WO2015150536A1 - Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen - Google Patents

Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen Download PDF

Info

Publication number
WO2015150536A1
WO2015150536A1 PCT/EP2015/057351 EP2015057351W WO2015150536A1 WO 2015150536 A1 WO2015150536 A1 WO 2015150536A1 EP 2015057351 W EP2015057351 W EP 2015057351W WO 2015150536 A1 WO2015150536 A1 WO 2015150536A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
channels
cathode
bipolar plate
plate
anode
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/057351
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benno Andreas-Schott
Markus Ritter
Christian Martin ZILLICH
Original Assignee
Volkswagen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Ag filed Critical Volkswagen Ag
Priority to US15/300,677 priority Critical patent/US10141583B2/en
Publication of WO2015150536A1 publication Critical patent/WO2015150536A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate for a fuel cell comprising a profiled anode plate and a profiled cathode plate, each having an active area and two manifold areas for supply and discharge of operating media to and from the active area, wherein the manifold areas each have a Anodengashauptport to Zu- and Discharge of fuel, a cathode gas main port for the supply and discharge of
  • the invention relates to 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 an ion-conducting, in particular proton-conducting membrane and in each case a membrane disposed on both sides of the electrode (anode and cathode).
  • MEA membrane electrode assembly
  • GDL gas diffusion layers
  • the fuel cell is formed by a multiplicity of stacks of MEAs whose electrical powers add up.
  • the fuel in particular hydrogen H 2 or a hydrogen-containing gas mixture
  • the anode where an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with emission of electrons.
  • an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with emission of electrons.
  • the electrolyte or 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, so that a reduction of 0 2 to O 2 " takes place with the electrons being taken in.
  • these oxygen anions react with the electrons in the cathode space Through the membrane transported protons to form water,
  • the fuel cell is formed by a plurality of membrane-electrode units arranged in the stack, so that it is also referred to as a fuel cell stack. Between two membrane-electrode units, a bipolar plate is in each case arranged, which is a supply of the individual cells with the operating media, ie the reactants and a
  • the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies. Furthermore, they ensure a tight separation between anode and cathode space,
  • the bipolar plates are usually constructed from two profiled electrode plates which have a structure in the form of a height profile arranged on both sides of the plates. This profile results in more or less discrete channels on both sides of the plates, which are designed to guide the operating media.
  • the operating media are in turn separated by the plates, so that inside the plate, the coolant is passed, while outside the Reaktandengase be performed.
  • the channels of the reactant gases are limited on the one hand by the respective plate and on the other by a gas diffusion layer.
  • the bipolar plates may have different structures for distributing the reactants (fuel and oxidant) across the membrane surface.
  • the channels described, for example, in US Pat. No. 4,988,583 are known, which are guided meander-shaped over the plate. They ensure a good uniform distribution of the operating media at both low and high flow rates.
  • meander structures have the disadvantage that at high flow rates they cause large pressure losses from a first distributor area (inlet) to a second distributor area (outlet). This creates the need to supply the operating media with high pressure, resulting in energy losses for the
  • the operating media are guided from the first distributor area to the second distributor area by a multiplicity of linear channels, the result is regularly
  • serpentine-like flows generally have an odd number of legs which extend in the form of switchbacks over the distributor regions or the bipolar plate.
  • different widths, depths and lengths of the flow channels are used to locally change the hydraulic cross-section of the channels so that targeted pressure differences arise that accelerate the operating media within the channels or even favor cross-flow through the MEA.
  • DE 101 63 631 A1 proposes a special arrangement of webs on the surface of the bipolar plate, wherein several webs interrupted by omissions are arranged one behind the other within a row.
  • DE 10 2005 057 045 A1 describes a structure of a bipolar plate, wherein in the distributor region the usual channel structure is broken open in favor of a structure which consists of minimal support points.
  • the goal is to further reduce the height of a bipolar plate and thus the height of the fuel cell stack.
  • the reduction of the height of the bipolar plates results in the problem that also in inflow regions of the fluids from the ports arranged at the edge the actual fluid channels, the height must be reduced in order to reduce the height of the entire bipolar plate can.
  • the inflow region should occupy as small an installation space as possible, on the other hand it should be sufficiently large to allow a uniform distribution of the fluids
  • German patent application DE 100 150380 A1 discloses a bipolar plate in which a crossing of fluids in thin bipolar plates is realized, wherein a cooling fluid is guided transversely over a structure of the gas guide channels arranged at right angles. In this case, the channel depth can be reduced on the anode and cathode side in the areas in which the cooling fluid crosses.
  • 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 is reduced.
  • a bipolar plate according to the invention for a fuel cell comprising a profiled anode plate and a profiled cathode plate, each having two distribution 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 coolant main port for supply and removal of coolant, 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 connecting the main equipment ports with the active area. Furthermore, the distributor regions have at least one overlapping section in which the channels do not overlap one another in a fluid-connecting manner. According to the invention it is provided that the
  • Kathodengashauptport between anode main gas port and coolant main port is arranged and proceed from this cathode channels straight across at least the distribution area of the fuel cell.
  • Channels are understood as meaning open (ie channel-shaped) or closed (ie tubular) fluid connections for transporting the equipment. They can be considered discrete Channels or as a flow field or flow field, which allows a lateral flow to be formed.
  • cathode channels Blockage of cathode channels as a result of water accumulation is largely or completely prevented. Furthermore, all cathode channels are the same length due to the arrangement according to the invention. Preferably, the straightness continues beyond the manifold rich in the active region and thus extends over the entire plate from a cathode gas main port of one manifold region to a cathode gas main port of the other manifold region. 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.
  • reactant gases since these are in particular gaseous, they are also referred to below as reactant gases
  • openings in the bipolar plate are to be understood as port, which pass through the stack in a fuel cell stack for guiding
  • a homogeneous pressure distribution in particular across the width of the bipolar plate, can be enhanced by the fact that the cathode gas main port extends over the entire width of all the cathode channels.
  • a width of the bipolar plate is lower in the active region than in the distributor region.
  • a bipolar plate is divided into three areas, two distribution areas and one active area.
  • a first distributor region serves for the supply of operating media to the active region of the bipolar plate, a second distributor region for the discharge of the bipolar plate
  • 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
  • the main equipment ports are arranged side by side. This means side by side that the main equipment ports along a side edge, in particular a short side edge of the bipolar plate, are arranged.
  • the main equipment ports can be classified based on their training, in particular their size ratios.
