmittels vom Kühlmittelhauptport bis zu der Überschneidung mit den Kathodenkanälen wird somit lediglich durch das Profil in der
Kathodenplatte bestimmt. Alternativ ist bevorzugt, dass sich eine solche Ausgestaltung der Kühlmittelkanäle im Verteilerbereich lediglich auf der Kathodenplatte befindet. Diese
Ausgestaltungformen weisen in erster Linie einen Produktionsvorteil auf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzelle, umfassend einen Stapel einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bipolarplatten sowie einer Mehrzahl von Membran-Elektroden-Einheiten, wobei die Bipolarplatten und die Membran-Elektroden-Einheiten abwechselnd aufeinander gestapelt sind.
Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle weist mit Vorteil eine optimierte Druckverteilung mit niedrigem Druckverlust der Betriebsmedien, insbesondere des Kühlmittels, über die einzelnen Bipolarplatten aber auch über den gesamten Brennstoffzellenstapel auf. In bevorzugter Ausgestaltung ist entlang des Brennstoffzellenstapels parallel zu den aktiven Bereichen der Bipolarplatten zwischen den Verteilerbereichen zumindest ein Spannelement angeordnet. Wenn gemäß bevorzugter Ausgestaltung eine Breite der Bipolarplatte im aktiven Bereich geringer ist als im Verteilerbereich, ergeben sich seitliche Aussparungen im Stapel, innerhalb derer das zumindest eine Spannelement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Spannelement insbesondere im aktiven Bereich der Brennstoffzelle Druck auf die
Bipolarplatten aufbaut, in welchen die Anforderungen an die entstehende Dichtung am höchsten sind. Ferner ist in diesem Bereich eine erfindungsgemäße Bipolarplatte stabiler ausgeführt, sodass der durch das Spannelement aufgebrachte Druck höher sein kann, als wenn das Spannelement im Verteilerbereich angeordnet wäre. Diese Erhöhung des möglichen Maximaldruckes wirkt sich wiederum positiv auf die Abdichtung im aktiven Bereich aus. Das Spannelement ist insbesondere als Federpaket ausgeführt.
Die Brennstoffzelle kann für mobile oder stationäre Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere dient sie der Stromversorgung eines Elektromotors für den Antrieb eines Fahrzeugs. Somit betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug, das eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle aufweist.
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 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels,
Figur 2 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Kathodenplatte einer
erfindungsgemäßen Bipolarplatte,
Figur 3 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Anodenplatte einer
erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einer bevorzugten Ausgestaltung, Figur 4 eine Aufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einer bevorzugten Ausgestaltung im Drahtmodell, und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Überschneidungsabschnitts eines
Verteilerbereichs einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in einer bevorzugten Ausgestaltung.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Brennstoffzellenstapel. Der
Brennstoffzellenstapel 100 umfasst eine erste Endplatte 111 sowie eine zweite Endplatte 112. Zwischen den Endplatten 111 , 112 ist eine Vielzahl übereinander gestapelter Stapelelemente angeordnet, welche Bipolarplatten 113 und Membran-Elektroden-Einheiten 114 umfassen. Die Bipolarplatten 113 sind mit den Membran-Elektroden-Einheiten 114 abwechselnd gestapelt. Die Membran-Elektroden-Einheiten 114 umfassen jeweils eine Membran und beidseitig der Membran anschließende Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode (nicht dargestellt). An der Membran anliegend, können die Membran-Elektroden-Einheiten 114 zudem (ebenfalls nicht dargestellte) Gasdiffusionslagen aufweisen. Zwischen den Bipolarplatten 113 und
Membran-Elektroden-Einheiten 114 sind jeweils Dichtungselemente 115 angeordnet, welche die Anoden- und Kathodenräume gasdicht nach außen abdichten. Zwischen den Endplatten 111 und 112 ist der Brennstoffzellenstapel 100 mittels Spannelementen 116, z. B. Zugstangen oder Spannblechen, verpresst.
