WO2018114948A1 - Bipolarplatte für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle - Google Patents

Bipolarplatte für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle Download PDF

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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 has a first distribution structure with a first distribution region for distributing a fuel to a first electrode, a second distribution structure having a second distribution region
  • Distribution area for distributing an oxidizing agent to a second electrode and arranged between the first distribution structure and the second distribution structure third distribution structure with a third distribution area to
  • the invention also relates to a fuel cell comprising at least one bipolar plate according to the invention.
  • a fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical
  • a fuel cell is therefore an electrochemical energy converter.
  • known fuel cells in particular hydrogen (H2) and oxygen (02) in water (H20), electrical
  • 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
  • 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 voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell.
  • a plurality of fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series.
  • 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.
  • DE 10 2013 223776 AI is a bipolar plate for a
  • 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 for the passage of a cooling liquid.
  • bipolar plate for a fuel cell which has a first distribution structure with a first distribution region for distributing a
  • a second distribution structure having a second distribution area for distributing an oxidizing agent to a second electrode and a disposed between the first distribution structure and the second distribution structure third distribution structure with a third distribution area to
  • Passage of a coolant comprises.
  • the third distribution region is separated from the first distribution region by a fluid-tight first inner separation layer and is separated from the second distribution region by a fluid-tight second inner separation layer
  • Fluid-tight in this context is to be understood as meaning that the inner separating layers are 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 discharged from the fuel cell.
  • the inner separation layers are also impermeable to the coolant.
  • the third distribution region is penetrated by posts which extend from the first inner separating layer to the second inner separating layer.
  • the posts are arranged in the third distribution area such that the coolant can optimally absorb heat from the first distribution structure and from the second distribution structure.
  • the posts can be any
  • the posts can be arranged symmetrically as well as asymmetrically.
  • the bipolar plate is cuboid and a top surface and an opposite bottom surface of the bipolar plate are fluid-permeable.
  • the first distribution area adjoins the bottom surface and the second distribution area adjoins the top surface.
  • the fuel can reach the first electrode.
  • the oxidizing agent can reach the second electrode.
  • Distribution structure and the second distribution structure each formed of a porous foam, wherein the fluid-tight first inner separation layer is formed integrally with the porous foam of the first distribution structure, and the fluid-tight second inner separation layer is formed integrally with the porous foam of the second distribution structure.
  • Such a foam can be produced, for example, by a melt-metallurgical production process.
  • 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.
  • the open-porous interior is further divided by two free spaces.
  • the front area is also formed by partially free spaces, so that the necessary partitions for the sealing of the media can subsequently arise.
  • the liquid potting compound is, for example, a
  • the potting compound penetrates into the open-pore space or into the free end, interior and side spaces of the molded body and, after solidification, forms the open-pore foam or the fluid-tight separating layers, which are 10 to 100 ⁇ m thick.
  • the porous foam of the first distribution structure and / or the second distribution structure is formed inhomogeneous and has a varying porosity.
  • porosity is meant the ratio of the void volume to the total volume of the porous foam. The larger the porosity, the larger and larger cavities are present in the foam.
  • a porosity of the porous foam of the first distribution structure in the vicinity of the bottom surface is lower than in the vicinity of the first inner separation layer.
  • a porosity of the porous foam of the second distribution structure near the top surface is smaller than in the vicinity of the second internal separation layer.
  • two opposite side surfaces of the bipolar plate are each completely formed by a fluid-tight outer separating layer, which are formed integrally with the porous foam.
  • two opposing end faces of the bipolar plate are advantageously each completely formed by a fluid-tight outer separating layer, which are formed integrally with the porous foam.
  • Fuel to the first electrode and the oxidizing agent to reach the second electrode at least partially disposed on the side surfaces and on the end faces.
  • the porous foam of the first distribution structure and the porous foam of the second distribution structure are made of a metallic material.
  • the distribution structures are electrically conductive.
  • the first inner separating layer and / or the second inner separating layer is formed like a wave.
  • the first inner separating layer and / or the second inner separating layer is thus not flat or flat, but has varying distances to the top surface and to the bottom surface of the bipolar plate.
  • the posts in the third distribution area may be made of a porous material, for example.
  • the posts may be formed of a porous foam, similar to the first distribution structure and the second distribution structure.
  • the posts in the third distribution area can also be made of a solid material and thus have no porosity.
  • 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 third distribution region in the third distribution structure results in a minimal pressure loss of the coolant when
  • the bipolar plate also has excellent electrical and thermal conductivity.
  • the distribution of the fuel and the oxidizing agent and the removal of the resulting from the reaction Optimal water. Furthermore, the costs for the production of the bipolar plate and a fuel cell stack are relatively low.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack with a plurality of fuel cells
  • Figure 2 is a sectional view of a bipolar plate of
  • FIG. 3 shows a section through the bipolar plate from FIG. 2,
  • Figure 4 is an enlarged view of a section of a first
  • Figure 5 is an enlarged view of a section of a second
  • Figure 6 is a sectional view of a bipolar plate of
  • Fuel cell stack of Figure 1 according to a modified embodiment.