  • the cathode gas main port knows of the three different ones
  • 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 contacts 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 are fluids, ie, liquids or gaseous substances, which are passed through the respective main equipment ports via suitable feeds to the plate.
  • These are two Reaktandenftuide, in particular a cathode (oxidant) and an anode (fuel) and 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
  • the cathode channels in view of the cathode plate have no sweeping.
  • they are arranged parallel to one another
  • Such an arrangement is inventively at least in the distribution area.
  • this arrangement over the entire length of the bipolar plate, ie also in the active region, continued.
  • Cathode channels have the advantage that a water accumulation and a concomitant obstruction of the cathode channels is prevented by an improvement of the hydraulic cross section in the entire cathode channel area. Furthermore, inventive
  • Bipolar plates with low pressure strategy ie an operating medium pressure of less than 5 bar, operated.
  • Kafhodenkanälen runs. This has the advantage of having the coolant over the entire width all Kat odenkanäle is evenly distributed. In particular, the outer edges, ie a first and a last cathode channel are supplied with coolant, which has almost the same pressure and the same temperature.
  • Cathode gas main port arranged. In particular, he is outside of an imaginary one
  • the main coolant port is preferably located in a part of the distributor area which is outside the width of the active area.
  • 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 upper intersection region, the coolant channels are preferably formed by troughing one of the plates, preferably the cathode plate, which are shaped towards its outer surface. With transition to a first
  • the main flow direction of the coolant follows the structure of the coolant channels and is thus aligned transversely, in particular orthogonally, to the cathode channels in the intersection section at which coolant channels and cathode channels meet.
  • the transverse main flow direction of the coolant is carried out over the entire width of all the cathode channels. This is achieved, for example, in that in the overlap sections in addition to a flow of the coolant along the Channel bottoms also a flow across the channel bottoms, so on the channel webs, is possible.
  • the overlapping sections within the distributor area are preferably designed such that the opposite channel bars of the two plates have no contact with one another.
  • the coolant channels of this section are thus formed as a (directed) flow pattern
  • knob-like elevation is understood to mean a bulge of an otherwise flat plate, which has a continuous circumferential contour with respect to the flat background of the plate.
  • Overlapping section achieved by an arrangement of the anode channels in such a way that they are rectilinear with the channel webs of the cathode channels, but the channel webs are not in contact with each other.
  • an offset of the channels, in particular of a channel width is preferred. Consequently, the channel bottoms of one plate are preferably arranged congruently with the channel webs of the other plate, with the result that the plates in this section do not touch one another and thus the coolant which intersects between the plates with the channel structures of the anode and / or Cathode plate runs and also flows transversely to these channels (see Figure 4).
  • such an arrangement has the advantage that the effective height of the individual channels (cathode, anode and coolant channel), which results from the height of the bipolar plate, can be made comparatively larger than in one conventional arrangement in which cathode and anode channels, so the respective channel webs are arranged in parallel one above the other and are in contact with each other.
  • the hydraulic cross section can be optimized not only for the coolant, but also for the reactant gases, which in turn results in an improved pressure distribution of all operating media.
  • the anode channels are arranged in an overlapping section orthogonal to the cathode channels. This advantageously leads to the fact that the fuel over the entire width of the cathode channels or the entire width of the active surface with the most homogeneous pressure distribution, so almost no pressure loss, distributed and the active surface can be supplied.
  • Distributor area is arranged.
  • the anode gas main port is located outside the width of the active area within the manifold area.
  • Anodengassburgport run anode channels parallel to each other and initially additionally parallel to the cathode channels. They are then deflected and guided at a right angle (85 ° to 95 °) to the cathode channels. At least one anode channel is then designed such that it extends over the entire width of all juxtaposed cathode channels. Preferably, this is an outer, the Kathodengasmaschineport facing anode channel. On the other hand, at least one further anode channel, in particular the outer anode cathode facing away from the main cathode gas port, preferably does not extend over the entire width of the cathode channels. Thus, at least a portion of the anode channels in the intersecting portion extends transversely, that is orthogonal, to the cathode channels.
  • the overlapping section is preferably divided into two parts, which are preferably made the same size.
  • the first intersecting section in the form of contiguous triangles, which adjoins the active area, extend the
  • the two parts each represent rectangular triangles, wherein the hypotenuses of the two triangles coincide. In the area of the hypotenuse finds a transition from the second
  • the countercathet of the respective triangle is defined by the width of all the cathode channels, that is to say by the width of the active surface.
  • it is preferred that the 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 are preferably arranged opposite one another over the entire length of the active region of the bipolar plate
  • 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 Reaktandenfluids are in general by the pro! the associated electrode plate is formed. That is, the anode channels are through the
  • 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 only on one of the plates, in particular the cathode plate, are configured.
  • 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 determined only by the profile in the cathode plate.
  • 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 Btpolarplatte in the active area is less than in the distribution area, resulting lateral recesses in the stack, 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 an inventive
  • Figure 3 is a plan view of a portion of an anode plate of an inventive
  • FIG. 4 shows a plan view of the distributor region of a cathode plate of FIG
  • FIG. 5 shows a wire-drawing of a part of a bipolar plate according to the invention in the first embodiment of the invention with a sectional view along section BB of the bipolar plate
  • Figure 6 is a plan view of a portion of a cathode plate of a novel
  • FIG. 7 shows a plan view of the distributor region of a cathode plate of FIG.
  • Bipolar plate according to the invention in the second embodiment of the invention with a sectional view along section C-C of the bipolar plate, and
  • FIG. 8 shows a wire-drawing of a part of a bipolar plate according to the invention in the second embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a highly 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.
  • Figure 2 shows a section of a cathode plate 8 of a bipolar plate. This cutout comprises a distributor region 2 and an active region 6. Another distributor region, not shown, adjoins on the opposite side of the active region.
  • the cathode plate 8 is made of an electrically conductive material, preferably a
  • metallic material manufactured. 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 characterized 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.
  • Coolant channels 51 lead from the main coolant port 5 to the cathode channels 41. Unlike the cathode channels 41, the coolant channels 51 are formed as closed channels which run between the plate 8 and the plate 7 arranged below it. In the illustrated embodiment, the coolant channels 51 show a larger clear surface than the cathode channels 41. The coolant channels 51 are arranged parallel to each other and extend from the main coolant port 5 initially parallel to the cathode channels 41.