In Figur 1 sind von den Bipolarplatten 113 und den Membran-Elektroden-Einheiten 114 lediglich die Schmalseiten sichtbar. Die Hauptflächen der Bipolarplatten 113 und der Membran-Elektroden-Einheiten 114 liegen aneinander an. Die Darstellung in Figur 1 ist teilweise nicht dimensionsgetreu. Typischerweise beträgt eine Dicke einer Einzelzelle, bestehend aus einer Bipolarplatte 113 und einer Membran-Elektroden-Einheit 114, wenige mm, wobei die Membran- Elektroden-Einheit 114 die weitaus dünnere Komponente ist. Zudem ist die Anzahl der
Einzelzellen üblicherweise wesentlich größer als dargestellt.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kathodenplatte 8 einer Bipolarplatte. Dieser Ausschnitt umfasst einen Verteilerbereich 2 und einen aktiven Bereich 6. Ein weiterer nicht dargestellter Verteilerbereich schließt sich auf der gegenüberliegenden Seite des aktiven Bereichs an.
Die Kathodenplatte 8 ist aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem metallischen Material, gefertigt. Sie weist sowohl im aktiven Bereich 6 als auch im Verteilerbereich 2 ein Profil zur Ausbildung von Kanälen am 41, 51 auf. Der Verteilerbereich 2 weist drei Öffnungen, sogenannte Betriebsmittelhauptports zur
Ausbildung von Betriebsmittelhauptkanälen auf, nämlich einen Anodengashauptport 3, einen Kathodengashauptport 4 sowie einen Kühlmittelhauptport 5. Die Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 liegen entlang einer Kante der Kathodenplatte 8 nebeneinander. Der
Anodengashauptport 3 weist die kleinste lichte Fläche auf, der in der Mitte zwischen
Anodengas- und Kühlmittelhauptport 3 und 5 angeordnete Kathodengashauptport 4 weist die größte lichte Fläche auf, während der Kühlmittelhauptport 5 eine lichte Fläche aufweist, welche größer ist als die des Anodengashauptports 3 und kleiner als die des Kathodengashauptports 4, Die Kathodenkanäle 41 sind durch eine entsprechende Profilierung der Platte 8 rinnenförmig, also als offene Kanäle ausgebildet.
Ausgehend vom Kathodengashauptport 4 erstrecken sich Kathodenkanäle 41 geradlinig, also im Wesentlichen linear ohne Windungen, Kurven oder Kehren, über Verteilerbereich 2 und aktiven Bereich 6. Die Breite aller nebeneinander und parallel angeordneter Kathodenkanäle 41 entspricht in Summe im Wesentlichen der Breite des Kathodengashauptports 4.
Das wellenartige Profi! kann insbesondere durch Prägen in einem geeigneten Prägewerkzeug ausgehend von einer ebenen Platte hergestellt werden.
Ferner weist die Kathodenplatte 8 in gezeigter Ausgestaltung im aktiven Bereich 6 eine Breite ba auf, welche kleiner ist als eine Breite b der Bipolarplatte im Verteilerbereich 2. Es entsteht eine Aussparung der Platte in einem mittleren Bereich einer Länge der Platte. Die Breite b des Verteilerbereichs 2 entspricht bevorzugt der Gesamtbreite der Bipolarplatte.
Figur 3 zeigt eine Anodenplatte 7, welche das Gegenstück der in Figur 2 abgebildeten
Kathodenplatte 8 zur Ausbildung einer gemeinsamen Bipolarplatte 1 darstellt. Mit anderen Worten zeigt Figur 3 die Rückseite der Bipolarplatte aus Figur 2. Auch die Anodenplatte 7 ist in Figur 3 lediglich mit einem Ausschnitt gezeigt, welcher sich in einen Verteilerbereich 2 und einen aktiven Bereich 6 unterteilen lässt. Der Verteilerbereich 2 weist Öffnungen für
Kühlmittelhauptport 5, Kathodengashauptport 4 und Anodengashauptport 3 auf. Diese sind in Form, Größe und Anordnung ebenso ausgestaltet wie die korrespondierenden
Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 der in Figur 2 gezeigten Kathodenplatte 8. Die gespiegelte Anordnung der Kanäle {Kühlmittelkanal in Figur 2 rechts außen, Kühlmittelkanal 5 in Figur 3 links außen) ist dadurch bedingt, dass zur Ausbildung einer gemeinsamen Bipolarplatte 1 die Anodenplatte 7 und die Kathodenplatte 8 derart aufeinander gebracht werden, dass die in den Figuren jeweils verdeckten Seiten einander zugewandt sind, sodass in den durch die Struktur gebildeten Zwischenräumen Kühlmittel geführt werden kann.
