WO2018108548A1 - Bipolar plate for a fuel cell, and fuel cell - Google Patents

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WO2018108548A1
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fluid
porous foam
bipolar plate
fuel cell
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Helerson Kemmer
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate for a fuel cell, which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode, wherein at least one of the distribution structures comprises a porous foam.
  • the invention also relates to a fuel cell, the
  • a fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical
  • Reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent converts into electrical energy.
  • a fuel cell is therefore an electrochemical energy converter.
  • known fuel cells in particular hydrogen (H2) and oxygen (02) in water (H20), electrical energy and heat are converted.
  • proton exchange membrane PEM
  • PEM proton exchange membrane
  • Air oxygen is thereby spatially from the fuel, in particular
  • Proton exchange membrane fuel cells further include an anode and a cathode.
  • the fuel is supplied to the anode of the fuel cell and catalytically oxidized to protons with release of electrons.
  • the protons pass through the membrane to the cathode.
  • the emitted electrons are discharged from the fuel cell and flow through an external circuit to the cathode.
  • the oxidant is supplied to the cathode of the fuel cell and it reacts by absorbing the electrons from the external circuit and protons that have passed through the membrane to the cathode to water. The resulting water is discharged from the fuel cell.
  • the gross reaction is:
  • a plurality of fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series. For uniform distribution of the fuel to the anode and for uniform distribution of the oxidant to the cathode are
  • the bipolar plates have, for example, channel-like structures for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes.
  • the channel-like structures also serve to dissipate the water formed during the reaction.
  • the bipolar plates can also structures for
  • bipolar plates having distribution structures for distributing the fuel to the anode and for distributing the oxidant to the cathode, which have porous foams.
  • the foams have such porosities that the supplied reaction gases and the water formed during the reaction can flow through.
  • the bipolar plate has distribution structures which are made of metallic foam and which serve to introduce the reaction gases into the fuel cell stack and to dissipate the water formed during the reaction.
  • the bipolar plate also has a Distribution structure, which is made of metallic foam and which serves to pass a cooling liquid.
  • a bipolar plate for a fuel cell which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode. At least one of the distribution structures has a porous foam.
  • the separating layer is impermeable to the gaseous fuel supplied to the fuel cell, to the gaseous oxidizing agent supplied to the fuel cell, and to the water to be drained from the fuel cell.
  • the foam of the distribution structure is therefore porous in an inner region and thus fluid-permeable and has on the top surface of said fluid-tight separation layer.
  • a foam is, for example, by a powder metallurgical
  • Manufacturing process can be produced.
  • a metal powder and a blowing agent are first mixed together.
  • This is followed by a two-stage compaction and a heat treatment.
  • the result is a foam with a fluid-tight separation layer.
  • This separation layer is about 10 to 100 ⁇ thick.
  • Such a foam is also by a melt metallurgical
  • a porous shaped body is created as a placeholder made of, for example, polyurethane or similar material.
  • the placeholder is formed in such a way that an open-porous space is created in its interior, and some sides are completely free of the placeholder material.
  • a liquid casting compound is, for example, a molten metal. The potting compound penetrates into the open-pore space or into the free side spaces of the shaped body and, after solidification, forms the open-pore foam or the fluid-tight separating layers, which
  • the placeholder material is then removed by rinsing or burning away.
  • the porous foam with the fluid-tight separating layer is preferably provided in the second distribution structure, which is used to distribute the
  • Oxidizing agent to the second electrode and for the derivation of water formed in the reaction can also be provided in the first distribution structure for distributing a fuel to the first electrode.
  • the at least one distribution structure which has the foam, is cuboidal.
  • one of the top surface opposite bottom surface of the distribution structure is formed fluid-permeable. Through the fluid-permeable bottom surface, the fuel or the oxidizing agent can reach the electrode. If, due to the manufacturing process of the foam, all surfaces are fluid-tight
  • two opposing side surfaces of the cuboid distribution structure are each completely of a fluid-tight
  • opposite end faces of the cuboid distribution structure each partially formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight separation layers are formed integrally with the porous foam.
  • End faces also have fluid-permeable areas to the inlet and the Outlet of the fuel, the oxidizing agent and the derived
  • the third distribution structure is also cuboid and has a porous foam.
  • the third distribution structure is arranged in the bipolar plate such that a
  • Covering surface of the first distribution structure faces, and that one of the
  • the third top surface of the third distribution structure which faces the first distribution structure, and the third bottom surface of the third
  • Distribution structure which faces the second distribution structure, each completely formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight separation layers are formed integrally with the porous foam.
  • the fluid-tight separating layers are impermeable in particular for the coolant to be passed through.
  • two opposing third side surfaces of the third distribution structure are each also completely formed by a fluid-tight separation layer, the fluid-tight separation layers being integral with the porous one
  • Each of the third and third distribution faces of the third distribution structure is partially formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight
  • Separating layers are integrally formed with the porous foam.
  • the third end faces also have fluid-permeable areas to the inlet and to the outlet of the coolant.
  • the third cover surface of the third distribution structure is integrally connected to the first cover surface of the first distribution structure.
  • the third bottom surface of the third distribution structure is preferably with the second Cover surface of the second distribution structure cohesively connected.
  • the porous foam of the first distribution structure and the porous foam of the second distribution structure and the porous foam of the third distribution structure are made of a metallic material. This is the
  • Distribution structures electrically conductive.
  • the at least one membrane electrode unit having a first electrode and a second electrode, which are separated from each other by a membrane, and at least one
  • Bipolar plate according to the invention comprises.
  • the fuel cell is constructed in such a way that in each case a bipolar plate adjoins the membrane electrode unit on both sides.
  • the bipolar plate according to the invention has excellent electrical and thermal conductivity. Also, the production of the distribution structures of integrally formed foam with fluid-tight separating layer is relatively simple and inexpensive to carry out. Also is a coating for
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack with a plurality of fuel cells
  • Figure 2 shows two sectional views of a first distribution structure for
  • Figure 3 shows two sectional views of a second distribution structure for
  • Figure 4 shows two sectional views of a third distribution structure for
  • Figure 5 is a sectional view of a bipolar plate of
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack 5 with a plurality of fuel cells 2.
  • Each fuel cell 2 has a membrane electrode unit 10 which comprises a first electrode 21, a second electrode 22 and a membrane 18.
  • the two electrodes 21, 22 are arranged on mutually opposite sides of the membrane 18 and thus separated from each other by the membrane 18.
  • the first electrode 21 will also be referred to below as the anode 21 and the second electrode 22 will also be referred to below as the cathode 22.
  • the membrane 18 is formed as a polymer electrolyte membrane.
  • the membrane 18 is permeable to hydrogen ions, ie H + ions.
  • Each fuel cell 2 also has two bipolar plates 40, which adjoin the membrane electrode unit 10 on both sides. In the arrangement of multiple fuel cells 2 shown in the fuel cell stack 5 shown here, each of the bipolar plates 40 may be arranged as being adjacent to each other
  • Fuel cell 2 are considered properly.