  • the profile of the cathode plate 8 is formed in that the resulting coolant channels 51 extend transversely to the coolant channels 41 in an arc, that is to say at an angle of approximately 90 ° (preferably 80 ° to 95 °, in particular 85 ° to 95 °).
  • the coolant channels 51 overlap the cathode channels 41 in an overlapping section, which in a first overlap section 9 and a second overlap section 10 is divided.
  • the intersecting portions 9 and 10 are substantially equal in size and the same on the cathode plate 8.
  • FIG. 3 shows an anode plate 7, which is the counterpart of the one shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the rear side of the bipolar plate from FIG. 2.
  • the anode plate 7 is shown in FIG. 3 only with a cutout which can be subdivided into a distributor region 2 and an active region 6.
  • the distributor region 2 has openings for
  • the anode plate 7 has a structuring profile in the form of a wave-shaped cross section, whereby open anode channels 31 are formed on the surface of the anode plate 7. Before the anode channels 31 in the active region 6 of the anode plate 7 congruent with the cathode channels 41 of
  • Cathode plate 8 run, they extend over a first overlap section 9 and a second overlap section 10 through the distributor region. 2
  • anode channels 31 extend one channel width offset to the anode channels in the immediately adjacent active region 6.
  • Intersecting section 9 describes a right-angled triangle, wherein its first catheter corresponds to the sum of the width of all anode channels 31 in the active region 6.
  • the length of the second cathep corresponds essentially to the width of the anode gas main port 3 and is arranged on the side of the anode gas main port 3 facing away from an anode flow field resulting from the sum of the anode channels 31.
  • the hypotenuse of the right triangle of the first intersecting portion 9 provides a transition from the first intersecting portion 9 to the second one
  • the latter also describes the shape of a right triangle " wherein the hypotenuses of both triangles coincide and the sum of Within the second overlap section 10, the anode channels 31 extend parallel to the first orthogonal triangle of the second intersecting section 10.
  • the number of anode channels 31 can be from the anode gas main port 3 to the second
  • Be overlap portion 10 in less than or equal to the number of cathode channels 41 in the active region 6. The transition to a larger number of channels takes place in the first
  • Overlapping section 9 instead.
  • This can, as shown in Figure 3, done so that the anode channels 31 are first arranged uniformly distributed over the entire width of the cathode gas main port 4. This initially results in a greater distance of the channel webs and thus a larger diameter or cross section of the anode channels 31. Within this increased diameter then preferably further channel webs are arranged so that the number of anode channels 31 increases, in particular doubled.
  • the number of anode channels 31 corresponds to an anode plate 7 in the first
  • the cathode plate 8 can plate 7 with the anode to a as shown in Figure 4
  • Bipolar plate 1 are assembled.
  • the respective coolant sides of the electrode plates are facing each other in such a way that the corresponding
  • Main equipment ports 3, 4 and 5 are congruent in the distribution area
  • FIG. 4 shows a section through a bipolar plate 1 according to the invention within the first overlap section 9 transversely to the course of the quiescent channels 41.
  • This section shown by A- ⁇ shows, in section, a distribution rich 2 of a bipolar plate 1 according to the invention. in that, within the first overlap section 9, the channel webs and / or channel bottoms of the anode plate 7 and the cathode plate 8 are not in contact with each other. This results from the fact that the
  • Anode channels 31 offset from the cathode channels 41 are arranged. In particular, these are arranged offset from each other by a channel width, in particular a cathode channel width. It follows that the coolant channels 51 between the respective plates 7 and 8 are not discrete, so are not limited laterally and separated from each other, but rather that a cross flow in addition to the main flow direction defined by the channel guide is possible. Since the coolant channels 51, as shown in FIG.
  • Overlap section 9 allows cross-flow of the coolant, the coolant over the entire width of the cathode flux field can almost no pressure loss
  • FIG. 5 shows a detail of a bipolar plate 1 according to the invention, which essentially corresponds to the bipolar plate 1 shown in FIG. 4 but with a view of the anode plate 8.
  • the distributor region 2 and active region 6 both the structure of the anode plate 7 and the structure of the concealed cathode plate 8 are shown. It is shown that in the active region 6, the anode channels 31 and the cathode channels 41, unlike in
  • Distributor area 2 are arranged directly above one another. In the shown supervision are
  • Anode channel 31 and cathode channels 41 thus arranged congruently one above the other.
  • the channel webs of the anode and cathode channels 31 and 41 form the channel bottoms of the coolant channels 51 on the coolant side.
  • discrete coolant channels 51 are formed in the active region 6. A cross flow of coolant! between adjacent coolant channels 51 is not possible due to the contact between anode plate 7 and cathode plate 8 in the active region.
  • the contact of the anode plate 7 and the cathode plate 8 in the region of the channel bottoms of the anode and cathode channels 31, 41 on the one hand represents an electrically conductive connection for the series connection within the fuel cell stack and has the other supporting function.
  • FIG. 5 shows the detail of an anode plate 7 in another embodiment of FIG
  • the anode plate in the distributor region 2 has a different structure.
  • the anode plate 7 shown in FIG. 6 is constructed in the same way as the anode plate 7 shown in FIG. 3.
  • the distributor region 2 it has three main equipment ports, namely a main coolant port 5, a cathode gas main port 4 and an anode gas main port 3.
  • Anodengassburgport 3 lead anode channels 31 in the direction of a flow field, the anode channels 31 extend as well as in Figure 3 in an arc from the anode gas main port 3 to the flow field, so that they meet at an angle of 90 ° on this. In particular, they encounter an overlapping section 11 in the flow field, which represents the connection between the port-side anode channels 31 and the anode channels 31 of the active region 6.
  • the size and shape of this intersecting portion 11 substantially corresponds to the sum of the first and second intersecting portions 9 and 10 described in FIG. 3. However, it differs in particular from the first and second ones
  • knob-like elevations 12 which may for example have the shape of circles, ellipses, diamonds or rectangles. In the illustrated embodiment, they show the shape of diamonds. These are arranged in staggered rows and spaced apart such that forms a plurality of flow paths.
  • Anodengassburgport 3 the anode channels 31 fuel supplied in the
  • Intersecting portion 11 evenly distributed in the active area 6.
  • the anode plate 7 shown in FIG. 6 can be combined with an equivalently designed cathode plate or with the cathode plate 8 shown in FIG. 2 to form a bipolar plate 1.
  • FIG. 7 shows in particular the distributor region 2 of the anode plate 7 shown in FIG. 6 and a cross section through the bipolar plate 1 within the overlap section 11 transversely to the flow direction of the cathode channels 41.
  • the cross-sectional drawing CC shows that the diamond-shaped knob-like elevations 12 of the anode plate 7 are arranged above the cathode plate 8, that lowering the anode plate or the bottoms of the anode channels 31 congruent with the webs of the channel structure of the cathode plate 4.
  • the coolant flow region enclosed by the anode plate 7 and the cathode plate 8, just as in the first embodiment, does not have discrete channels in the overlap section 11 but has a flow field. Rather, the coolant can flow across the entire width b a of the Kaihodenhnefeldes without significant pressure drop across and distribute from there on the cathode and anode flow field up to the flow field of the active area.
  • FIG. 8 shows a bipolar plate 1 according to the invention in the second embodiment in a plan view of the cathode plate 4.
  • Anode plate 3 is shown in dashed lines.