Die vom Anodengashauptport 3 ausgehenden Anodenkanäle 31 sind zueinander parallel angeordnet und verlaufen, insbesondere in einem ersten Überschneidungsabschnitt 9, in einem Winkel von 0° bis 90°, insbesondere von 10° bis 60°, zu den Kühlmittelkanälen 51 über den Verteilerbereich 2.
Die vom Kühlmittelhauptgaskanal 5 ausgehenden Kühlmittelkanäle 51 verlaufen zueinander parallel und zunächst parallel zu einer Seite der Anodenplatte 7, welche zu der Seite benachbart ist, entlang welcher die Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 angeordnet sind. Davon ausgehend beschreiben sie einen Bogen, um anschließend in einem zweiten
Überschneidungsabschnitt 10 senkrecht zu der beschriebenen Seite zu verlaufen.
Der erste Abschnitt 9 und der zweite Abschnitt 10 weisen jeweils die Form von Dreiecken, insbesondere rechtwinkligen Dreiecken auf, welche sich nicht überlappen.
Die Platten 7 und 8 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, beispielsweise einem Metall oder einem kohlenstoffbasierten Material oder einem Kompositmaterial aus solchen.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Bipoiarplatte 1, welche durch Verfügen der Kathodenplatte 8 nach Figur 2 und der Anodenplatte 7 nach Figur 3 erhalten wurde. Die gewählte Draufsicht zeigt die Kathodenplatte 8 derart, dass von der darunter liegenden und eigentlich nicht sichtbaren Anodenplatte lediglich die Anoden- 31 und Kühlmittelkanäle 51 durch unterbrochene Linien angedeutet sind, um die relative Anordnung der beiden Platten 7, 8 zu verdeutlichen.
Es ist erkennbar, dass die beiden Platten 7, 8 so aufeinander angeordnet und miteinander verfügt sind, dass die ersten Anodenkanäle 31 der Anodenplatte 7 im aktiven Bereich 6 auf den Kathodenkanälen 41 der Kathodenplatte 8 aufliegen. Auf diese Weise werden zwischen den Platten 7, 8 durchgehende Kühlmittelkanäle 51 ausgebildet.
Der erste Abschnitt 9 ist derart ausgestaltet, dass der Brennstoff über alle Kathodenkanäle 41 gleichmäßig verteilt ist. Ein erster äußerer Anodenkanal 31 trifft auf einen ersten äußeren Kathodenkanal 41. Ein letzter (hier innenliegender) Anodenkanal 31 hingegen verläuft über die Breite der Gesamtheit der Kathodenkanäle 41 , um an der Grenze zum aktiven Bereich 6 auf einen letzten Kathodenkanal 41 zu treffen. Die weiteren Kanäle zwischen ersten und letzten Kathodenkanal zeigen einen entsprechenden Verlauf.
An der Grenze zwischen erstem Überschneidungsabschnitt 9 und aktivem Bereich 6 verlaufen die Anodenkanäle 31 in einem Bogen und sind im aktiven Bereich 6, wie beschrieben, bevorzugt direkt über den Kathodenkanälen 41 angeordnet.