  • the bipolar plates 40 each comprise a first distribution structure 50 for
  • the bipolar plates 40 each also include a second distribution structure 60 for distributing the
  • the second distribution structure 60 simultaneously serves to dissipate water formed in a reaction in the fuel cell 2.
  • the bipolar plates 40 further include a third distribution structure 70 disposed between the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60.
  • the third distribution structure 70 serves to pass a
  • fuel is conducted via the first distribution structure 50 to the anode 21.
  • oxidizing agent is via the second
  • Distributed structure 60 passed to the cathode 22.
  • the fuel present
  • Hydrogen is catalytically oxidized at the anode 21 with the emission of electrons to protons.
  • the protons pass through the membrane 18 to the cathode 22.
  • the emitted electrons flow through the distribution structures 50, 60, 70 to the cathode 22 of the adjacent fuel cell 2, or from the anode 21 of the peripheral fuel cell 2 via an external circuit the cathode 22 located at the other edge
  • Fuel cell 2 The oxidizing agent, in the present case atmospheric oxygen, reacts by taking up the thus conducted electrons and the protons, which through the
  • Membrane 18 have come to the cathode 22, to water.
  • FIG. 2 shows two sectional representations of a first distribution structure 50 for distributing a fuel to the anode 21.
  • the first distribution structure 50 has a cuboid shape and has a first cover surface 52, a opposite first bottom surface 53, two opposing first side surfaces 54 and two opposing first end surfaces 55 on.
  • the first side surfaces 54 and the first end faces 55 extend at right angles to each other and at right angles to the first cover surface 52 and the first bottom surface 53.
  • the first distribution structure 50 comprises a porous foam 80 made of a metallic material.
  • the first cover surface 52 and the first side surfaces 54 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82.
  • the fluid-tight separation layers 82 are integral with the porous
  • Foam 80 is formed.
  • the first bottom surface 53 is free of a fluid-tight separating layer 82 and thus formed fluid-permeable.
  • the first end faces 55 are each partially formed by a fluid-tight separating layer 82 integrally formed with the porous foam 80.
  • One of the first end faces 55 has a fluid-permeable first
  • Inlet region 56 which is free of a fluid-tight separation layer 82.
  • the other of the first end faces 55 has a fluid-permeable first
  • Outlet region 57 which is free of a fluid-tight separation layer 82.
  • the first outlet region 57 is arranged such that an optimum flow of the fuel is possible with respect to the first inlet region 56.
  • first inlet region 56 and the first outlet region 57 are arranged at diagonally opposite corners of the first distribution structure 50.
  • the first inlet region 56 serves to introduce the fuel.
  • the first outlet region 57 serves to discharge unneeded fuel.
  • the fuel flows in a first flow direction 51 through the first
  • FIG. 3 shows two sectional representations of a second distribution structure 60 for distributing an oxidizing agent to the cathode 22.
  • the second distribution structure 60 has a cuboid shape and has a second cover surface 62, one opposite second bottom surface 63, two opposing second side surfaces 64 and two opposing second end surfaces 65 on.
  • the second side surfaces 64 and the second end surfaces 65 extend at right angles to each other and at right angles to the second cover surface 62 and the second bottom surface 63.
  • the second distribution structure 60 comprises a porous foam 80 made of a metallic material.
  • the second cover surface 62 and the second side surfaces 64 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82.
  • the fluid-tight separation layers 82 are formed integrally with the porous foam 80.
  • the second bottom surface 63 is free of a fluid-tight separating layer 82 and thus fluid-permeable.
  • the second end surfaces 65 are each partially formed by a fluid-tight separation layer 82 integrally formed with the porous foam 80.
  • One of the second end faces 65 has a fluid-permeable second
  • Inlet region 66 which is free of a fluid-tight separation layer 82.
  • the other of the second end faces 65 has a fluid-permeable second outlet region 67, which is free of a fluid-tight separating layer 82.
  • the second outlet region 67 is arranged such that an optimal flow of the oxidizing agent is possible relative to the second inlet region 66.
  • the second inlet region 66 and the second outlet region 67 are arranged at diagonally opposite corners of the second distribution structure 60.
  • the second inlet region 66 serves to introduce the oxidizing agent.
  • the second outlet area 67 serves for the discharge of unneeded
  • FIG. 4 shows two sectional representations of a third distribution structure 70 for the passage of a coolant.
  • the third distribution structure 70 is of cuboid shape and has a third cover surface 72, an opposite third bottom surface 73, two opposing third side surfaces 74 and two opposing third end surfaces 75.
  • the third side surfaces 74 and the third end surfaces 75 extend at right angles to each other and at right angles to the third cover surface 72 and the third bottom surface 73.
  • the third distribution structure 70 comprises a porous foam 80 made of a metallic material.
  • Bottom surface 73 and the third side surfaces 74 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82.
  • the fluid-tight separation layers 82 are formed integrally with the porous foam 80.
  • the third end surfaces 75 are each partially formed by a fluid-tight separation layer 82 integrally formed with the porous foam 80.
  • the one of the third end faces 75 has a third fluid-permeable
  • Inlet region 76 which is free of a fluid-tight separation layer 82.
  • the other of the third end faces 75 has a third fluid-permeable one
  • Outlet region 77 which is free of a fluid-tight separation layer 82.
  • the third inlet region 76 serves to introduce the coolant.
  • the third outlet region 77 serves to discharge the coolant.
  • the coolant flows in a third flow direction 71 through the third inlet region 76 into the third distribution structure 70. From there, the coolant flows out of the third distribution structure 70 through the third outlet region 77.
  • FIG. 5 shows a cutaway view of a bipolar plate 40 of FIG
  • the bipolar plate 40 has the first distribution structure 50 shown in Figure 2, the second shown in Figure 3
  • the third cover surface 72 of the third distribution structure 70 faces the first distribution structure 50.
  • the third bottom surface 73 of the third distribution structure 70 faces the second distribution structure 60.
  • the first top surface 52 of the first Distribution structure 50 faces the second distribution structure 60 and the third distribution structure 70.
  • the second cover surface 62 of the second distribution structure 60 faces the first distribution structure 50 and the third distribution structure 70.
  • the third top surface 72 of the third distribution structure 70 is with the first
  • the third bottom surface 73 of the third distribution structure 70 is materially connected to the second top surface 62 of the second distribution structure 60.

Abstract

The invention relates to a bipolar plate (40) for a fuel cell, comprising a first distributing structure (50) for distributing a fuel to a first electrode and a second distributing structure (60) for distributing an oxidizing agent to a second electrode. At least one of the distributing structures (50, 60) has a porous foam (80). A cover surface (52, 62) of the at least one distributing structure (50, 60) which has the porous foam (80) and which faces the other distributing structure (50, 60) is completely made of a fluid-tight separating layer (82) which is integrally made together with the porous foam (80). The invention also relates to a fuel cell that comprises at least one membrane electrode unit with a first electrode and a second electrode, which are separated by a membrane, and at least one bipolar plate (40) according to the invention.