  • 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.
  • each of the bipolar plates 40 may be regarded as belonging to two fuel cells 2 arranged adjacent to one another.
  • the bipolar plates 40 each comprise a first distribution structure 50 for
  • the bipolar plates 40 also each include a second distribution structure 60 for distributing the oxidant facing the cathode 22.
  • 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
  • the first distribution structure 50 and the third distribution structure 70 are separated from each other by a first inner separation layer 85.
  • the second distribution structure 60 and the third distribution structure 70 are through a second inner separation layer 86 separated from each other.
  • the inner separating layers 85, 86 of the bipolar plates 40 are formed fluid-tight.
  • 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, 70, 60 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 a cutaway view of a bipolar plate 40 of FIG
  • the bipolar plate 40 is pierced by a first supply channel 151, a second supply channel 161 and a third supply channel 171.
  • the bipolar plate 40 is also pierced by a first discharge channel 152, a second discharge channel 162 and a third discharge channel 172.
  • the first distribution structure 50 is cut through the first supply channel 151 and the first discharge channel 152
  • the second distribution structure 60 is cut through the second supply channel 161 and the second discharge channel 162
  • the third distribution structure 70 is through the third supply channel 171 and third discharge channel 172 cut.
  • the first distribution structure 50 is formed by a porous foam 80 which is made of a metallic material.
  • the first distribution structure 50 has a centrally located first distribution area 150 for distributing the fuel to the anode 21.
  • the first distribution area 150 is connected to the first supply channel 151 and the first discharge channel 152.
  • Release layer 85 is integral with the porous foam 80 of the first
  • the second distribution structure 60 is formed by a porous foam 80 which is made of a metallic material.
  • the second distribution structure 60 has a centrally located second distribution area 160 for distributing the
  • the second distribution region 160 is connected to the second supply channel 161 and the second discharge channel 162.
  • the fluid-tight second inner separation layer 86 is formed integrally with the porous foam 80 of the second distribution structure 60.
  • the third distribution structure 70 has a centrally located third distribution area 170 for the passage of the coolant.
  • the third distribution area 170 is connected to the third supply channel 171 and the third discharge channel 172.
  • the third distribution region 170 is substantially hollow. The third
  • Distribution area 170 is penetrated by a plurality of posts 75, which extend from the first inner separation layer 85 to the second inner separation layer 86.
  • the posts 75 are presently made of a solid material, in particular a metal.
  • the posts can also be made of a porous material, for example a foam 80.
  • the bipolar plate 40 is cuboidal and has a top surface 42, an opposite bottom surface 43, a first end surface 47, an opposite second end surface 48, a not visible here first
  • top surface 42 and the bottom surface 43 are parallel to each other and in this case also parallel to the inner separating layers 85, 86.
  • the top surface 42 and the bottom surface 43 are perpendicular to the
  • End surfaces 47, 48 extend at right angles to the side surfaces 45, 46.
  • the first distribution region 150 adjoins the bottom surface 43, which is
  • the first supply channel 151 serves to introduce the fuel.
  • the first discharge channel 152 serves to discharge unneeded fuel.
  • the fuel flows in a first flow direction 51 through the first supply channel 151 into the first distribution region 150. From there, part of the fuel flows through the bottom surface 43 to the here anode 21, not shown. Another portion of the fuel flows out of the first distribution structure 50 through the first discharge channel 152.
  • the second distribution region 160 adjoins the cover surface 42, which is designed to be fluid-permeable.
  • the second supply channel 161 serves to introduce the oxidizing agent.
  • the second discharge channel 162 serves for the discharge of unneeded oxidant.
  • the oxidizing agent flows in a second flow direction 61 through the second supply channel 161 into the second distribution region 160. From there, a portion of the oxidant flows through the top surface 42 to the cathode 22, not shown. Another portion of the oxidant flows out of the second distribution structure 60 through the second discharge channel 162.
  • the third supply channel 171 serves to introduce the coolant.
  • the third discharge channel 172 serves for the discharge of the coolant.
  • the coolant flows in a third flow direction 71 through the third supply channel 171 into the third distribution region 170 and out of the third distribution structure 70 through the third discharge channel 172.
  • the bipolar plate 40 has mounting nipple 167, 168, which from the second
  • a first mounting nipple projects out of the first supply passage 151
  • a second mounting nipple projects out of the first discharge passage 152
  • a third mounting nipple 167 protrudes out of the second supply passage 161
  • a fourth mounting nipple 168 projects out of the second discharge passage 162
  • a fifth mounting nipple protrudes out of the third supply channel 171
  • a sixth mounting nipple projects out of the third discharge channel 172.