Die Ausgestaltung der Kathodenkanäle 41 als geradlinig verlaufendes Flussfeld führt dazu, dass sich innerhalb der Kanäle kein (oder zum Stand der Technik zumindest deutlich reduziert) Wasser ansammelt und es somit zur Verstopfung der Kathodenkanäle 41 und Druckverlust des Oxidationsmittels über die Fläche kommt.
Insbesondere durch die Anordnung der Anodenkanäle 31 und der Kühlmittelkanäle 51 innerhalb des dritten Abschnitts können die einzelnen Kanalhöhen vergrößert und somit der hydraulische Querschnitt verbessert werden.
Die geringere Breite der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 im aktiven Bereich 6 dient in Abwandlung zu der in Figur 1 gezeigten Anordnung beispielsweise der Aufnahme eines Spannelements. Besonders bevorzugt ist hierzu die Ausgestaltung des Spannelements 116 als Federpaket. Die Anordnung des Spannelements 116 im aktiven Bereich 6 der Bipolarplatte 1 ermöglicht eine gezielte Verteilung von Druck und somit eine gezielte Abdichtung der Zellen.
Im Verteilerbereich liegen die beiden Platten 7 und 8 derart aufeinander, dass sich aus der Überlagerung von Anodenkanälen 31 , Kathodenkanälen 41 und Kühlmittelkanälen 51 der erste Überschneidungsabschnitt 9 und aus der Überlagerung von Kühlmittelkanälen 51 und
Kathodenkanälen 41 der zweite Überschneidungsabschnitt 10 ergeben.
Ein sich aus der Summe des ersten und zweiten Überschneidungsabschnitt 9, 10 ergebende Abschnitt 11 ist als transparente Detaildarstellung in Figur 4A gezeigt. Es ist gezeigt, dass die Kathodenkanäle 41 mit den Anodenkanäle 31 im ersten Abschnitt 9 einen Winkel, bevorzugt zwischen 10° und 60°, einschließen. Im zweiten Abschnitt 10 ergibt sich zwischen
Kathodenkanälen 41 und Kühlmittelkanälen 51 ein rechter Winkel.
Durch die Überlagerung der wellenartigen Profile der beiden Platten 7 und 8 ergibt sich für das Kühlmittel 52 das in Figur 5 skizzierte Strömungsbild. Das Kühlmittel 52 wird über die
Kühlmittelkanäle 51 geführt, welche im zweiten Überschneidungsabschnitt 10 durch das wellenartige Profil in der Anoden platte 7 ausgebildet werden. Eine Hauptströmungsrichtung des
Kühlmittels 52 verläuft in diesem Abschnitt quer, insbesondere orthogonal, zu den
Kathodenkanälen 41.
Die Kühlmittelkanäle 51 überlagern zunächst im zweiten Abschnitt 10 das Profil der
Kathodenkanäle 41. Hier ergibt sich nun für das Kühlmittel 52 die Möglichkeit, weiter quer und zusätzlich parallel zu den Kathodenkanäien 41, nämlich in deren Wellen, welche zum einen die Kanalstege der Kathodenkanäle 41 und zum anderen auf der Innenseite der Bipolarplatte Kanalböden für Kühlmittelkanäle 51 auszubilden. Um eine Verteilung des Kühlmittels 52 über die gesamte Breite der Kathodenkanäle 41 zu erzielen, führt zumindest ein Kühlmittelkanal 51 über alle Kathodenkanäle 41.
An der Grenze zwischen erstem Abschnitt 9 und zweitem Abschnitt 10 enden die
Kühlmittelkanäle 51 des Profils der Anodenplatte 7. Eine Querströmung des Kühlmittels ist dennoch weiterhin möglich. Diese ergibt sich im ersten Abschnitt 9 aus dem negativen Profil der Anodenkanäle 31 in Verbindung mit dem der Kathodenkanäle 41.
Die gezeigten Ausführungsformen haben insbesondere die Funktion, die Fluide, also
Reaktandengase und Kühlmittel 52, über die Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 auf
beziehungsweise zwischen die Platten 7 und 8 zu bringen. Von diesen ausgehend werden sie über die jeweiligen Kanäle 31 , 41 und 51 über den Verteilerbereich 2 und den aktiven Bereich 6 geführt.