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) beider Verteilerbereiche (2) miteinander 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.

Description

Besehreibung
Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle umfassend eine profilierte Anodenplatte und eine profilierte Kathodenplatte, jeweils aufweisend einen aktiven Bereich sowie zwei Verteilerbereiche zur Zu- und Ableitung von Betriebsmedien zu bzw. aus dem aktiven Bereich, wobei die Verteilerbereiche jeweils einen Anodengashauptport zur Zu- und Abführung von Brennstoff, einen Kathodengashauptport zur Zu- und Abführung von
Oxidationsm ittel sowie einen Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel aufweisen, welche entlang einer Seitenkante der Bipolarplatte angeordnet sind, wobei die Platten derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass die Bipolarplatte Kanäle für die Betriebsmedien aufweist, weiche die Betriebsmittelhauptports beider Verteilerbereiche miteinander verbinden, und wobei die Verteilerbereiche zumindest einen
Überschneidungsabschnitt aufweisen, in dem die Kanäle einander nicht fluidverbindend überschneiden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle mit einer solchen
Bipolarplatte.
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 ionenleitenden, insbesondere protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionsschichten (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 (stach) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder 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 von 02 zu O2" unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese 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 Brennstoffzelle wird durch eine Vielzahl, im Stapel angeordneter Membran-Elektroden- Einheiten gebildet, sodass auch von einem Brennstoffzellenstapel gesprochen wird. Zwischen zwei Membran-Elektroden-Einheiten ist jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanden und einer
Kühlflüssigkeit, sicherstellt. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten. Des Weiteren gewährleisten sie eine dichte Trennung zwischen Anoden- und Kathodenraum,
Die Bipolarplatten sind zumeist aus zwei profilierten Elektrodenplatten aufgebaut, welche eine Struktur in Form eines beiderseits der Platten angeordneten Höhenprofils aufweisen. Durch dieses Profil ergeben sich beiderseits der Platten mehr oder weniger diskrete Kanäle, die ausgebildet sind, die Betriebsmedien zu führen. Die Betriebsmedien sind wiederum durch die Platten voneinander getrennt, sodass im Inneren der Platte das Kühlmittel geführt wird, während außerhalb die Reaktandengase geführt werden. Die Kanäle der Reaktandengase sind zum einen von der jeweiligen Platte und zum anderen von einer Gasdiffusionsschicht begrenzt.
Die Bipolarplatten können unterschiedliche Strukturen zur Verteilung der Reaktanden (Brennstoff und Oxidationsmittel) über die Membranfläche aufweisen. Hierzu sind die beispielsweise in US 4,988,583 beschriebenen Kanäle bekannt, welche mäanderförmig über die Platte geführt werden. Sie gewährleisten eine gute Gleichverteilung der Betriebsmedien sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Flussraten. Mäanderstrukturen haben allerdings den Nachteil, dass sie bei hohen Flussraten große Druckverluste von einem ersten Verteilerbereich (Einlass) zu einem zweiten Verteilerbereich (Auslass) verursachen. Dadurch entsteht die Notwendigkeit, die Betriebsmedien mit hohem Druck zuzuführen, was zu energetischen Verlusten für das
Gesamtsystem führt.
Werden die Betriebsmedien hingegen durch eine Vielzahl von linearen Kanälen vom ersten Verteilerbereich zum zweiten Verteilerbereich geführt, kommt es regelmäßig zu
Ungleichverteilungen bei hohen Flussraten aufgrund der mangelnden Möglichkeit zur
Querverteilung der Strömung. Sie weisen allerdings über die Länge der Brennstoffzelle einen wesentlich geringeren Druckverlust auf als die Mäanderstrukturen. Darüber hinaus sind auch Druckunterschiede zwischen benachbarten Strömungskanälen von erheblicher Wichtigkeit für die Konstruktion einer Brennstoffzelle. Zur Homogenisierung der Drücke sowohl zwischen Verteilerbereichen als auch zwischen den Kanälen sind
serpentinenartige Strömungskanäle, wie in WO 2005/112163 A2 beschrieben, bekannt, Serpentinenartige Strömungen besitzen im Allgemeinen eine ungerade Anzahl von Schenkeln, die sich in Gestalt von Spitzkehren über die Verteilerbereiche beziehungsweise die Bipolarplatte erstrecken. Hierbei werden verschiedene Breiten, Tiefen und Längen der Strömungskanäle verwendet, um den hydraulischen Querschnitt der Kanäle lokal derart zu verändern, dass gezielt Druckunterschiede entstehen, welche die Betriebsmedien innerhalb der Kanäle beschleunigen oder sogar eine Querströmung über die MEA zu begünstigen.
DE 103 94 052 T5 beschreibt weiterführend ein Strömungsfeld einer PEM-Brennstoffzelle, das Strömungskanäle mit verzweigten Überschneidungsabschnitten angrenzend an die
Verteilerbereiche aufweist, um die Druckunterschiede zwischen den Verteilerbereichen zu verringern.
Um gezielt eine Querströmung der Betriebsmittel über die Fläche der Bipolarplatte zu erzielen, schlägt DE 101 63 631 A1 eine spezielle Anordnung von Stegen auf der Oberfläche der Bipolarplatte vor, wobei innerhalb einer Reihe mehrere durch Auslassungen unterbrochene Stege hintereinander angeordnet sind.
In einem vergleichbaren Ansatz beschreibt DE 10 2005 057 045 A1 eine Struktur einer Bipolarplatte, wobei im Verteilerbereich die übliche Kanalstruktur zugunsten einer Struktur aufgebrochen ist, welche aus minimalen Stützstellen besteht.
Darüber hinaus wird in der Entwicklung von Brennstoffzellen das Ziel verfolgt, die Höhe einer Bipolarplatte und somit die Höhe des Brennstoffzellenstapels weiter zu reduzieren, Aus der Reduktion der Höhe der Bipolarplatten ergibt sich die Problematik, dass auch in Einströmbereichen der Fluide von den randseitig angeordneten Ports zu den eigentlichen Fluidkanälen, die Bauhöhe reduziert werden muss, um die Höhe der gesamten Bipolarplatte reduzieren zu können. Der Einströmbereich sollte einerseits einen möglichst kleinen Bauraum einnehmen, andererseits ausreichend groß sein, um eine gleichmäßige Verteilung der Fluide zu
gewährleisten. Dies ist insbesondere für hohlgeprägte Bipolarplatten, etwa aus dünnen
Metall platten, problematisch, weil die Fluide sich in dem Einströmbereich kreuzen. Dies bedeutet, dass die Höhe des Einströmbereichs noch weiter reduziert werden muss. Aus der Offenlegungsschrift DE 100 150380 A1 ist eine Bipolarplatte bekannt, bei der eine Kreuzung von Fluiden in dünnen Bipolarplatten realisiert ist, wobei ein Kühlfluid quer über eine rechtwinklig angeordnete Struktur der Gasführungskanäle geführt ist. Dabei kann die Kanaltiefe auf der Anoden- und Kathodenseite in den Bereichen reduziert werden, in denen sich das Kühlfluid kreuzt.
Somit wird in diesen Ansätzen der hydraulische Querschnitt der Kanäle zuungunsten der Druckverhältnisse verschlechtert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte bereitzustellen, deren hydraulischer Querschnitt dahingehend optimiert ist, dass der Druckverlust reduziert wird.
Insbesondere in wasserproduzierenden Bereichen der Brennstoffzelle führt ein ungünstiger hydraulischer Querschnitt (also ein zu hoher Strömungswiderstand für das fließende
Betriebsmittel) und insbesondere Querschnittserniedrigungen durch Höhenreduktion und Spitzkehren in den Kanälen zu einem erhöhten Auftreten von Wasseransammlungen und damit einhergehend zu Verstopfungen, was mit vorliegender Erfindung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden soll. Ferner soll eine Gleichverteilung der Betriebsmedien über die Breite der Brennstoffzelle, insbesondere in den Verteilerbereichen, erreicht werden.