  • the mounting nipples 167, 168 protrude into the supply channels 151, 161, 171 and into the
  • Figure 3 shows a section through the bipolar plate 40, in particular through the third distribution structure 70, along the section line A - A of Figure 2.
  • the third distribution structure 70 has in the vicinity of the supply channels 151, 161, 171 and the Abbowkanäle 152, 162, 172 areas which are formed from a porous foam 80.
  • the feed channels 151, 161, 171 are separated from one another by fluid-tight partitions 88, which are formed integrally with the porous foam 80.
  • the discharge channels 152, 162, 172 are separated from each other by fluid-tight partition walls 88, which are formed integrally with the porous foam 80.
  • the side surfaces 45, 46 and the end surfaces 47, 48 are each completely formed by a fluid-tight outer separation layer 82.
  • Separating layers 82 of the side surfaces 45, 46 and the end faces 47, 48 are formed integrally with the porous foam 80.
  • Release layers 85, 86 merge into the outer release layers 82.
  • the partitions 88 merge into the inner separation layers 85, 86 and into the outer separation layers 82.
  • the first discharge channel 152 is arranged such that with respect to the first supply channel 151 an optimal flow of the fuel is possible.
  • first supply channel 151 and the first discharge channel 152 are arranged at diagonally opposite corners of the first distribution structure 50.
  • the second discharge channel 162 is arranged such that with respect to the second supply channel 161 an optimal flow of the oxidizing agent is possible.
  • the second supply channel 161 and the second discharge channel 162 are arranged at diagonally opposite corners of the second distribution structure 60.
  • Figure 4 shows an enlarged view of a section of the first
  • the porous foam 80 of the first distribution structure 50 is inhomogeneous and has a varying porosity.
  • the porosity of the porous foam 80 is lower in the vicinity of the bottom surface 43 than in the vicinity of the first inner separation layer 85.
  • Figure 5 shows an enlarged view of a section of the second
  • the porous foam 80 of the second distribution structure 60 is inhomogeneous and has a varying porosity.
  • the porosity of the porous foam 80 of the second distribution structure 60 is smaller in the vicinity of the top surface 42 than in the vicinity of the second inner separation layer 86.
  • FIG. 6 shows a cutaway view of a bipolar plate 40 of FIG
  • the bipolar plate 40 according to the modified embodiment shown here largely corresponds to the bipolar plate 40 shown in FIG. 2. In the following, only the differences will be discussed.
  • the second inner separating layer 86 is not flat or flat but wave-like.
  • the second inner separating layer 86 thus has varying distances to the cover surface 42 and to the bottom surface 43 of the bipolar plate 40 along the third distribution region 170.
  • the first inner separating layer 85 is flat in the present case, but could also be formed like a wave.
  • Oxidizing agent in the second distribution region 160 can be influenced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (40) für eine Brennstoffzelle (2), umfassend eine erste Verteilstruktur (50) mit einem ersten Verteilbereich (150) zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode (21), eine zweite Verteilstruktur (60) mit einem zweiten Verteilbereich (160) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode (22) und eine zwischen der ersten Verteilstruktur (50) und der zweiten Verteilstruktur (60) angeordnete dritte Verteilstruktur (70) mit einem dritten Verteilbereich (170) zur Durchleitung eines Kühlmittels, wobei der dritte Verteilbereich (170) durch eine fluiddichte erste innere Trennschicht (85) von dem ersten Verteilbereich (150) getrennt ist und durch eine fluiddichte zweite innere Trennschicht (86) von dem zweiten Verteilbereich (160) getrennt ist. Der dritte Verteilbereich (170) ist dabei von Pfosten (75) durchsetzt, welche sich von der ersten inneren Trennschicht (85) bis zu der zweiten inneren Trennschicht (86) erstrecken. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, die mindestens eine Membran- Elektrodeneinheit mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte (40) umfasst.

Description

Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, welche eine erste Verteilstruktur mit einem ersten Verteilbereich zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode, eine zweite Verteilstruktur mit einem zweiten
Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode und eine zwischen der ersten Verteilstruktur und der zweiten Verteilstruktur angeordnete dritte Verteilstruktur mit einem dritten Verteilbereich zur
Durchleitung eines Kühlmittels umfasst, wobei der dritte Verteilbereich durch eine fluiddichte erste innere Trennschicht von dem ersten Verteilbereich getrennt ist und durch eine fluiddichte zweite innere Trennschicht von dem zweiten
Verteilbereich getrennt ist. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzelle, die mindestens eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst.
Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische
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.