Bezugszeichenliste Bipolarplatte
Verteilerbereich
Anodengashauptport
Kathodengashauptport
Kühlmittelhauptgaskanal
aktiver Bereich
Anodenplatte
Kathodenplatte
erster Überschneidungsabschnitt
zweiter Überschneidungsabschnitt Anodenkanäle
Kathodenkanäle
Kühlmittelkanäle
Kühlmittel Brennstoffzelle
erste End platte
zweite Endplatte
Bipolarplatte (Stand der Technik)
Membran-Elektroden-Einheit
Dichtungselement
Spannelement

Claims

Patentansprüche
1. Bipolarplatte (1) für eine Brennstoffzelle (100) umfassend eine profilierte Anodenplatte (7) und eine profilierte Kathodenplatte (8), jeweils aufweisend einen aktiven Bereich (6) sowie zwei Verteilerbereiche (2) zur Zu- und Ableitung von Betriebsmedien zu bzw. aus dem aktiven Bereich (6), wobei die Verteilerbereiche (2) jeweils einen Anodengashauptport (3) zur Zu- und Abführung von Brennstoff, einen Kathodengashauptport (4) zur Zu- und Abführung von Oxidationsmittel sowie einen Kühlmittelhauptport (5) zur Zu- und Abführung von Kühlmittel aufweisen, wobei die Platten (7, 8) derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass die Bipolarpiatte (1) Kanäle (31 , 41, 51) für die Betriebsmedien aufweist, welche die Betriebsmittelhauptports (3, 4, 5) beider Verteilerbereiche (2) verbinden, und wobei die Verteilerbereiche (2) zumindest einen Überschneidungsabschnitt (9, 10) aufweisen, in dem die Kanäle (31 , 41 » 51) einander nicht fluidverbindend
Oberschneiden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodengashauptport (4) derart angeordnet ist, dass von diesem ausgehend Kathodenkanäle (41) zumindest über den Verteilerbereich (2) der Bipolarplatte (1) geradlinig verlaufen und dass in einem ersten Überschneidungsabschnitt (9) vom Anodengashauptport (3) ausgehende Anodenkanäle (31) und die Kathodenkanäle (41) einander überschneiden und einen Winkel einschlieien, der zwischen 0° und 90° beträgt.
2. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kathodengashauptport (4) zwischen dem Anodengashauptport (3) und dem
Kühlmittelhauptport (5) angeordnet ist.
3. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den Anodenkanälen (31) und den Kathodenkanälen (41) im ersten
Überschneidungsabschnitt (9) von 10° bis 60° betr gt.
4. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten
Überschneidungsabschnitt (9) ferner vom Kühlmittelhauptport (5) ausgehende
Kühlmittelkanäle (51) mit den Kathodenkanälen (41 ) und den Anodenkanälen (31 ) überschneiden.
5. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Überschneidungsabschnitt (9, 10) die Kühlmittelkanäle (51 ) in Form eines
Flussfeldes ausgebildet sind, welche Querströmungen des Kühlmittels erlaubt.
6. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet» dass in einem zweiten
Überschneidungsabschnitt (10) des Verteilerbereichs (2) die Kathodenkanüe (41) und die Kühlmittelkanäle (51) einander nicht fluidverbindend überschneiden und in einem Winkel von 75° bis 100° zueinander verlaufen,
7. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenkanäle (41) in dem ersten und zweiten Überschneidungsabschnitt (9, 10) als kathodenseitig offene Kanäle ausgebildet sind und die Anodenkanäle (31) in dem ersten und zweiten
Überschneidungsabschnitt (9, 10) als anodenseitig offene Kanäle ausgebildet sind.
8, Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet» dass eine Breite der
Bipolarplatte (1) im aktiven Bereich (6) geringer ist als im Verteilerbereich (2).