Description

Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle  Bipolar plate for a fuel cell and fuel cell
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, welche eine erste Verteilstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode umfasst, wobei mindestens eine der Verteilstrukturen einen porösen Schaum aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, die The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell, which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode, wherein at least one of the distribution structures comprises a porous foam. The invention also relates to a fuel cell, the
mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst. comprises at least one bipolar plate according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische A fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical
Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) in Wasser (H20), elektrische Energie und Wärme gewandelt. Reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent converts into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells in particular hydrogen (H2) and oxygen (02) in water (H20), electrical energy and heat are converted.
Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Proton-Exchange-Membran = PEM) -Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also für Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Among others, proton exchange membrane (proton exchange membrane = PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane which is permeable to protons, that is to say to hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular
Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Air oxygen, is thereby spatially from the fuel, in particular
Wasserstoff, getrennt. Hydrogen, separated.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen ferner eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran zu der Kathode. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zu der Kathode. Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und es reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen, die durch die Membran zur Kathode gelangt sind, zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: Proton exchange membrane fuel cells further include an anode and a cathode. The fuel is supplied to the anode of the fuel cell and catalytically oxidized to protons with release of electrons. The protons pass through the membrane to the cathode. The emitted electrons are discharged from the fuel cell and flow through an external circuit to the cathode. The oxidant is supplied to the cathode of the fuel cell and it reacts by absorbing the electrons from the external circuit and protons that have passed through the membrane to the cathode to water. The resulting water is discharged from the fuel cell. The gross reaction is:
02 + 4H+ + 4e" -> 2H20 Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine0 2 + 4H + + 4e " -> 2H 2 0 There is one between the anode and the cathode of the fuel cell
Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode sind Voltage on. To increase the voltage, a plurality of fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series. For uniform distribution of the fuel to the anode and for uniform distribution of the oxidant to the cathode are
Gasverteilerplatten vorgesehen, welche auch als Bipolarplatten bezeichnet werden. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Provided gas distribution plates, which are also referred to as bipolar plates. The bipolar plates have, for example, channel-like structures for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes. The channel-like structures also serve to dissipate the water formed during the reaction. The bipolar plates can also structures for
Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen. Es sind auch Bipolarplatten mit Verteilstrukturen zur Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode bekannt, welche poröse Schäume aufweisen. Die Schäume weisen dabei derartige Porositäten auf, dass die zugeführten Reaktionsgase sowie das bei der Reaktion entstandene Wasser hindurchströmen können. Passage of a cooling liquid through the fuel cell to dissipate heat. Also known are bipolar plates having distribution structures for distributing the fuel to the anode and for distributing the oxidant to the cathode, which have porous foams. The foams have such porosities that the supplied reaction gases and the water formed during the reaction can flow through.
Auch aus der DE 10 2013 223 776 AI ist eine Bipolarplatte für einen Also from DE 10 2013 223776 AI is a bipolar plate for a
Brennstoffzellenstapel bekannt. Die Bipolarplatte weist Verteilstrukturen auf, welche aus metallischem Schaum hergestellt sind und welche zur Einleitung der Reaktionsgase in den Brennstoffzellenstapel sowie zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers dienen. Die Bipolarplatte weist ferner eine Verteilstruktur auf, welche aus metallischem Schaum hergestellt ist und welche Durchleitung einer Kühlflüssigkeit dient. Fuel cell stack known. The bipolar plate has distribution structures which are made of metallic foam and which serve to introduce the reaction gases into the fuel cell stack and to dissipate the water formed during the reaction. The bipolar plate also has a Distribution structure, which is made of metallic foam and which serves to pass a cooling liquid.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, welche eine erste Verteilstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode umfasst. Dabei weist mindestens eine der Verteilstrukturen einen porösen Schaum auf. A bipolar plate for a fuel cell is proposed which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode. At least one of the distribution structures has a porous foam.
Erfindungsgemäß ist eine Deckfläche der mindestens einen den porösen Schaum aufweisenden Verteilstruktur, welche der anderen Verteilstruktur zugewandt ist, vollständig von einer fluiddichten Trennschicht gebildet, welche einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet ist. Unter fluiddicht ist in diesemAccording to the invention, a cover surface of the at least one porous foam having distribution structure, which faces the other distribution structure, completely formed by a fluid-tight separation layer, which is formed integrally with the porous foam. Under fluid-tight is in this
Zusammenhang zu verstehen, dass die Trennschicht für den der Brennstoffzelle zugeführten gasförmigen Brennstoff, für das der Brennstoffzelle zugeführte gasförmige Oxidationsmittel sowie für das aus der Brennstoffzelle abzuleitende Wasser undurchlässig ist. It should be understood that the separating layer is impermeable to the gaseous fuel supplied to the fuel cell, to the gaseous oxidizing agent supplied to the fuel cell, and to the water to be drained from the fuel cell.
Der Schaum der Verteilstruktur ist also in einem inneren Bereich porös und somit fluiddurchlässig ausgebildet und weist an der Deckfläche die besagte fluiddichte Trennschicht auf. Ein solcher Schaum ist beispielsweise durch einen pulvermetallurgischenThe foam of the distribution structure is therefore porous in an inner region and thus fluid-permeable and has on the top surface of said fluid-tight separation layer. Such a foam is, for example, by a powder metallurgical
Herstellprozess herstellbar. Dabei werden ein Metallpulver und ein Treibmittel zunächst miteinander gemischt. Anschließend folgen ein zweistufiges Verdichten und eine Wärmebehandlung. Es entsteht ein Schaum mit einer fluiddichten Trennschicht. Diese Trennschicht ist etwa 10 bis 100 μηη dick. Manufacturing process can be produced. In this case, a metal powder and a blowing agent are first mixed together. This is followed by a two-stage compaction and a heat treatment. The result is a foam with a fluid-tight separation layer. This separation layer is about 10 to 100 μηη thick.
Ein solcher Schaum ist auch durch einen schmelzmetallurgischen Such a foam is also by a melt metallurgical
Herstellprozess herstellbar. Dabei wird zunächst ein poröser Formkörper als Platzhalter aus beispielsweise Polyurethan oder ähnlichem Material erstellt. Der Platzhalter wird derart gebildet, dass ein offenporöser Raum in seinem Inneren entsteht, und einige Seiten ganz frei vom Platzhaltermaterial sind. Der Formkörper mit dann mit einer flüssigen Vergussmasse umgössen. Bei der flüssigen Vergussmasse handelt es sich beispielsweise um eine Metallschmelze. Die Vergussmasse dringt dabei in den offenporösen Raum beziehungsweise in die freien Seitenräume des Formkörpers ein und bildet nach Erstarren den offenporösen Schaum beziehungsweise die fluiddichten Trennschichten, welcheManufacturing process can be produced. In this case, first a porous shaped body is created as a placeholder made of, for example, polyurethane or similar material. The placeholder is formed in such a way that an open-porous space is created in its interior, and some sides are completely free of the placeholder material. Of the Molded body then surrounded with a liquid casting compound. The liquid potting compound is, for example, a molten metal. The potting compound penetrates into the open-pore space or into the free side spaces of the shaped body and, after solidification, forms the open-pore foam or the fluid-tight separating layers, which
10 bis 100 μηη dick sind. Das Platzhaltermaterial wird danach durch Spülen oder Wegbrennen entfernt. 10 to 100 μηη are thick. The placeholder material is then removed by rinsing or burning away.