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
Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere
Wasserstoff, getrennt. 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:
02 + 4H+ + 4e" -> 2H20
Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine 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
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
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. Auch aus der DE 10 2013 223 776 AI ist eine Bipolarplatte für einen
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 zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit dient.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, welche eine erste Verteilstruktur mit einem ersten Verteilbereich zur Verteilung eines
Brennstoffs an eine erste Elektrode, eine zweite Verteilstruktur mit einem zweiten Verteilbereich zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode und eine zwischen der ersten Verteilstruktur und der zweiten Verteilstruktur angeordnete dritte Verteilstruktur mit einem dritten Verteilbereich zur
Durchleitung eines Kühlmittels umfasst. Dabei ist der dritte Verteilbereich durch eine fluiddichte erste innere Trennschicht von dem ersten Verteilbereich getrennt und durch eine fluiddichte zweite innere Trennschicht von dem zweiten
Verteilbereich getrennt.
Unter fluiddicht ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die inneren Trennschichten für den der Brennstoffzelle zugeführten gasförmigen Brennstoff, für das der Brennstoffzelle zugeführte gasförmige Oxidationsmittel sowie für das aus der Brennstoffzelle abzuleitende Wasser undurchlässig sind. Insbesondere sind die inneren Trennschichten auch für das Kühlmittel undurchlässig.
Erfindungsgemäß ist der dritte Verteilbereich von Pfosten durchsetzt, welche sich von der ersten inneren Trennschicht bis zu der zweiten inneren Trennschicht erstrecken. Die Pfosten sind derart in dem dritten Verteilbereich angeordnet, dass das Kühlmittel Wärme von der ersten Verteilstruktur und von der zweiten Verteilstruktur optimal aufnehmen kann. Die Pfosten können beliebige
Querschnitte aufweisen, beispielsweise kreisförmig, elliptisch, tropfenförmig, dreieckig oder polygonal. Die Pfosten können symmetrisch sowie auch asymmetrisch angeordnet sein.
Vorzugsweise ist die Bipolarplatte quaderförmig ausgebildet und eine Deckfläche und eine gegenüberliegende Bodenfläche der Bipolarplatte sind fluiddurchlässig ausgebildet. Dabei grenzt der erste Verteilbereich an die Bodenfläche an und der zweite Verteilbereich grenzt an die Deckfläche an. Durch die fluiddurchlässige Bodenfläche kann der Brennstoff zu der ersten Elektrode gelangen. Durch die fluiddurchlässige Deckfläche kann das Oxidationsmittel zu der zweiten Elektrode gelangen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste
Verteilstruktur und die zweite Verteilstruktur jeweils von einem porösen Schaum gebildet, wobei die fluiddichte erste innere Trennschicht einteilig mit dem porösen Schaum der ersten Verteilstruktur ausgebildet ist, und die fluiddichte zweite innere Trennschicht einteilig mit dem porösen Schaum der zweiten Verteilstruktur ausgebildet ist.
Ein solcher Schaum ist beispielsweise durch einen schmelzmetallurgischen 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 offenporöse Innenraum wird ferner durch zwei freie Räume aufgeteilt. Der Stirnbereich wird auch durch teilweise freie Räume gebildet, so dass die notwendigen Trennwände für die Abdichtung der Medien nachher entstehen können. 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 Stirn-, Innen- und Seitenräume des Formkörpers ein und bildet nach Erstarren den offenporösen Schaum beziehungsweise die fluiddichten Trennschichten, welche 10 bis 100 μηη dick sind. Das
Platzhaltermaterial wird danach durch Spülen oder Wegbrennen entfernt. Falls durch den Herstellungsprozess des Schaums alle Flächen durch eine fluiddichte Trennschicht verschlossen sind, wird diese Trennschicht nachfolgend an der Bodenfläche sowie an der Deckfläche entfernt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der poröse Schaum der ersten Verteilstruktur und/oder der zweiten Verteilstruktur inhomogen ausgebildet und weist eine variierende Porosität auf. Unter der Porosität ist dabei das Verhältnis des Hohlraumvolumens zu dem Gesamtvolumen des porösen Schaums zu verstehen. Die Porosität ist damit umso größer, je mehr und größere Hohlräume in den Schaum vorhanden sind.
Vorzugsweise ist eine Porosität des porösen Schaums der ersten Verteilstruktur in der Nähe der Bodenfläche geringer ist als in der Nähe der ersten inneren Trennschicht. Ebenso ist eine Porosität des porösen Schaums der zweiten Verteilstruktur in der Nähe der Deckfläche geringer ist als in der Nähe der zweiten inneren Trennschicht.