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, weiche entlang einer Seitenkante, also nebeneinander, angeordnet sind, wobei die Platten derart ausgebildet und übereinander positioniert sind, dass die Bipolarplatte Kanäle aufweist, welche die Betriebsmittelhauptports mit dem aktiven Bereich verbinden. Ferner weisen die Verteilerbereiche zumindest einen Überschneidungsabschnitt auf, in dem die Kanäle einander nicht fluidverbindend überschneiden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der
Kathodengashauptport zwischen Anodengashauptport und Kühlmittelhauptport angeordnet ist und von diesem ausgehend Kathodenkanäle geradlinig über zumindest den Verteilerbereich der Brennstoffzelle verlaufen.
Unter Kanälen werden offene (also rinnenförmige) oder geschlossene (also röhrenförmige) Fluid-Verbindungen zum Transport der Betriebsmittel verstanden. Sie können als diskrete Kanäle oder als Flussfeld beziehungsweise Strömungsfeld, welches eine laterale Strömung 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 sind aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung alle Kathodenkanäle gleich lang. Vorzugsweise wird die Geradlinigkeit über den Verteilerbe reich hinaus im aktiven Bereich fortgesetzt und erstreckt sich somit über die gesamte Platte von einem Kathodengashauptport eines Verteilerbereichs zu einem Kathodengashauptport des anderen Verteilerbereichs. 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.
Als Port sind vorliegend insbesondere Öffnungen in der Bipolarplatte zu verstehen, welche in einem Brennstoffzellenstapel den Stapel durchsetzende Kanäle zur Führung von
Betriebsmedien ergeben.
Der Vorteil einer homogenen Druckverteilung, insbesondere über die Breite der Bipolarplatte, kann dadurch verstärkt werden, dass sich der Kathodengashauptport über die gesamte Breite aller Kathodenkanäle erstreckt. Somit ist in einer Ausgestaltungsform der Erfindung besonders bevorzugt, dass eine Breite der Bipolarplatte im aktiven Bereich geringer ist als im Verteilerbereich.
Vorliegend wird eine Bipolarplatte in drei Bereiche unterteilt, 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, nebeneinander angeordnet. Hierbei bedeutet nebeneinander, dass die Betriebsmittelhauptports entlang einer Seitenkante, insbesondere einer kurzen Seitenkante der Bipolarplatte, angeordnet sind. Üblicherweise sind die Betriebsmittelhauptports anhand ihrer Ausbildung, insbesondere ihrer Größenverhältnisse klassifizierbar. So weißt 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 eine Elektrode der Membran-Elektroden-Einheit kontaktiert. 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 Plate gegeben werden. Dabei handelt es sich um zwei Reaktandenftuide, 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. 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 wird. Ferner können erfindungsgemäße
Bipolarplatten mit Niederdruckstrategie, also einem Betriebsmitteldruck von kleiner 5 bar, betrieben werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Hauptströmungsrichtung zumindest in einem Teil des Übereinstimmungsabschnitts des Kühlmittels quer zu den
Kafhodenkanälen verläuft. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittel über die gesamte Breite aller Kat odenkanäle gleichmäßig verteilt wird. Insbesondere werden die äußeren Ränder, also ein erster und ein letzter Kathodenkanal mit Kühlmittel versorgt, welches nahezu den gleichen Druck sowie die gleiche Temperatur aufweist.
Unter Hauptströmungsrichtung ist dabei die Strömungsrichtung des Oberwiegenden 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 Oberschneidungsbereich sind die Kühlmittelkanäle vorzugsweise durch Rinnen einer der Platten, vorzugsweise der Kathodenplatte, ausgebildet, die in Richtung ihrer Außenfläche ausgeprägt sind. Mit Übergang in einen ersten
Überschneidungsabschnitt ergeben sich die Kühlmittelkanäle aus der negativen Struktur der Elektrodenodenkanäle, nämlich in der wellenförmigen Struktur auf der einer Elektrodenseite abgewandten Seite der Elektrodenodenplatte und verlaufen somit parallel zu diesen {siehe Figur 4).
Die Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels folgt der Struktur der Kühlmittelkanäle und ist somit in dem Überschneidungsabschnitt, an dem Kühlmittelkanäle und Kathodenkanäle aufeinander treffen, quer, insbesondere orthogonal, zu den Kathodenkanälen ausgerichtet.
Bevorzugt wird die quer verlaufende Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels über die gesamte Breite sämtlicher Kathodenkanäle ausgeführt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in den Überschneidungsabschnitten neben einer Strömung des Kühlmittels entlang der Kanalböden auch eine Strömung quer zu den Kanalböden, also über die Kanalstege, möglich ist. Hierzu sind die Überschneidungsabschnitte innerhalb des Verteilerbereiches vorzugsweise so ausgebildet, dass die gegenüberliegenden Kanalstege der beiden Platten keinen Kontakt zueinander aufweisen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest eine der Platten in den Überschneidungsabschnitten keine diskreten Kanäle aufweist, sondern vielmehr eine Art Noppenstruktur, in welcher lokal lediglich Erhebungen zur Abstützung der Platte ausgeformt sind, welche allerdings soweit voneinander beabstandet sind. In dieser Ausführung sind die Kühlmittelkanäle dieses Abschnitts somit als (gerichtetes) Strömungsbild ausgebildet
Beispielsweise wird zumindest eine Platte für den Aufbau der Bipolarplatte verwendet, die im zweiten Überschneidungsabschnitt keine rinnenartigen, durchgehenden Vertiefungen wie im Stand der Technik aufweist, sondern noppenartige Erhebungen (siehe Figur 6). Dabei wird unter dem Begriff noppenartige Erhebung eine Auswölbung einer ansonsten ebenen Platte verstanden, die eine durchgehende umlaufende Kontur bezüglich des ebenen Untergrunds der Platte aufweist.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird eine Querströmung des Kühlmittels im
Überschneidungsabschnitt durch eine Anordnung der Anodenkanäle derart erreicht, dass sie gleichgerichtet mit den Kanalstegen der Kathodenkanäle verlaufen, die Kanalstege jedoch nicht miteinander in Kontakt stehen. Hierzu ist ein Versatz der Kanäle, insbesondere von einer Kanalbreite, bevorzugt. Folglich sind bevorzugt die Kanalböden der einen Platte deckungsgleich mit den Kanalstegen der anderen Platte angeordnet, was zur Folge hat, dass die Platten in diesem Abschnitt einander nicht berühren und somit das Kühlmittel, welches zwischen den Platten überschneidend mit den Kanalstrukturen der Anoden- und/oder Kathodenplatte verläuft und zudem auch quer zu diesen Kanälen strömt (stehe Figur 4).
Neben der Möglichkeit der Querströmung des Kühlmittels im Überschneidungsabschnitt hat eine derartige Anordnung den Vorteil, dass die effektive Höhe der einzelnen Kanäle (Kathoden-, Anoden- und Kühlmittelkanal), welche sich aus der Höhe der Bipolarplatte ergibt, vergleichsweise größer ausgeführt werden kann als in einer herkömmlichen Anordnung, in welcher Kathoden- und Anodenkanäle, also die jeweiligen Kanalstege parallel übereinander angeordnet sind und miteinander in Kontakt stehen. Somit kann der hydraulische Querschnitt nicht nur für das Kühlmittel, sondern auch für die Reaktandengase optimiert werden, was wiederum eine verbesserte Druckverteilung aller Betriebsmedien zur Folge hat. In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt, dass die Anodenkanäle in einem Überschneidungsabschnitt orthogonal zu den Kathodenkanälen angeordnet sind. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass das Brennstoff über die gesamte Breite der Kathodenkanäle bzw. die gesamte Breite der aktiven Fläche mit möglichst homogener Druckverteilung, also nahezu ohne Druckverlust, verteilt und der aktiven Fläche zugeführt werden kann.
Eine mögliche Ausgestaltung dieser Ausfü rungsform sieht vor, dass der Anodengashauptport benachbart zum Kathodengashauptport gegenüber dem Kühlmittelhauptport desselben