Vorzugsweise ist der poröse Schaum mit der fluiddichten Trennschicht dabei in der zweiten Verteilstruktur vorgesehen, welche zur Verteilung des In this case, the porous foam with the fluid-tight separating layer is preferably provided in the second distribution structure, which is used to distribute the
Oxidationsmittels an die zweite Elektrode sowie zur Ableitung von bei der Reaktion entstandenem Wasser dient. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der ersten Verteilstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs an die erste Elektrode ein poröser Schaum mit fluiddichter Trennschicht vorgesehen sein. Oxidizing agent to the second electrode and for the derivation of water formed in the reaction. Alternatively or additionally, a porous foam with a fluid-tight separating layer can also be provided in the first distribution structure for distributing a fuel to the first electrode.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Verteilstruktur, welche den Schaum aufweist, quaderförmig ausgebildet. Dabei ist eine der Deckfläche gegenüberliegende Bodenfläche der Verteilstruktur fluiddurchlässig ausgebildet. Durch die fluiddurchlässige Bodenfläche kann der Brennstoff oder das Oxidationsmittel zu der Elektrode gelangen. Falls durch den Herstellungsprozess des Schaums alle Flächen durch eine fluiddichte According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one distribution structure, which has the foam, is cuboidal. In this case, one of the top surface opposite bottom surface of the distribution structure is formed fluid-permeable. Through the fluid-permeable bottom surface, the fuel or the oxidizing agent can reach the electrode. If, due to the manufacturing process of the foam, all surfaces are fluid-tight
Trennschicht verschlossen sind, wird diese Trennschicht nachfolgend an der Bodenfläche entfernt. Vorzugsweise sind auch zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen der quaderförmigen Verteilstruktur jeweils vollständig von einer fluiddichten Separation layer are closed, this release layer is subsequently removed at the bottom surface. Preferably, two opposing side surfaces of the cuboid distribution structure are each completely of a fluid-tight
Trennschicht gebildet, wobei die fluiddichten Trennschichten einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei sich Separating layer formed, wherein the fluid-tight separating layers are formed integrally with the porous foam. According to an advantageous embodiment of the invention are two themselves
gegenüberliegende Stirnflächen der quaderförmigen Verteilstruktur jeweils teilweise von einer fluiddichten Trennschicht gebildet, wobei die fluiddichten Trennschichten einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Die opposite end faces of the cuboid distribution structure each partially formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight separation layers are formed integrally with the porous foam. The
Stirnflächen weisen aber auch fluiddurchlässige Bereiche zum Einlass sowie zum Auslass des Brennstoffs, des Oxidationsmittels sowie des abzuleitenden End faces also have fluid-permeable areas to the inlet and the Outlet of the fuel, the oxidizing agent and the derived
Wassers auf. Water up.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Verteilstruktur und der zweiten Verteilstruktur eine dritte Verteilstruktur zurAccording to an advantageous embodiment of the invention is between the first distribution structure and the second distribution structure, a third distribution structure for
Durchleitung eines Kühlmittels vorgesehen. Die dritte Verteilstruktur ist dabei ebenfalls quaderförmig ausgebildet und weist einen porösen Schaum auf. Die dritte Verteilstruktur ist derart in der Bipolarplatte angeordnet, dass eine Passage of a coolant provided. The third distribution structure is also cuboid and has a porous foam. The third distribution structure is arranged in the bipolar plate such that a
Deckfläche der ersten Verteilstruktur zugewandt ist, und dass eine der Covering surface of the first distribution structure faces, and that one of the
Deckfläche gegenüberliegende Bodenfläche der zweiten Verteilstruktur zugewandt ist. Deck surface facing the bottom surface of the second distribution structure.
Vorteilhaft sind die dritte Deckfläche der dritten Verteilstruktur, welche der ersten Verteilstruktur zugewandt ist, und die dritte Bodenfläche der dritten Advantageously, the third top surface of the third distribution structure, which faces the first distribution structure, and the third bottom surface of the third
Verteilstruktur, welche der zweiten Verteilstruktur zugewandt ist, jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht gebildet, wobei die fluiddichten Trennschichten einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Die fluiddichten Trennschichten sind insbesondere für das durchzuleitende Kühlmittel undurchlässig. Distribution structure, which faces the second distribution structure, each completely formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight separation layers are formed integrally with the porous foam. The fluid-tight separating layers are impermeable in particular for the coolant to be passed through.
Vorzugsweise sind zwei sich gegenüberliegende dritte Seitenflächen der dritten Verteilstruktur auch jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht gebildet, wobei die fluiddichten Trennschichten einteilig mit dem porösen Preferably, two opposing third side surfaces of the third distribution structure are each also completely formed by a fluid-tight separation layer, the fluid-tight separation layers being integral with the porous one
Schaum ausgebildet sind. Foam are formed.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei sich According to an advantageous embodiment of the invention are two themselves
gegenüberliegende dritte Stirnflächen der dritten Verteilstruktur jeweils teilweise von einer fluiddichten Trennschicht gebildet, wobei die fluiddichten Each of the third and third distribution faces of the third distribution structure is partially formed by a fluid-tight separation layer, wherein the fluid-tight
Trennschichten einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Die dritten Stirnflächen weisen aber auch fluiddurchlässige Bereiche zum Einlass sowie zum Auslass des Kühlmittels auf. Separating layers are integrally formed with the porous foam. However, the third end faces also have fluid-permeable areas to the inlet and to the outlet of the coolant.
Bevorzugt ist die dritte Deckfläche der dritten Verteilstruktur mit der ersten Deckfläche der ersten Verteilstruktur stoffschlüssig verbunden. Ebenso ist bevorzugt die dritte Bodenfläche der dritten Verteilstruktur mit der zweiten Deckfläche der zweiten Verteilstruktur stoffschlüssig verbunden. Zur Preferably, the third cover surface of the third distribution structure is integrally connected to the first cover surface of the first distribution structure. Likewise, the third bottom surface of the third distribution structure is preferably with the second Cover surface of the second distribution structure cohesively connected. to
stoffschlüssigen Verbindung der Verteilstrukturen kommen unter anderem Verfahren wie Schweißen oder Löten zur Anwendung. cohesive connection of the distribution structures are used, inter alia, methods such as welding or soldering.
Vorzugsweise sind der poröse Schaum der ersten Verteilstruktur sowie der poröse Schaum der zweiten Verteilstruktur sowie der poröse Schaum der dritten Verteilstruktur aus einem metallischen Stoff gefertigt. Damit sind die Preferably, the porous foam of the first distribution structure and the porous foam of the second distribution structure and the porous foam of the third distribution structure are made of a metallic material. This is the
Verteilstrukturen elektrisch leitfähig. Distribution structures electrically conductive.