Vorteilhaft sind zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen der Bipolarplatte jeweils vollständig von einer fluiddichten äußeren Trennschicht gebildet, welche einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Ebenso sind vorteilhaft zwei sich gegenüberliegende Stirnflächen der Bipolarplatte jeweils vollständig von einer fluiddichten äußeren Trennschicht gebildet, welche einteilig mit dem porösen Schaum ausgebildet sind. Es ist aber auch denkbar, dass fluiddurchlässige Bereiche, durch welche der
Brennstoff zu der ersten Elektrode sowie das Oxidationsmittel zu der zweiten Elektrode gelangen, zumindest teilweise an den Seitenflächen sowie an den Stirnflächen angeordnet sind. Vorzugsweise sind der poröse Schaum der ersten Verteilstruktur sowie der poröse Schaum der zweiten Verteilstruktur aus einem metallischen Stoff gefertigt. Damit sind die Verteilstrukturen elektrisch leitfähig.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste innere Trennschicht und/oder die zweite innere Trennschicht wellenartig ausgebildet. Die erste innere Trennschicht und/oder die zweite innere Trennschicht ist also nicht flach oder eben ausgebildet, sondern weist variierende Abstände zu der Deckfläche sowie zu der Bodenfläche der Bipolarplatte auf.
Die Pfosten in dem dritten Verteilbereich können beispielsweise aus einem porösen Material gefertigt sein. Insbesondere können die Pfosten aus einem porösen Schaum gebildet sein, ähnlich wie die ersten Verteilstruktur und die zweite Verteilstruktur.
Die Pfosten in dem dritten Verteilbereich können aber auch aus einem massiven Material gefertigt sein und somit keine Porosität aufweisen.
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
erfindungsgemäße Bipolarplatte umfasst. Insbesondere ist die Brennstoffzelle derart aufgebaut, dass sich beidseitig an die Membran-Elektrodeneinheit jeweils eine Bipolarplatte anschließt.
Vorteile der Erfindung
In der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist eine optimale Wärmeabgabe an das Kühlmittel in der dritten Verteilstruktur gewährleistet. Durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung des dritten Verteilbereichs in der dritten Verteilstruktur ergibt sich ein minimaler Druckverlust des Kühlmittels beim
Durchströmen des dritten Verteilbereichs. Dadurch sinken die Anforderungen an eine Kühlmittelpumpe, insbesondere an deren Leistung, welche Kühlmittel durch die Bipolarplatte pumpt. Durch die inhomogen ausgebildeten Verteilstrukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels können diese
Verteilstrukturen die Funktion einer Gasdiffusionslage mit übernehmen. Separate Gasdiffusionslagen sind somit nicht erforderlich. Die Bipolarplatte weist auch eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Mittels der erfindungsgemäßen Bipolarplatte sind die Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels und der Abtransport des durch die Reaktion entstandenen Wassers optimal. Ferner sind die Kosten für die Fertigung der Bipolarplatte sowie eines Brennstoffzellenstapels verhältnismäßig gering.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren Brennstoffzellen,
Figur 2 eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte des
Brennstoffzellenstapels aus Figur 1,
Figur 3 einen Schnitt durch die Bipolarplatte aus Figur 2,
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer ersten
Verteilstruktur,
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer zweiten
Verteilstruktur und,
Figur 6 eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte des
Brennstoffzellenstapels aus Figur 1 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
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. 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 angeordneten Brennstoffzellen 2 gehörig betrachtet werden.
Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils eine erste Verteilstruktur 50 zur
Verteilung eines Brennstoffs, die der Anode 21 zugewandt ist. Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils auch eine zweite Verteilstruktur 60 zur Verteilung des 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.
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
Kühlmittels durch die Bipolarplatte 40 und damit zur Kühlung der Brennstoffzellen 2 und des Brennstoffzellenstapels 5.
Die erste Verteilstruktur 50 und die dritte Verteilstruktur 70 sind durch eine erste innere Trennschicht 85 voneinander getrennt. Die zweite Verteilstruktur 60 und die dritte Verteilstruktur 70 sind durch eine zweite innere Trennschicht 86 voneinander getrennt. Die inneren Trennschichten 85, 86 der Bipolarplatten 40 sind fluiddicht ausgebildet.
Im Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird Brennstoff über die erste Verteilstruktur 50 zu der Anode 21 geleitet. Ebenso wird Oxidationsmittel über die zweite
Verteilstruktur 60 zu der Kathode 22 geleitet. Der Brennstoff, vorliegend
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, 70, 60 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
Brennstoffzelle 2. Das Oxidationsmittel, vorliegend Luftsauerstoff, reagiert durch Aufnahme der so geleiteten Elektronen und der Protonen, die durch die
Membran 18 zu der Kathode 22 gelangt sind, zu Wasser.