Verteilerbereichs angeordnet ist. Insbesondere ist der Anodengashauptport innerhalb des Verteilerbereichs außerhalb einer Breite der aktiven Fläche angeordnet. Ausgehend vom
Anodengashauptport verlaufen Anodenkanäle zueinander parallel und zunächst zusätzlich parallel zu den Kathodenkanälen. Anschließend werden sie umgelenkt und in einem rechten Winkel (85° bis 95°) zu den Kathodenkanälen geführt. Zumindest ein Anodenkanal ist anschließend derart ausgebildet, dass er über die gesamte Breite sämtlicher nebeneinander angeordneter Kathodenkanäle verläuft. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen äußeren, dem Kathodengashauptport zugewandten Anodenkanal. Zumindest ein weiterer Anodenkanal, insbesondere der äußere, dem Kathodengashauptport abgewandte Anodenkanal verläuft hingegen bevorzugt nicht über die gesamte Breite der Kathodenkanäle. Somit verläuft zumindest ein Teil der Anodenkanäle in dem Überschneidungsabschnitt quer, also orthogonal, zu den Kathodenkanälen.
Mit besonderem Vorteil sind die Ausführungsformen parallel versetzter Anodenkanäle und orthogonal zu den Kathodenkanälen angeordneter Kanäle miteinander kombinierbar. Dazu ist bevorzugt der Überschneidungsabschnitt in zwei Teile unterteilt, welche bevorzugt gleich groß ausgeführt sind. In einem dieser Teile, dem ersten Überschneidungsabschnitt in Form aneinandergrenzender Dreiecke, der an den aktiven Bereich angrenzt, verlaufen die
Anodenkanäle parallel und versetzt zu den Kathodenkanälen. Sn dem anderen Teil, dem zweiten Überschneidungsabschnitt, hingegen orthogonal zu den Kathodenkanälen, Bevorzugt stellen die beiden Teile jeweils rechtwinklige Dreiecke dar, wobei die Hypotenusen der beiden Dreiecke zusammenfallen. Im Bereich der Hypotenuse findet ein Übergang vom zweiten
Überschneidungsabschnitt mit quer zu den Kathodenkanälen verlaufenden Anodenkanälen in den ersten Überschneidungsabschnitt mit parallel und versetzt zu den Kathodenkanälen verlaufenden Anodenkanälen statt. Ferner wird die Gegenkathete des jeweiligen Dreiecks durch die Breite aller Kathodenkanäle, also durch die Breite der aktiven Fläche, definiert. 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 Aligemeinen durch das Profi! der zugehörigen Elektrodenplatte 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 sieh 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 Kathoden platte, 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 Anodenplatte 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 Btpolarplatte 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 Teil einer Kathodenplatte einer erfindungsgemäßen
Bipolarplatte in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
Figur 3 eine Aufsicht auf einen Teil einer Anodenplatte einer erfindungsgemäßen
Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung,
Figur 4 eine Aufsicht auf den Verteilerbereich einer Kathodenplatte einer
erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung, mit Schnittansicht nach Schnitt A-A der Bipolarplatte, Figur 5 eine Drahtmodellzeichnung eines Teils einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung mit Schnittansicht nach Schnitt B-B der Bipolarplatte,
Figur 6 eine Aufsicht auf einen Teil einer Kathodenplatte einer erfindungsgemäßen
Bipolarplatte in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung,
Figur 7 eine Aufsicht auf den Verteilerbereich einer Kathodenplatte einer
erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung mit Schnittansicht nach Schnitt C-C der Bipolarplatte, und
Figur 8 eine Drahtmodellzeichnung eines Teils einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung,
Figur 1 zeigt in einer stark schematischen Darstellung einen Brenstoffzellenstapel. 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 Kathoden platte 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.
Von dem Kühlmittelhauptport 5 führen Kühlmittelkanäle 51 hin zu den Kathodenkanälen 41. Anders als die Kathodenkanäle 41 sind die Kühlmittelkanäle 51 als geschlossene Kanäle ausgebildet, die zwischen der Platte 8 und der unter dieser angeordneten Platte 7 verlaufen. In der dargestellten Ausführungsform zeigen die Kühlmittelkanäle 51 eine größere lichte Fläche als die Kathodenkanäle 41. Die Kühlmittelkanäle 51 sind zueinander parallel angeordnet und verlaufen ausgehend vom Kühlmittelhauptport 5 zunächst parallel zu den Kathodenkanälen 41. Auf Höhe der Kathodenkanäle 41 ist das Profil der Kathodenplatte 8 derart ausgebildet, dass die resultierenden KQhlmittelkanäie 51 in einem Bogen quer, also in einem Winkel von ungefähr 90° (bevorzugt 80° bis 95°, insbesondere 85° bis 95°), auf die Kühlmittelkanäle 41 zu verlaufen. Davon ausgehend überschneiden die Kühlmittelkanäle 51 die Kathodenkanäle 41 in einem Überschneidungsabschnitt, welcher in einen ersten Überschneidungsabschnitt 9 und einen zweiten Überschneidungsabschnitt 10 unterteilt ist. Die Überschneidungsabschnitte 9 und 10 sind im Wesentlichen gleich groß und auf der Kathodenplatte 8 gleich ausgeführt.
Figur 3 zeigt eine Anoden platte 7, welche das Gegenstück der in Figur 2 abgebildeten
Kathoden platte 8 zur Ausbildung einer gemeinsamen Bipolarplatte 1 darstellt. Mit anderen Worten zeigt Figur 3 die Rückseite der Bipolarplatte aus Figur 2. Auch die Änodenplatte 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 Anodenplatte 7 weist ebenso wie die in Figur 2 gezeigte Kathodenplatte 8 ein strukturgebendes Profil in Form eines wellenförmigen Querschnitts auf, wodurch offene Anodenkanile 31 auf der Oberfläche der Anodenplatte 7 ausgebildet werden. Bevor die Anodenkanäle 31 im aktiven Bereich 6 der Anodenplatte 7 deckungsgleich mit den Kathodenkanälen 41 der
Kathoden platte 8 verlaufen, erstrecken sie sich über einen ersten Überschneidungsabschnitt 9 und einen zweiten Überschneidungsabschnitt 10 durch den Verteilerbreich 2.
Im ersten Überschneidungsabschnitt 9 verlaufen Anodenkanäle 31 um eine Kanalbreite versetzt zu den Anodenkanälen im sich direkt anschließenden aktiven Bereich 6. Der erste
Überschneidungsabschnitt 9 beschreibt ein rechtwinkliges Dreieck, wobei dessen erste Kathete der Summe der Breite aller Anodenkanäle 31 im aktiven Bereich 6 entspricht. Die Länge der zweiten Kathefe hingegen entspricht im Wesentlichen der Breite des Anodengashauptports 3 und ist auf der dem Anodengashauptport 3 abgewandten Seite eines sich aus der Summe der Anodenkanäle 31 ergebenden Anodenflussfeldes angeordnet.
Die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks des ersten Überschneidungsabschnitts 9 stellt einen Übergang vom ersten Überschneidungsabschnitt 9 zum zweiten
Überschneidungsabschnitt 10 dar. Letzterer beschreibt ebenfalls die Form eines rechtwinkligen Dreiecks» wobei die Hypotenusen beider Dreiecke aufeinander fallen und die Summe der Dreiecksflächen ein Rechteck ergeben, den dritten Überschneidungsabschnitt 1 1. Die Anodenkanäle 31 verlaufen innerhalb des zweiten Überschneidungsabschnitts 10 parallel zur ersten Kathete des rechtwinkligen Dreiecks des zweiten Überschneidungsabschnitts 10. Die Zahl der Anodenkanäle 31 kann ausgehend vom Anodengashauptport 3 bis in den zweiten
Überschneidungsabschnitt 10 hinein kleiner oder gleich der Anzahl der Kathodenkanäle 41 im aktiven Bereich 6 sein. Der Obergang auf eine größere Kanalzahl findet im ersten
Überschneidungsabschnitt 9 statt. Dies kann, wie in Figur 3 gezeigt, derart geschehen, dass die Anodenkanäle 31 zunächst über die gesamte Breite des Kathodengashauptports 4 gleichmäßig verteilt angeordnet werden. Dadurch ergibt sich zunächst ein größerer Abstand der Kanalstege und somit ein größerer Durchmesser bzw. Querschnitt der Anodenkanäle 31. Innerhalb dieses vergrößerten Durchmessers werden dann vorzugsweise weitere Kanalstege angeordnet, sodass sich die Anzahl der Anodenkanäle 31 erhöht, insbesondere verdoppelt. Bevorzugt entspricht die Anzahl der Anodenkanäle 31 einer Anodenplatte 7 im ersten