Es wird auch eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, die mindestens eine Membran- Elektrodeneinheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine It is also proposed a fuel cell, the at least one membrane electrode unit having a first electrode and a second electrode, which are separated from each other by a membrane, and at least one
erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst. Insbesondere ist die Brennstoffzelle derart aufgebaut, dass sich beidseitig an die Membran-Elektrodeneinheit jeweils eine Bipolarplatte anschließt. Bipolar plate according to the invention comprises. In particular, the fuel cell is constructed in such a way that in each case a bipolar plate adjoins the membrane electrode unit on both sides.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Bipolarplatte weist eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Auch ist die Fertigung der Verteilstrukturen aus einteilig ausgebildetem Schaum mit fluiddichter Trennschicht verhältnismäßig einfach und kostengünstig durchführbar. Auch ist eine Beschichtung zur The bipolar plate according to the invention has excellent electrical and thermal conductivity. Also, the production of the distribution structures of integrally formed foam with fluid-tight separating layer is relatively simple and inexpensive to carry out. Also is a coating for
Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Verteilstrukturen deutlich vereinfacht. Weiterhin ist die Anzahl der erforderlichen Dichtungen deutlich verringert. So ist zwischen den Verteilstrukturen, insbesondere an deren Deckflächen, keine separate Dichtung erforderlich. Auch den nach außen weisenden Seitenflächen ist keine separate Dichtung erforderlich. Lediglich an den Stirnflächen an fluiddurchlässigen Einlassbereichen und Auslassbereichen sind Dichtungen erforderlich. Increasing the corrosion resistance of the distribution structures significantly simplified. Furthermore, the number of required seals is significantly reduced. Thus, no separate seal is required between the distribution structures, in particular on their top surfaces. Also, the outwardly facing side surfaces no separate seal is required. Seals are required only at the end faces on fluid-permeable inlet regions and outlet regions.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren Brennstoffzellen, 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack with a plurality of fuel cells,
Figur 2 zwei geschnittene Darstellungen einer ersten Verteilstruktur zur Figure 2 shows two sectional views of a first distribution structure for
Verteilung eines Brennstoffs,  Distribution of a fuel,
Figur 3 zwei geschnittene Darstellungen einer zweiten Verteilstruktur zur Figure 3 shows two sectional views of a second distribution structure for
Verteilung eines Oxidationsmittels,  Distribution of an oxidizing agent,
Figur 4 zwei geschnittene Darstellungen einer dritten Verteilstruktur zur Figure 4 shows two sectional views of a third distribution structure for
Durchleitung eines Kühlmittels und  Passage of a coolant and
Figur 5 eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte des Figure 5 is a sectional view of a bipolar plate of
Brennstoffzellenstapels aus Figur 1.  Fuel cell stack of Figure 1.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 5 mit mehreren Brennstoffzellen 2. Jede Brennstoffzelle 2 weist eine Membran- Elektrodeneinheit 10 auf, die eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22 und eine Membran 18 umfasst. Die beiden Elektroden 21, 22 sind auf einander gegenüber liegenden Seiten der Membran 18 angeordnet und somit voneinander durch die Membran 18 getrennt. Die erste Elektrode 21 wird im Folgenden auch als Anode 21 bezeichnet und die zweite Elektrode 22 wird im Folgenden auch als Kathode 22 bezeichnet. Die Membran 18 ist als Polymerelektrolytmembran ausgebildet. Die Membran 18 ist für Wasserstoffionen, also H+-lonen, durchlässig. Jede Brennstoffzelle 2 weist ferner zwei Bipolarplatten 40 auf, die sich beidseitig an die Membran- Elektrodeneinheit 10 anschließen. Bei der hier gezeigten Anordnung mehrerer Brennstoffzellen 2 in dem Brennstoffzellenstapel 5 kann jede der Bipolarplatten 40 als zu zwei zueinander benachbart angeordnetenFIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack 5 with a plurality of fuel cells 2. Each fuel cell 2 has a membrane electrode unit 10 which comprises a first electrode 21, a second electrode 22 and a membrane 18. The two electrodes 21, 22 are arranged on mutually opposite sides of the membrane 18 and thus separated from each other by the membrane 18. The first electrode 21 will also be referred to below as the anode 21 and the second electrode 22 will also be referred to below as the cathode 22. The membrane 18 is formed as a polymer electrolyte membrane. The membrane 18 is permeable to hydrogen ions, ie H + ions. Each fuel cell 2 also has two bipolar plates 40, which adjoin the membrane electrode unit 10 on both sides. In the arrangement of multiple fuel cells 2 shown in the fuel cell stack 5 shown here, each of the bipolar plates 40 may be arranged as being adjacent to each other
Brennstoffzellen 2 gehörig betrachtet werden. Fuel cell 2 are considered properly.
Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils eine erste Verteilstruktur 50 zur The bipolar plates 40 each comprise a first distribution structure 50 for
Verteilung eines Brennstoffs, die der Anode 21 zugewandt ist. Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils auch eine zweite Verteilstruktur 60 zur Verteilung desDistribution of a fuel, which faces the anode 21. The bipolar plates 40 each also include a second distribution structure 60 for distributing the
Oxidationsmittels, die der Kathode 22 zugewandt ist. Die zweite Verteilstruktur 60 dient gleichzeitig zur Ableitung von bei einer Reaktion in der Brennstoffzelle 2 entstandenem Wasser. Oxidizing agent, which faces the cathode 22. The second distribution structure 60 simultaneously serves to dissipate water formed in a reaction in the fuel cell 2.
Die Bipolarplatten 40 umfassen ferner eine dritte Verteilstruktur 70, welche zwischen der ersten Verteilstruktur 50 und der zweiten Verteilstruktur 60 angeordnet ist. Die dritte Verteilstruktur 70 dient zur Durchleitung eines The bipolar plates 40 further include a third distribution structure 70 disposed between the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60. The third distribution structure 70 serves to pass a
Kühlmittels durch die Bipolarplatte 40 zur Kühlung der Brennstoffzelle 2. Coolant through the bipolar plate 40 for cooling the fuel cell. 2
Im Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird Brennstoff über die erste Verteilstruktur 50 zu der Anode 21 geleitet. Ebenso wird Oxidationsmittel über die zweite During operation of the fuel cell 2, fuel is conducted via the first distribution structure 50 to the anode 21. Likewise, oxidizing agent is via the second
Verteilstruktur 60 zu der Kathode 22 geleitet. Der Brennstoff, vorliegend Distributed structure 60 passed to the cathode 22. The fuel, present
Wasserstoff, wird an der Anode 21 katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran 18 zu der Kathode 22. Die abgegebenen Elektronen fließen durch die Verteilstrukturen 50, 60, 70 zu der Kathode 22 der benachbarten Brennstoffzelle 2, beziehungsweise aus der Anode 21 der an einem Rand befindlichen Brennstoffzelle 2 über einen externen Stromkreis zu der Kathode 22 der an dem anderen Rand befindlichen Hydrogen is catalytically oxidized at the anode 21 with the emission of electrons to protons. The protons pass through the membrane 18 to the cathode 22. The emitted electrons flow through the distribution structures 50, 60, 70 to the cathode 22 of the adjacent fuel cell 2, or from the anode 21 of the peripheral fuel cell 2 via an external circuit the cathode 22 located at the other edge
Brennstoffzelle 2. Das Oxidationsmittel, vorliegend Luftsauerstoff, reagiert durch Aufnahme der so geleiteten Elektronen und der Protonen, die durch die Fuel cell 2. The oxidizing agent, in the present case atmospheric oxygen, reacts by taking up the thus conducted electrons and the protons, which through the
Membran 18 zu der Kathode 22 gelangt sind, zu Wasser. Membrane 18 have come to the cathode 22, to water.