Figur 2 zeigt eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte 40 des
Brennstoffzellenstapels 5 aus Figur 1. Die Bipolarplatte 40 ist von einem ersten Zufuhrkanal 151, einem zweiten Zufuhrkanal 161 und einem dritten Zufuhrkanal 171 durchbrochen. Auch ist die Bipolarplatte 40 von einem ersten Abfuhrkanal 152, einem zweiten Abfuhrkanal 162 und einem dritten Abfuhrkanal 172 durchbrochen. In der gezeigten Darstellung ist die erste Verteilstruktur 50 durch den ersten Zufuhrkanal 151 und den ersten Abfuhrkanal 152 geschnitten, die zweite Verteilstruktur 60 ist durch den zweiten Zufuhrkanal 161 und den zweiten Abfuhrkanal 162 geschnitten und die dritte Verteilstruktur 70 ist durch den dritten Zufuhrkanal 171 und den dritten Abfuhrkanal 172 geschnitten.
Die erste Verteilstruktur 50 ist von einem porösen Schaum 80 gebildet, welcher aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. Die erste Verteilstruktur 50 weist einen zentral gelegenen ersten Verteilbereich 150 zur Verteilung des Brennstoffs an die Anode 21 auf. Der erste Verteilbereich 150 ist mit dem ersten Zufuhrkanal 151 und dem ersten Abfuhrkanal 152 verbunden. Die fluiddichte erste innere
Trennschicht 85 ist einteilig mit dem porösen Schaum 80 der ersten
Verteilstruktur 50 ausgebildet. Die zweite Verteilstruktur 60 ist von einem porösen Schaum 80 gebildet, welcher aus einem metallischen Stoff gefertigt ist. Die zweite Verteilstruktur 60 weist einen zentral gelegenen zweiten Verteilbereich 160 zur Verteilung des
Oxidationsmittels an die Kathode 22 auf. Der zweite Verteilbereich 160 ist mit dem zweiten Zufuhrkanal 161 und dem zweiten Abfuhrkanal 162 verbunden. Die fluiddichte zweite innere Trennschicht 86 ist einteilig mit dem porösen Schaum 80 der zweiten Verteilstruktur 60 ausgebildet.
Die dritte Verteilstruktur 70 weist einen zentral gelegenen dritten Verteilbereich 170 zur Durchleitung des Kühlmittels auf. Der dritte Verteilbereich 170 ist mit dem dritten Zufuhrkanal 171 und dem dritten Abfuhrkanal 172 verbunden. Der dritte Verteilbereich 170 ist im Wesentlichen hohl ausgebildet. Der dritte
Verteilbereich 170 ist von mehreren Pfosten 75 durchsetzt, welche sich von der ersten inneren Trennschicht 85 bis zu der zweiten inneren Trennschicht 86 erstrecken. Die Pfosten 75 sind vorliegend aus einem massiven Material, insbesondere einem Metall, gefertigt. Die Pfosten können auch aus einem porösen Material, beispielsweise einem Schaum 80, gefertigt sein.
Die Bipolarplatte 40 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine Deckfläche 42, eine gegenüberliegende Bodenfläche 43, eine erste Stirnfläche 47, eine gegenüberliegende zweite Stirnfläche 48, eine hier nicht sichtbare erste
Seitenfläche 45 und eine gegenüberliegende hier nicht sichtbare zweite
Seitenfläche 46 auf. Die Deckfläche 42 und die Bodenfläche 43 verlaufen parallel zueinander und vorliegend auch parallel zu den inneren Trennschichten 85, 86. Die Deckfläche 42 und die Bodenfläche 43 verlaufen rechtwinklig zu den
Stirnflächen 47, 48 und rechtwinklig zu den Seitenflächen 45, 46. Die
Stirnflächen 47, 48 verlaufen rechtwinklig zu den Seitenflächen 45, 46.
Der erste Verteilbereich 150 grenzt an die Bodenfläche 43 an, welche
fluiddurchlässig ausgebildet ist. Der erste Zufuhrkanal 151 dient zur Einleitung des Brennstoffs. Der erste Abfuhrkanal 152 dient zur Ausleitung von nicht benötigtem Brennstoff. Der Brennstoff strömt in einer ersten Strömungsrichtung 51 durch den ersten Zufuhrkanal 151 in den ersten Verteilbereich 150 hinein. Von dort strömt ein Teil des Brennstoffs durch die Bodenfläche 43 zu der hier nicht dargestellten Anode 21. Ein weiterer Teil des Brennstoffs strömt durch den ersten Abfuhrkanal 152 aus der ersten Verteilstruktur 50 hinaus.
Der zweite Verteilbereich 160 grenzt an die Deckfläche 42 an, welche fluiddurchlässig ausgebildet ist. Der zweite Zufuhrkanal 161 dient zur Einleitung des Oxidationsmittels. Der zweite Abfuhrkanal 162 dient zur Ausleitung von nicht benötigtem Oxidationsmittel. Der Oxidationsmittel strömt in einer zweiten Strömungsrichtung 61 durch den zweiten Zufuhrkanal 161 in den zweiten Verteilbereich 160 hinein. Von dort strömt ein Teil des Oxidationsmittels durch die Deckfläche 42 zu der hier nicht dargestellten Kathode 22. Ein weiterer Teil des Oxidationsmittels strömt durch den zweiten Abfuhrkanal 162 aus der zweiten Verteilstruktur 60 hinaus.