Überschneidungsabschnitt 9 sowie im aktiven Bereich 6, wie in Figur 3 gezeigt, der Anzahl von Kathodenkanälen 41 einer korrespondierenden Kathodenplatte 8, wie sie beispielsweise in Figur 2 gezeigt ist.
Die Kathodenplatte 8 kann mit der Anoden platte 7 zu einer wie in Figur 4 gezeigten
Bipolarplatte 1 zusammengesetzt werden. Dazu werden die jeweiligen Kühlmittelseiten der Elektrodenplatten derart einander zugewandt, dass die entsprechenden
Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 im Verteilerbereich deckungsgleich übereinander liegen,
Figur 4 zeigt einen Verteilerbe reich 2 einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 in einer Aufsicht auf die Kathodenplatte 8. Ferner zeigt Figur 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1 innerhalb des ersten Überschneidungsabschnitts 9 quer zum Verlauf der Kaihodenkanäle 41 Dieser mit A-Ä dargestellte Schnitt zeigt, dass innerhalb des ersten Überschneidungsabschnitts 9 die Kanalstege und/oder Kanalböden der Anodenplatte 7 und der Kathodenplatte 8 nicht miteinander in Kontakt stehen. Dies ergibt sich daraus, dass die
Anodenkanäle 31 versetzt zu den Kathodenkanälen 41 angeordnet sind. Insbesondere sind diese um eine Kanalbreite, insbesondere eine Kathodenkanalbreite, zueinander versetzt angeordnet. Daraus ergibt sich, dass die Kühlmittelkanäle 51 zwischen den jeweiligen Platten 7 und 8 nicht diskret verlaufen, also nicht lateral begrenzt und voneinander separiert sind, sondern dass vielmehr eine Querströmung zusätzlich zu der durch die Kanalführung definierten Hauptströmungsrichtung möglich ist. Da die Kühlmittelkanäle 51 , wie in Figur 4 gezeigt, der Gesamtheit der Kathodenkanäle 41 , also einem Kathodenflussfeld, in einem rechten Winkel zugeführt wird, ergibt sich eine Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels innerhalb des zweiten Überschneidungsabschnitts 10 aus Kühlmittelkanälen 51 und Kathodenkanälen 41 (zweiter Überschneidungsabschnitt 10), welche quer zu den Kathodenkanälen 41 verläuft. Aufgrund dieser Hauptströmungsrichtung, insbesondere in Verbindung mit der im ersten
Überschneidungsabschnitt 9 ermöglichten Querströmung des Kühlmittels kann sich das Kühlmittel über die gesamte Breite des Kathodenflussfeldes nahezu ohne Druckverlust
verteilen.
In Figur 5 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 dargestellt, welcher im Wesentlichen der in Figur 4 gezeigten Bipolarplatte 1 jedoch mit Ansicht auf die Anodenplatte 8 entspricht. Im Verteilerbereich 2 und aktiven Bereich 6 ist sowohl die Struktur der Anodenplatte 7 als auch die Struktur der verdeckten Kathodenplatte 8 dargestellt. Es ist gezeigt, dass im aktiven Bereich 6 die Anodenkanile 31 und die Kathodenkanäle 41 , anders als im
Verteilerbereich 2, direkt übereinander angeordnet sind. In der gezeigten Aufsicht sind
Anodenkanile 31 und Kathodenkanäle 41 also deckungsgleich übereinander angeordnet. Die Kanalstege der Anoden- und Kathodenkanäle 31 und 41 bilden auf der Kühlmittelseite die Kanalböden der Kühlmittelkanäle 51 aus. Wie die Schnittdarstellung B-B im aktiven Bereich der Bipolarplatte 1 zeigt, sind im aktiven Bereich 6 diskrete Kühlmittelkanäle 51 ausgebildet. Eine Querströmung von Kühlmitte! zwischen benachbarten Kühlmittelkanälen 51 ist aufgrund des Kontakts zwischen Anodenplatte 7 und Kathodenplatte 8 im aktiven Bereich nicht möglich.
Der Kontakt der Anodenplatte 7 und der Kathodenplatte 8 im Bereich der Kanalböden der Anoden- und Kathodenkanäle 31 , 41 stellt zum einen eine elektrisch leitende Verbindung für die Reihenschaltung innerhalb des Brennstoffzellenstapels dar und weist zum anderen abstützende Funktion auf.
Figur 5 zeigt den Ausschnitt einer Anodenplatte 7 in einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung. Im Vergleich zu der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Ausgestaltung weist die Anodenplatte im Verteilerbereich 2 eine abweichende Struktur auf. Grundsätzlich ist die in Figur 6 gezeigte Anodenplatte 7 ebenso aufgebaut wie die in Figur 3 gezeigte Anodenplatte 7. Sie weist im Verteilerbereich 2 drei Betriebsmittelhauptports, nämlich einen Kühlmittelhauptport 5, einen Kathodengashauptport 4 und einen Anodengashauptport 3 auf. Ausgehend vom
Anodengashauptport 3 führen Anodenkanäle 31 in Richtung eines Flussfeldes, Dabei verlaufen die Anodenkanäle 31 ebenso wie in Figur 3 in einem Bogen vom Anodengashauptport 3 zum Flussfeld, sodass sie in einem Winkel von 90° auf dieses treffen. Insbesondere treffen sie auf einen Überschneidungsabschnitt 11 im Flussfeld, der die Verbindung zwischen den portseitigen Anodenkanäle 31 und den Anodenkanälen 31 des aktiven Bereichs 6 darstellt. Die Größe und Form dieses Überschneidungsabschnittes 11 entspricht im Wesentlichen der Summe der in Figur 3 beschriebenen ersten und zweiten Überschneidungsabschnrtte 9 und 10. Er unterscheidet sich jedoch insbesondere darin vom ersten und zweiten
Überschneidungsabschnitt 9 und 10» dass das Profil der Anodenplatte 7 in diesem Bereich keine diskreten Kanalstrukturen ausbildet. Vielmehr verfügt dieser Bereich über separate noppenartigen Erhebungen 12, welche beispielsweise die Form von Kreisen, Ellipsen, Rauten oder Rechtecken haben können. In der dargestellten Ausführungsform zeigen sie die Form von Rauten. Diese sind in versetzten Reihen angeordnet und derart voneinander beabstandet, dass sich eine Vielzahl von Strömungswegen ausbildet. Somit wird der über den
Anodengashauptport 3 den Anodenkanälen 31 zugeführte Brennstoff in dem
Überschneidungsabschnitt 11 gleichmäßig im aktiven Bereich 6 verteilt.
Die in Figur 6 dargestellte Anodenplatte 7 kann mit einer äquivalent ausgeführten Kathodenplatte, oder mit der in Figur 2 gezeigten Kathodenplatte 8 zu einer Bipolarplatte 1 kombiniert werden.
Letztere Ausgestaltung ist in Figur 7 gezeigt. Figur 7 zeigt insbesondere den Verteilerbereich 2 der in Figur 6 gezeigten Anodenplatte 7 sowie einen Querschnitt durch die Bipolarplatte 1 innerhalb des Überschneidungsabschnitts 11 quer zu der Flussrichtung der Kathodenkanäle 41.
Die Querschnittszeichnung C-C zeigt, dass die rautenförmigen noppenartigen Erhebungen 12 der Anodenplatte 7 derart über der Kathodenplatte 8 angeordnet sind, dass Senken der Anodenplatte bzw. die Böden der Anodenkanäle 31 deckungsgleich mit den Stegen der Kanalstruktur der Kathoden platte 4 verlaufen. Somit kommt es im Überschneidungsabschnitt 11 des Verteilerbereiches 2 zu keinem Kontakt zwischen Anodenplatte 3 und Kathodenplatte 4. Der von Anodenplatte 7 und Kathodenplatte 8 eingeschlossene Kühlmittelflussbereich verfügt ebenso wie in der ersten Ausgestaltung im Überschneidungsabschnitt 11 nicht über diskrete Kanäle, sondern über ein Flussfeld. Vielmehr kann das Kühlmittel über die gesamte Breite ba des Kaihodenflussfeldes ohne nennenswerten Druckverlust quer strömen und sich von dort aus über das Kathoden- und Anodenflussfeld bis hin über das Flussfeld des aktiven Bereiches verteilen.
Zur besseren Darstellung zeigt Figur 8 eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1 in der zweiten Ausgestaltung in einer Aufsicht auf die Kathodenplatte 4. Die Struktur der verdeckten
Anodenplatte 3 ist gestrichelt dargestellt. Bezugszeichenliste Bipolarplatte
Verteilerbereich
Anodengashauptport
Kathodengashauptport
Kühlmittelhauptport
aktiver Bereich
Anodenplatte
Kathodenplatte
erster Überschneidungsabschnitt
zweiter Überschneidungsabschnitt
dritter Oberschneidungsabschnitt
noppenartige Erhebungen Anodenkanäle
Kathodenkanäle
Kühlmittelkanäle Brennstoffzelle
erste Endplatte
zweite Endplatte
Bipolarplatte (Stand der Technik)
Membran-Elektroden-Einheit
Dichtungselement
Spannelement