Figur 2 zeigt zwei geschnittene Darstellungen einer ersten Verteilstruktur 50 zur Verteilung eines Brennstoffs an die Anode 21. Die erste Verteilstruktur 50 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine erste Deckfläche 52, eine gegenüberliegende erste Bodenfläche 53, zwei sich gegenüberliegende erste Seitenflächen 54 und zwei sich gegenüberliegende erste Stirnflächen 55 auf. Die ersten Seitenflächen 54 und die ersten Stirnflächen 55 verlaufen dabei rechtwinklig zueinander und rechtwinklig zu der ersten Deckfläche 52 und der ersten Bodenfläche 53. FIG. 2 shows two sectional representations of a first distribution structure 50 for distributing a fuel to the anode 21. The first distribution structure 50 has a cuboid shape and has a first cover surface 52, a opposite first bottom surface 53, two opposing first side surfaces 54 and two opposing first end surfaces 55 on. The first side surfaces 54 and the first end faces 55 extend at right angles to each other and at right angles to the first cover surface 52 and the first bottom surface 53.
Die erste Verteilstruktur 50 weist einen porösen Schaum 80 auf, welcher aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. Die erste Deckfläche 52 und die ersten Seitenflächen 54 sind jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die fluiddichten Trennschichten 82 sind einteilig mit dem porösenThe first distribution structure 50 comprises a porous foam 80 made of a metallic material. The first cover surface 52 and the first side surfaces 54 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82. The fluid-tight separation layers 82 are integral with the porous
Schaum 80 ausgebildet. Die erste Bodenfläche 53 ist frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 und somit fluiddurchlässig ausgebildet. Foam 80 is formed. The first bottom surface 53 is free of a fluid-tight separating layer 82 and thus formed fluid-permeable.
Die ersten Stirnflächen 55 sind jeweils teilweise von einer einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildeten fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die eine der ersten Stirnflächen 55 weist einen fluiddurchlässigen ersten The first end faces 55 are each partially formed by a fluid-tight separating layer 82 integrally formed with the porous foam 80. One of the first end faces 55 has a fluid-permeable first
Einlassbereich 56 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Die andere der ersten Stirnflächen 55 weist einen fluiddurchlässigen ersten Inlet region 56, which is free of a fluid-tight separation layer 82. The other of the first end faces 55 has a fluid-permeable first
Auslassbereich 57 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Der erste Auslassbereich 57 ist derart angeordnet, dass bezogen auf den ersten Einlassbereich 56 eine optimale Strömung des Brennstoffs möglich ist. Outlet region 57, which is free of a fluid-tight separation layer 82. The first outlet region 57 is arranged such that an optimum flow of the fuel is possible with respect to the first inlet region 56.
Beispielsweise sind der erste Einlassbereich 56 und der erste Auslassbereich 57 an diagonal gegenüberliegenden Ecken der ersten Verteilstruktur 50 angeordnet. For example, the first inlet region 56 and the first outlet region 57 are arranged at diagonally opposite corners of the first distribution structure 50.
Der erste Einlassbereich 56 dient zur Einleitung des Brennstoffs. Der erste Auslassbereich 57 dient zur Ausleitung von nicht benötigtem Brennstoff. Der Brennstoff strömt in einer ersten Strömungsrichtung 51 durch den ersten The first inlet region 56 serves to introduce the fuel. The first outlet region 57 serves to discharge unneeded fuel. The fuel flows in a first flow direction 51 through the first
Einlassbereich 56 in die erste Verteilstruktur 50 hinein. Von dort strömt ein Teil des Brennstoffs durch die erste Bodenfläche 53 zu der hier nicht dargestellten Anode 21. Ein weiterer Teil des Brennstoffs strömt durch den ersten Inlet area 56 into the first distribution structure 50 inside. From there, a portion of the fuel flows through the first bottom surface 53 to the anode 21, not shown here. Another portion of the fuel flows through the first
Auslassbereich 57 aus der ersten Verteilstruktur 50 hinaus. Outlet area 57 out of the first distribution structure 50 addition.
Figur 3 zeigt zwei geschnittene Darstellungen einer zweiten Verteilstruktur 60 zur Verteilung eines Oxidationsmittels an die Kathode 22. Die zweite Verteilstruktur 60 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine zweite Deckfläche 62, eine gegenüberliegende zweite Bodenfläche 63, zwei sich gegenüberliegende zweite Seitenflächen 64 und zwei sich gegenüberliegende zweite Stirnflächen 65 auf. Die zweiten Seitenflächen 64 und die zweiten Stirnflächen 65 verlaufen dabei rechtwinklig zueinander und rechtwinklig zu der zweiten Deckfläche 62 und der zweiten Bodenfläche 63. FIG. 3 shows two sectional representations of a second distribution structure 60 for distributing an oxidizing agent to the cathode 22. The second distribution structure 60 has a cuboid shape and has a second cover surface 62, one opposite second bottom surface 63, two opposing second side surfaces 64 and two opposing second end surfaces 65 on. The second side surfaces 64 and the second end surfaces 65 extend at right angles to each other and at right angles to the second cover surface 62 and the second bottom surface 63.
Die zweite Verteilstruktur 60 weist einen porösen Schaum 80 auf, welcher aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. Die zweite Deckfläche 62 und die zweiten Seitenflächen 64 sind jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die fluiddichten Trennschichten 82 sind einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildet. Die zweite Bodenfläche 63 ist frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 und somit fluiddurchlässig ausgebildet. The second distribution structure 60 comprises a porous foam 80 made of a metallic material. The second cover surface 62 and the second side surfaces 64 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82. The fluid-tight separation layers 82 are formed integrally with the porous foam 80. The second bottom surface 63 is free of a fluid-tight separating layer 82 and thus fluid-permeable.