Der dritte Zufuhrkanal 171 dient zur Einleitung des Kühlmittels. Der dritte Abfuhrkanal 172 dient zur Ausleitung des Kühlmittels. Das Kühlmittel strömt in einer dritten Strömungsrichtung 71 durch den dritten Zufuhrkanal 171 in den dritten Verteilbereich 170 hinein und durch den dritten Abfuhrkanal 172 aus der dritten Verteilstruktur 70 hinaus. Die Bipolarplatte 40 weist Montagenippel 167, 168 auf, welche aus der zweiten
Verteilstruktur 60 heraus ragen und welche vorliegend hohlzylindrisch ausgebildet sind. Ein erster Montagenippel ragt aus dem ersten Zufuhrkanal 151 heraus, ein zweiter Montagenippel ragt aus dem ersten Abfuhrkanal 152 heraus, ein dritter Montagenippel 167 ragt aus dem zweiten Zufuhrkanal 161 heraus, ein vierter Montagenippel 168 ragt aus dem zweiten Abfuhrkanal 162 heraus, ein fünfter Montagenippel ragt aus dem dritten Zufuhrkanal 171 heraus und ein sechster Montagenippel ragt aus dem dritten Abfuhrkanal 172 heraus. In der hier gezeigten Darstellung sind nur der dritte Montagenippel 167 und der vierte Montagenippel 168 sichtbar. Bei montiertem Brennstoffzellenstapel 5 ragen die Montagenippel 167, 168 in die Zufuhrkanäle 151, 161, 171 und in die
Abfuhrkanäle 152, 162, 172 einer benachbarten Bipolarplatte 40 hinein.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Bipolarplatte 40, insbesondere durch die dritte Verteilstruktur 70, entlang der Schnittlinie A - A aus Figur 2. Die dritte Verteilstruktur 70 weist in der Nähe der Zufuhrkanäle 151, 161, 171 und der Abfuhrkanäle 152, 162, 172 Bereiche auf, welche aus einem porösen Schaum 80 gebildet sind.
Die Zufuhrkanäle 151, 161, 171 sind durch fluiddichte Trennwände 88 voneinander getrennt, welche einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildet sind. Auch die Abfuhrkanäle 152, 162, 172 sind durch fluiddichte Trennwände 88 voneinander getrennt, welche einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildet sind. Die Seitenflächen 45, 46 und die Stirnflächen 47, 48 sind jeweils vollständig von einer fluiddichten äußeren Trennschicht 82 gebildet. Die äußeren
Trennschichten 82 der Seitenflächen 45, 46 und der Stirnflächen 47, 48 sind dabei einteilig mit dem porösen Schaum 80 ausgebildet. Die inneren
Trennschichten 85, 86 gehen in die äußeren Trennschichten 82 über. Die Trennwände 88 gehen in die inneren Trennschichten 85, 86 und in die äußeren Trennschichten 82 über.
Der erste Abfuhrkanal 152 ist derart angeordnet, dass bezogen auf den ersten Zufuhrkanal 151 eine optimale Strömung des Brennstoffs möglich ist.
Beispielsweise sind der erste Zufuhrkanal 151 und der erste Abfuhrkanal 152 an diagonal gegenüberliegenden Ecken der ersten Verteilstruktur 50 angeordnet. Der zweite Abfuhrkanal 162 ist derart angeordnet, dass bezogen auf den zweiten Zufuhrkanal 161 eine optimale Strömung des Oxidationsmittels möglich ist. Beispielsweise sind der zweite Zufuhrkanal 161 und der zweite Abfuhrkanal 162 an diagonal gegenüberliegenden Ecken der zweiten Verteilstruktur 60 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der ersten
Verteilstruktur 50. Der poröse Schaum 80 der ersten Verteilstruktur 50 ist inhomogen ausgebildet und weist eine variierende Porosität auf. Die Porosität des porösen Schaums 80 ist in der Nähe der Bodenfläche 43 geringer als in der Nähe der ersten inneren Trennschicht 85.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der zweiten
Verteilstruktur 60. Der poröse Schaum 80 der zweiten Verteilstruktur 60 ist inhomogen ausgebildet und weist eine variierende Porosität auf. Die Porosität des porösen Schaums 80 der zweiten Verteilstruktur 60 ist in der Nähe der Deckfläche 42 geringer als in der Nähe der zweiten inneren Trennschicht 86.
Figur 6 zeigt eine geschnittene Darstellung einer Bipolarplatte 40 des
Brennstoffzellenstapels aus Figur 1 gemäß einer abgewandelten
Ausführungsform. Die hier gezeigte Bipolarplatte 40 gemäß der abgewandelten Ausführungsform entspricht weitgehend der in Figur 2 gezeigten Bipolarplatte 40. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen.