9, Brennstoffzelle (100) umfassend einen Stapei einer Mehrzahl von Bipolarplatten (1) nach Anspruch 1 sowie einer Mehrzahl von Membran-Elektroden-Einheiten, wobei die
Bipolarplatten (1) und die Membran-Elektroden-Einheiten abwechselnd aufeinander gestapelt sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021099129A1 (de) 2019-11-20 2021-05-27 Carl Freudenberg Kg Gasdiffusionslage für brennstoffzellen

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201721753D0 (en) 2017-12-22 2018-02-07 Pilot Photonics Ltd Device and method for optical spectrum measurement
DE102018200673B4 (de) * 2018-01-17 2021-05-12 Audi Ag Bipolarplatte, Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug
DE102020203040A1 (de) * 2020-03-10 2021-09-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzelleneinheit
DE102020128107A1 (de) 2020-10-26 2022-04-28 Audi Aktiengesellschaft Bipolarplatte und Brennstoffzellenstapel
DE102020128310A1 (de) * 2020-10-28 2022-04-28 Audi Aktiengesellschaft Bipolarplatte und Brennstoffzellenstapel
DE102022116193B3 (de) 2022-06-29 2023-08-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bipolarplatte und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte
DE102022129159B3 (de) 2022-11-04 2023-11-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bipolarplatte, Zellenstapel und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003050905A2 (en) 2001-12-11 2003-06-19 Nissan Motor Co.,Ltd. Fuel cell with polymer electrolyte
US20050058864A1 (en) 2003-09-12 2005-03-17 Goebel Steven G. Nested bipolar plate for fuel cell and method
US20070082252A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-12 Goebel Steven G Pressurized coolant for stamped plate fuel cell without diffusion media in the inactive feed region
JP2009059513A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
WO2010114558A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate for fluid distribution
WO2014001842A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Powercell Sweden Ab Flow field plate for a fuel cell
WO2014195052A1 (de) * 2013-06-06 2014-12-11 Volkswagen Ag Bipolarplatte, brennstoffzelle mit einer solchen und kraftfahrzeug mit einer solchen brennstoffzelle

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5315900B2 (de) 1974-10-02 1978-05-27
US7226688B2 (en) * 1999-09-10 2007-06-05 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
SE531970C2 (sv) * 2007-12-18 2009-09-15 Morphic Technologies Ab Publ Flödesplatta för användning i en bränslecellsstapel
DE102008056900A1 (de) * 2008-11-12 2010-05-20 Daimler Ag Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel
US8802326B2 (en) * 2010-11-23 2014-08-12 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell separator plate
GB2509317A (en) * 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Fluid flow plate for a fuel cell

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003050905A2 (en) 2001-12-11 2003-06-19 Nissan Motor Co.,Ltd. Fuel cell with polymer electrolyte
US20050058864A1 (en) 2003-09-12 2005-03-17 Goebel Steven G. Nested bipolar plate for fuel cell and method
US20060029840A1 (en) 2003-09-12 2006-02-09 General Motors Corporation Nested bipolar plate for fuel cell and method
US20070082252A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-12 Goebel Steven G Pressurized coolant for stamped plate fuel cell without diffusion media in the inactive feed region
JP2009059513A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
WO2010114558A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Utc Power Corporation Fuel cell and flow field plate for fluid distribution
WO2014001842A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Powercell Sweden Ab Flow field plate for a fuel cell
WO2014195052A1 (de) * 2013-06-06 2014-12-11 Volkswagen Ag Bipolarplatte, brennstoffzelle mit einer solchen und kraftfahrzeug mit einer solchen brennstoffzelle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021099129A1 (de) 2019-11-20 2021-05-27 Carl Freudenberg Kg Gasdiffusionslage für brennstoffzellen
EP4303968A2 (de) 2019-11-20 2024-01-10 Carl Freudenberg KG Gasdiffusionslage für brennstoffzellen

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US20170025690A1 (en) 2017-01-26
DE102014206333A1 (de) 2015-10-08
US10374237B2 (en) 2019-08-06

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