Die zweiten Stirnflächen 65 sind jeweils teilweise von einer einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildeten fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die eine der zweiten Stirnflächen 65 weist einen fluiddurchlässigen zweiten The second end surfaces 65 are each partially formed by a fluid-tight separation layer 82 integrally formed with the porous foam 80. One of the second end faces 65 has a fluid-permeable second
Einlassbereich 66 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Die andere der zweiten Stirnflächen 65 weist einen fluiddurchlässigen zweiten Auslassbereich 67 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Der zweite Auslassbereich 67 ist derart angeordnet, dass bezogen auf den zweiten Einlassbereich 66 eine optimale Strömung des Oxidationsmittels möglich ist. Beispielsweise sind der zweite Einlassbereich 66 und der zweite Auslassbereich 67 an diagonal gegenüberliegenden Ecken der zweiten Verteilstruktur 60 angeordnet. Inlet region 66, which is free of a fluid-tight separation layer 82. The other of the second end faces 65 has a fluid-permeable second outlet region 67, which is free of a fluid-tight separating layer 82. The second outlet region 67 is arranged such that an optimal flow of the oxidizing agent is possible relative to the second inlet region 66. For example, the second inlet region 66 and the second outlet region 67 are arranged at diagonally opposite corners of the second distribution structure 60.
Der zweite Einlassbereich 66 dient zur Einleitung des Oxidationsmittels. Der zweite Auslassbereich 67 dient zur Ausleitung von nicht benötigtem The second inlet region 66 serves to introduce the oxidizing agent. The second outlet area 67 serves for the discharge of unneeded
Oxidationsmittel sowie zur Ausleitung von bei der Reaktion entstandenem Wasser. Das Oxidationsmittel strömt in einer zweiten Strömungsrichtung 61 durch den zweiten Einlassbereich 66 in die zweite Verteilstruktur 60 hinein. Von dort strömt ein Teil des Oxidationsmittels durch die zweite Bodenfläche 63 zu der hier nicht dargestellten Kathode 22. Ein weiterer Teil des Oxidationsmittels strömt zusammen mit bei der Reaktion entstandenem Wasser durch den zweiten Auslassbereich 67 aus der zweiten Verteilstruktur 60 hinaus. Figur 4 zeigt zwei geschnittene Darstellungen einer dritten Verteilstruktur 70 zur Durchleitung eines Kühlmittels. Die dritte Verteilstruktur 70 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine dritte Deckfläche 72, eine gegenüberliegende dritte Bodenfläche 73, zwei sich gegenüberliegende dritte Seitenflächen 74 und zwei sich gegenüberliegende dritte Stirnflächen 75 auf. Die dritten Seitenflächen 74 und die dritten Stirnflächen 75 verlaufen dabei rechtwinklig zueinander und rechtwinklig zu der dritten Deckfläche 72 und der dritten Bodenfläche 73. Oxidizing agent and for the discharge of water formed in the reaction. The oxidizing agent flows in a second flow direction 61 through the second inlet region 66 into the second distribution structure 60. From there, a portion of the oxidant flows through second bottom surface 63 to cathode 22, not shown. Another portion of the oxidant, along with water produced during the reaction, flows out of second diffuser structure 60 through second outlet region 67. FIG. 4 shows two sectional representations of a third distribution structure 70 for the passage of a coolant. The third distribution structure 70 is of cuboid shape and has a third cover surface 72, an opposite third bottom surface 73, two opposing third side surfaces 74 and two opposing third end surfaces 75. The third side surfaces 74 and the third end surfaces 75 extend at right angles to each other and at right angles to the third cover surface 72 and the third bottom surface 73.
Die dritte Verteilstruktur 70 weist einen porösen Schaum 80 auf, welcher aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. Die dritte Deckfläche 72, die dritte The third distribution structure 70 comprises a porous foam 80 made of a metallic material. The third top surface 72, the third
Bodenfläche 73 und die dritten Seitenflächen 74 sind jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die fluiddichten Trennschichten 82 sind einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildet. Bottom surface 73 and the third side surfaces 74 are each completely formed by a fluid-tight separation layer 82. The fluid-tight separation layers 82 are formed integrally with the porous foam 80.
Die dritten Stirnflächen 75 sind jeweils teilweise von einer einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildeten fluiddichten Trennschicht 82 gebildet. Die eine der dritten Stirnflächen 75 weist einen fluiddurchlässigen dritten The third end surfaces 75 are each partially formed by a fluid-tight separation layer 82 integrally formed with the porous foam 80. The one of the third end faces 75 has a third fluid-permeable
Einlassbereich 76 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Die andere der dritten Stirnflächen 75 weist einen fluiddurchlässigen dritten Inlet region 76, which is free of a fluid-tight separation layer 82. The other of the third end faces 75 has a third fluid-permeable one
Auslassbereich 77 auf, der frei von einer fluiddichten Trennschicht 82 ist. Outlet region 77, which is free of a fluid-tight separation layer 82.
Der dritte Einlassbereich 76 dient zur Einleitung des Kühlmittels. Der dritte Auslassbereich 77 dient zur Ausleitung des Kühlmittels. Das Kühlmittel strömt in einer dritten Strömungsrichtung 71 durch den dritten Einlassbereich 76 in die dritte Verteilstruktur 70 hinein. Von dort strömt das Kühlmittel durch den dritten Auslassbereich 77 aus der dritten Verteilstruktur 70 hinaus. The third inlet region 76 serves to introduce the coolant. The third outlet region 77 serves to discharge the coolant. The coolant flows in a third flow direction 71 through the third inlet region 76 into the third distribution structure 70. From there, the coolant flows out of the third distribution structure 70 through the third outlet region 77.
Figur 5 zeigt eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte 40 des FIG. 5 shows a cutaway view of a bipolar plate 40 of FIG
Brennstoffzellenstapels 5 aus Figur 1. Die Bipolarplatte 40 weist die in Figur 2 dargestellte erste Verteilstruktur 50, die in Figur 3 dargestellte zweite Fuel cell stack 5 of Figure 1. The bipolar plate 40 has the first distribution structure 50 shown in Figure 2, the second shown in Figure 3
Verteilstruktur 60 und die in Figur 4 dargestellte dritte Verteilstruktur 70 auf. Distribution structure 60 and the third distribution structure 70 shown in Figure 4.