Die zweite innere Trennschicht 86 ist dabei nicht flach oder eben sondern wellenartig ausgebildet. Die zweite innere Trennschicht 86 weist somit entlang des dritten Verteilbereichs 170 variierende Abstände zu der Deckfläche 42 und zu der Bodenfläche 43 der Bipolarplatte 40 auf. Die erste innere Trennschicht 85 ist vorliegend flach ausgebildet, könnte aber ebenfalls wellenartig ausgebildet sein.
Durch entsprechende Gestaltung der inneren Trennschichten 85, 86 kann die Strömung des Brennstoffs in dem ersten Verteilbereich 150 sowie des
Oxidationsmittels in dem zweiten Verteilbereich 160 beeinflusst werden.
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.

Claims

Ansprüche
Bipolarplatte (40) für eine Brennstoffzelle (2), umfassend
eine erste Verteilstruktur (50) mit einem ersten Verteilbereich (150) zur
Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode (21),
eine zweite Verteilstruktur (60) mit einem zweiten Verteilbereich (160) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode (22) und eine zwischen der ersten Verteilstruktur (50) und der zweiten
Verteilstruktur (60) angeordnete dritte Verteilstruktur (70) mit einem dritten Verteilbereich (170) zur Durchleitung eines Kühlmittels, wobei der dritte Verteilbereich (170)
durch eine fluiddichte erste innere Trennschicht (85) von dem ersten Verteilbereich (150) getrennt ist und
durch eine fluiddichte zweite innere Trennschicht (86) von dem zweiten Verteilbereich (160) getrennt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der dritte Verteilbereich (170) von Pfosten (75) durchsetzt ist, welche sich von der ersten inneren Trennschicht (85) bis zu der zweiten inneren Trennschicht (86) erstrecken.
Bipolarplatte (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (40) quaderförmig ausgebildet ist, und dass
eine Deckfläche (42) und eine gegenüberliegende Bodenfläche (43) der
Bipolarplatte (40) fluiddurchlässig ausgebildet sind, wobei
der erste Verteilbereich (150) an die Bodenfläche (43) angrenzt, und der zweite Verteilbereich (160) an die Deckfläche (42) angrenzt. Bipolarplatte (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilstruktur (50) und die zweite Verteilstruktur (60) jeweils von einem porösen Schaum (80) gebildet sind, wobei
die fluiddichte erste innere Trennschicht (85) einteilig mit dem porösen
Schaum (80) der ersten Verteilstruktur (50) ausgebildet ist, und die fluiddichte zweite innere Trennschicht (86) einteilig mit dem porösen
Schaum (80) der zweiten Verteilstruktur (60) ausgebildet ist.
Bipolarplatte (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Schaum (80) der ersten Verteilstruktur (50) und/oder der zweiten Verteilstruktur (60) inhomogen ausgebildet ist und eine variierende Porosität aufweist.
Bipolarplatte (40) nach einem der Anspruch 3 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass
eine Porosität des porösen Schaums (80) der ersten Verteilstruktur (50) in der Nähe der Bodenfläche (43) geringer ist als in der Nähe der ersten inneren Trennschicht (85), und/oder dass
eine Porosität des porösen Schaums (80) der zweiten Verteilstruktur (60) in der Nähe der Deckfläche (42) geringer ist als in der Nähe der zweiten inneren Trennschicht (86).
Bipolarplatte (40) nach einem der Anspruch 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass
zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen (45, 46) der Bipolarplatte (40) jeweils vollständig von einer fluiddichten äußeren Trennschicht (82) gebildet sind,
welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind, und/oder dass
zwei sich gegenüberliegende Stirnflächen (47, 48) der Bipolarplatte (40) jeweils vollständig von einer fluiddichten äußeren Trennschicht (82) gebildet sind,
welche einteilig mit dem porösen Schaum (80) ausgebildet sind.
7. Bipolarplatte (40) nach einem der Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der poröse Schaum (80) der ersten Verteilstruktur (50) und/oder der poröse Schaum (80) der zweiten Verteilstruktur (60) aus einem metallischen Stoff gefertigt ist.
8. Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste innere Trennschicht (85) und/oder die zweite innere Trennschicht (86) wellenartig ausgebildet ist.
9. Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pfosten (75) aus einem porösen Material gefertigt sind.
10. Bipolarplatte (40) nach einem der Anspruch 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Pfosten (75) aus einem massiven Material gefertigt sind.
11. Brennstoffzelle (2), umfassend
mindestens eine Membran-Elektrodeneinheit (10) mit einer ersten
Elektrode (21) und einer zweiten Elektrode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und
mindestens eine Bipolarplatte (40) nach einem der vorstehenden
Ansprüche.
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