Claims

Patentansprüche
1. Bipolarpiatte (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) beider Verteilerbereiche (2) miteinander 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) 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.
2. Bipolarplatte (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels zumindest in einem Teilbereich des
Überschneidungsabschnitts (9, 10) quer zu den Kathodenkanälen (41 ) verläuft.
3. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vom
Anodengashauptport (3) ausgehende Anodenkanäle (31 ) in einem ersten
Überschneidungsabschnitt (9) des Verteilerbereichs (2) zu den Kathodenkanälen (41) parallel und versetzt angeordnet sind.
4. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenkanäle (31) in einem zweiten Überschneidungsabschnitt (10) quer, insbesondere orthogonal, zu den Kathodenkanälen (41) angeordnet sind.
5. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenkanäle (41) und die Anodenkanäle (31) im aktiven Bereich (6) parallel und übereinander angeordnet sind.
6, Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Bipolarplatte (1) im aktiven Bereich (6) geringer ist als im Verteilerbereich (2).
7. Bipolarplatte (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (1) ferner vom Kühlmittelhauptport ausgehende Kühlmittelkanäle (51) aufweist und diese im Verteilerbereich (2) durch eine Profilierung der Kathodenplatte (8) ausgestaltet sind,
8. Brennstoffzelle (100) umfassend einen Stapel 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.
9. Brennstoffzelle (100) nach Anspruch 8» ferner umfassend zumindest ein Spannelement (116), das zwischen den Verteilerbereichen angeordnet ist.
PCT/EP2015/057351 2014-04-02 2015-04-02 Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen WO2015150536A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/300,677 US10141583B2 (en) 2014-04-02 2015-04-02 Bipolar plate and fuel cell comprising a bipolar plate of this type

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014206335.3A DE102014206335A1 (de) 2014-04-02 2014-04-02 Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102014206335.3 2014-04-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015150536A1 true WO2015150536A1 (de) 2015-10-08

Family

ID=52807813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/057351 WO2015150536A1 (de) 2014-04-02 2015-04-02 Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10141583B2 (de)
DE (1) DE102014206335A1 (de)
WO (1) WO2015150536A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3026232B1 (fr) * 2014-09-19 2021-04-02 Commissariat Energie Atomique Plaque de guidage d’ecoulement d’un fluide pour reacteur electrochimique et ensemble comportant cette plaque
FR3043845B1 (fr) * 2015-11-17 2018-01-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Plaques bipolaires pour limiter le contournement des canaux d’ecoulement par les reactifs
DE102016107906A1 (de) 2016-04-28 2017-11-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte aufweisend Reaktantengaskanäle mit variablen Querschnittsflächen, Brennstoffzellenstapel sowie Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellenstapel
DE102018200673B4 (de) * 2018-01-17 2021-05-12 Audi Ag Bipolarplatte, Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug
CN110416568A (zh) * 2019-09-04 2019-11-05 北京久安通氢能科技有限公司 热管金属双极板风冷（单）电池堆、交通工具及电子设备
FR3115402B1 (fr) * 2020-10-19 2022-09-02 Commissariat Energie Atomique Plaque bipolaire de cellule électrochimique à pertes de charge réduites
DE102020128107A1 (de) * 2020-10-26 2022-04-28 Audi Aktiengesellschaft Bipolarplatte und Brennstoffzellenstapel
US20220140362A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc Support members for fuel cell fluid flow networks
US20220140359A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc Permeable support layer for fuel cell fluid flow networks
DE102021108876B4 (de) * 2021-04-09 2023-10-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrochemisches System
CN114094134B (zh) * 2021-10-08 2023-07-25 东风汽车集团股份有限公司 一种双极板以及燃料电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040110057A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-10 Sanyo Electric Co., Ltd. Separator for fuel cell and fuel cell therewith
DE10323646A1 (de) * 2003-05-26 2004-12-23 Daimlerchrysler Ag Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung
US20060035133A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Rock Jeffrey A Stamped bridges and plates for reactant delivery for a fuel cell
WO2014001842A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Powercell Sweden Ab Flow field plate for a fuel cell

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988583A (en) 1989-08-30 1991-01-29 Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Novel fuel cell fluid flow field plate
US6207312B1 (en) * 1998-09-18 2001-03-27 Energy Partners, L.C. Self-humidifying fuel cell
DE10015360B4 (de) 2000-03-28 2006-11-23 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Separatoreinheit für Elektrolysezellen und Brennstoffzellen
DE10163631A1 (de) 2001-12-21 2003-07-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle
GB2390738B (en) * 2002-07-09 2005-05-11 Intelligent Energy Ltd Fuel cell direct water injection
JP2004158369A (ja) * 2002-11-08 2004-06-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池
AU2003293466A1 (en) 2003-01-31 2004-08-30 General Motors Corporation Pem fuel cell with flow-field having a branched midsection
US7687175B2 (en) 2004-05-03 2010-03-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Hybrid bipolar plate assembly and devices incorporating same
DE102005057045B4 (de) 2005-11-30 2015-06-03 Daimler Ag Bipolarplatte und deren Verwendung in einer Brennstoffzelleneinheit
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
JP2012523089A (ja) * 2009-04-03 2012-09-27 ユーティーシー パワー コーポレイション 流体供給のための燃料電池および流れ場プレート

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040110057A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-10 Sanyo Electric Co., Ltd. Separator for fuel cell and fuel cell therewith
DE10323646A1 (de) * 2003-05-26 2004-12-23 Daimlerchrysler Ag Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung
US20060035133A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Rock Jeffrey A Stamped bridges and plates for reactant delivery for a fuel cell
WO2014001842A1 (en) * 2012-06-26 2014-01-03 Powercell Sweden Ab Flow field plate for a fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
US10141583B2 (en) 2018-11-27
US20170110739A1 (en) 2017-04-20
DE102014206335A1 (de) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015150536A1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen
DE102004007203B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Metallseparators für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
WO2017186770A1 (de) Bipolarplatte aufweisend reaktantengaskanäle mit variablen querschnittsflächen, brennstoffzellenstapel sowie fahrzeug mit einem solchen brennstoffzellenstapel
DE112006003413T5 (de) Separator für Brennstoffzellen
EP1830426B1 (de) Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
WO2015150533A1 (de) Bipolarplatte sowie brennstoffzelle mit einer solchen
WO2018114819A1 (de) Separatorplatte für ein elektrochemisches system
WO2010054744A1 (de) Bipolarplatte für eine brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur anordnung zwischen zwei benachbarten membran-elektroden-anordnungen in einem brennstoffzellenstapel
EP3740992B1 (de) Bipolarplatte, brennstoffzelle und ein kraftfahrzeug
EP2673825B1 (de) Elektrochemische zelle
DE102005042498B4 (de) Fluidverteilungsanordnung, Brennstoffzelle und Separatorplatte mit einer mit Noppen versehener Kanalstruktur für eine bipolare Platte zur Verbesserung des Wassermanagements insbesondere auf der Kathodenseite einer Brennstoffzelle
EP3329536A1 (de) Bipolarplatte und membran-elektroden-einheit für eine in einem brennstoffzellenstapel angeordnete brennstoffzelle, brennstoffzelle und brennstoffzellenstapel
DE102004006502B4 (de) Separatorkanalaufbau für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
WO2015150524A1 (de) Bipolarplatte, brennstoffzelle und ein kraftfahrzeug
DE102006056468A1 (de) Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102009009177B4 (de) Wiederholeinheit für einen Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenstapel und deren Verwendung
DE10226388A1 (de) Separator für Brennstoffzelle
DE102010035259A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle
DE102015200427A1 (de) Brennstoffzellensystem mit mehreren Brennstoffzellenstapeln
EP1791201A1 (de) Bipolarplatte
WO2016113055A1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzelle mit einer solchen
DE102020133090A1 (de) Elektrodenblech für eine Redox-Flow-Zelle und Redox-Flow-Zelle
DE102021214297B4 (de) Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel
DE102015223930A1 (de) Bipolarplatte sowie Brennstoffzelle
EP4165705B1 (de) Bipolarplatte und brennstoffzellenstapel

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15713894

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15300677

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15713894

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1