Die dritte Deckfläche 72 der dritten Verteilstruktur 70 ist der ersten Verteilstruktur 50 zugewandt. Die dritte Bodenfläche 73 der dritten Verteilstruktur 70 ist der zweiten Verteilstruktur 60 zugewandt. Die erste Deckfläche 52 der ersten Verteilstruktur 50 ist der zweiten Verteilstruktur 60 und der dritten Verteilstruktur 70 zugewandt. Die zweiten Deckfläche 62 der zweiten Verteilstruktur 60 ist der ersten Verteilstruktur 50 und der dritten Verteilstruktur 70 zugewandt. Die dritte Deckfläche 72 der dritten Verteilstruktur 70 ist mit der ersten The third cover surface 72 of the third distribution structure 70 faces the first distribution structure 50. The third bottom surface 73 of the third distribution structure 70 faces the second distribution structure 60. The first top surface 52 of the first Distribution structure 50 faces the second distribution structure 60 and the third distribution structure 70. The second cover surface 62 of the second distribution structure 60 faces the first distribution structure 50 and the third distribution structure 70. The third top surface 72 of the third distribution structure 70 is with the first
Deckfläche 52 der ersten Verteilstruktur 50 stoffschlüssig verbunden. Die dritte Bodenfläche 73 der dritten Verteilstruktur 70 ist mit der zweiten Deckfläche 62 der zweiten Verteilstruktur 60 stoffschlüssig verbunden. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.  Cover surface 52 of the first distribution structure 50 integrally connected. The third bottom surface 73 of the third distribution structure 70 is materially connected to the second top surface 62 of the second distribution structure 60. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Ansprüche claims
1. Bipolarplatte (40) für eine Brennstoffzelle (2), umfassend A bipolar plate (40) for a fuel cell (2) comprising
eine erste Verteilstruktur (50) zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode (21) und  a first distribution structure (50) for distributing a fuel to a first electrode (21) and
eine zweite Verteilstruktur (60) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode (22), wobei  a second distribution structure (60) for distributing an oxidizing agent to a second electrode (22), wherein
mindestens eine der Verteilstrukturen (50, 60)  at least one of the distribution structures (50, 60)
einen porösen Schaum (80) aufweist,  a porous foam (80),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine Deckfläche (52, 62) der mindestens einen den porösen Schaum (80) aufweisenden Verteilstruktur (50, 60),  a cover surface (52, 62) of the at least one distribution structure (50, 60) having the porous foam (80),
welche der anderen Verteilstruktur (50, 60) zugewandt ist,  which faces the other distribution structure (50, 60),
vollständig von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet ist, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet ist.  is formed entirely by a fluid-tight separating layer (82), which is formed integrally with the porous foam (80).
2. Bipolarplatte (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2. bipolar plate (40) according to claim 1, characterized in that
die mindestens eine Verteilstruktur (50, 60) quaderförmig ausgebildet ist, und dass  the at least one distribution structure (50, 60) is cuboid, and in that
eine der Deckfläche (52, 62) gegenüberliegende Bodenfläche (53, 63) der Verteilstruktur (50, 60) fluiddurchlässig ausgebildet ist.  one of the top surface (52, 62) opposite bottom surface (53, 63) of the distribution structure (50, 60) is designed to be fluid-permeable.
3. Bipolarplatte (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. bipolar plate (40) according to claim 2, characterized in that
zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen (54, 64) der Verteilstruktur (50, 60)  two opposite side surfaces (54, 64) of the distribution structure (50, 60)
jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet sind, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind. Bipolarplatte (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass are each completely formed by a fluid-tight separating layer (82), which are formed integrally with the porous foam (80). Bipolar plate (40) according to one of claims 2 to 3, characterized in that
zwei sich gegenüberliegende Stirnflächen (55, 65) der Verteilstruktur (50, 60) two opposite end faces (55, 65) of the distribution structure (50, 60)
jeweils teilweise von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet sind, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind, und dass are each partially formed by a fluid-tight separating layer (82), which are formed integrally with the porous foam (80), and that
die Stirnflächen (55, 65) fluiddurchlässige Bereiche (56, 57, 66, 67) aufweisen. the end faces (55, 65) have fluid-permeable regions (56, 57, 66, 67).
Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bipolar plate (40) according to one of the preceding claims, characterized in that
zwischen der ersten Verteilstruktur (50) und der zweiten Verteilstruktur (60) eine dritte Verteilstruktur (70) zur Durchleitung eines Kühlmittels vorgesehen ist, a third distribution structure (70) is provided between the first distribution structure (50) and the second distribution structure (60) for the passage of a coolant,
welche quaderförmig ausgebildet ist, und which is cuboid, and
welche einen porösen Schaum (80) aufweist. which has a porous foam (80).
Bipolarplatte (40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Deckfläche (72) der dritten Verteilstruktur (70), Bipolar plate (40) according to claim 5, characterized in that a third cover surface (72) of the third distribution structure (70),
welche der ersten Verteilstruktur (50) zugewandt ist, und which faces the first distribution structure (50), and
eine dritte Bodenfläche (73) der dritten Verteilstruktur (70), a third bottom surface (73) of the third distribution structure (70),
welche der zweiten Verteilstruktur (60) zugewandt ist, which faces the second distribution structure (60),
jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet sind, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind. are each completely formed by a fluid-tight separating layer (82), which are formed integrally with the porous foam (80).
Bipolarplatte (40) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Bipolar plate (40) according to one of claims 5 to 6, characterized in that
zwei sich gegenüberliegende dritte Seitenflächen (74) der dritten Verteilstruktur (70) two opposing third side surfaces (74) of the third distribution structure (70)
jeweils vollständig von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet sind, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind. Bipolarplatte (40) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass are each completely formed by a fluid-tight separating layer (82), which are formed integrally with the porous foam (80). Bipolar plate (40) according to one of claims 5 to 7, characterized in that
zwei sich gegenüberliegende dritte Stirnflächen (75) der dritten Verteilstruktur (70) two opposing third end faces (75) of the third distribution structure (70)
jeweils teilweise von einer fluiddichten Trennschicht (82) gebildet sind, welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind, und dass are each partially formed by a fluid-tight separating layer (82), which are formed integrally with the porous foam (80), and that
die dritten Stirnflächen (75) fluiddurchlässige Bereiche (76, 77) aufweisen. the third end faces (75) have fluid-permeable regions (76, 77).
Bipolarplatte (40) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bipolar plate (40) according to one of claims 5 to 8, characterized in that
die dritte Deckfläche (72) der dritten Verteilstruktur (70) the third top surface (72) of the third distribution structure (70)
mit der ersten Deckfläche (52) der ersten Verteilstruktur (50) stoffschlüssig verbunden ist, und/oder dass is materially connected to the first cover surface (52) of the first distribution structure (50), and / or that
die dritte Bodenfläche (73) der dritten Verteilstruktur (70) the third bottom surface (73) of the third distribution structure (70)
mit der zweiten Deckfläche (62) der zweiten Verteilstruktur (60) stoffschlüssig verbunden ist. is materially connected to the second cover surface (62) of the second distribution structure (60).
Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bipolar plate (40) according to one of the preceding claims, characterized in that
der poröse Schaum (80) der ersten Verteilstruktur (50) und/oder der poröse Schaum (80) der zweiten Verteilstruktur (60) und/oder der poröse Schaum (80) der dritten Verteilstruktur (70) the porous foam (80) of the first distribution structure (50) and / or the porous foam (80) of the second distribution structure (60) and / or the porous foam (80) of the third distribution structure (70)
aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. made of a metallic fabric.
Brennstoffzelle (2), umfassend Fuel cell (2) comprising
mindestens eine Membran- Elektrodeneinheit (10) mit einer erstenat least one membrane electrode unit (10) having a first
Elektrode (21) und einer zweiten Elektrode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und Electrode (21) and a second electrode (22), which are separated from each other by a membrane (18), and
mindestens eine Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehendenat least one bipolar plate (40) according to one of the preceding
Ansprüche. Claims.
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