WO2019121947A1 - Elektrochemisches system - Google Patents

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WO2019121947A1
WO2019121947A1 PCT/EP2018/085893 EP2018085893W WO2019121947A1 WO 2019121947 A1 WO2019121947 A1 WO 2019121947A1 EP 2018085893 W EP2018085893 W EP 2018085893W WO 2019121947 A1 WO2019121947 A1 WO 2019121947A1
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separator plate
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Thomas STÖHR
André SPEIDEL
Rainer Glück
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electrochemical system having at least two separator plates and an electrochemical line arranged between the separator plates.
  • electrochemical systems usually comprise a stack of electrochemical cells, each separated by separator plates.
  • electrochemical cell in the context of this document is intended in particular to describe cells for converting chemical energy into electrical energy (for example fuel cells), for inducing a chemical reaction by supplying electrical energy (eg electrolysis cells) or for exchanging moisture between gases (eg humidifier cells).
  • the separator plates are formed from two assembled individual plates.
  • the individual plates of the separator plate can cohesively be joined together, for. B. by one or more welded joints, in particular by one or more laser welding joints.
  • the separator plates usually each have at least one or more passage openings. Through the through-openings, the media and / or the reaction products can be conducted to the electrochemical cells arranged between adjacent separator plates of the stack or into the inner space formed by the separator plates of the separator plate or derived from cells or from the interior.
  • the mentioned separator plates can, for. B. the electrical contacting of the electrodes of the individual electrochemical cells (eg., Fuel cells) and / or the electrical connection of adjacent cells serve (series connection of the cells).
  • the separator plates can each have structures or form structures which, for. B. to supply the between adjacent electrochemical cells (eg., Fuel cells) and / or the electrical connection of adjacent cells serve (series connection of the cells).
  • the separator plates can each have structures or form structures which, for. B. to supply the between adjacent electrochemical cells (eg., Fuel cells) and / or the electrical connection of adjacent cells serve (series connection of the cells).
  • the separator plates can each have structures or form structures which, for. B. to supply the between adjacent
  • Separator plates arranged electrochemical cells are formed with one or more media and / or for the removal of reaction products.
  • the media may be fuels (eg, hydrogen or methanol) or reaction gases (eg, air or oxygen).
  • the separator plates may have structures for guiding a cooling medium through the respective separator plate, for. B. for guiding the cooling medium through a cavity which is enclosed by the two individual plates forming the separator plate.
  • the electrochemical cells disposed between the separator plates typically each include one or more electrolyte membranes (eg, in the case of fuel cells) or one or more water exchange membranes (eg, in the case of humidifier cells).
  • the electrochemical cells may also have gas diffusion layers which are preferably disposed on both sides of the membrane and which may help to improve the rate of media transfer or media exchange across the membrane.
  • the Gasdiffusionsiagen z. B. as metal or carbon nonwoven, humidifier also be made of plastic fleece.
  • known electrochemical systems typically have sealing elements, the z. B. may be molded or embossed in the form of dense beads in the Separatorplatten.
  • the sealing elements of adjacent separator plates of the stack can be supported against each other. It can be z. B. an edge region of the electrolyte membrane or the
  • the document US9590263B2 discloses a fuel cell stack with separator plates to which fixing elements with conical structures are attached laterally as separate components.
  • the conical structures of the fixing elements of adjacent separator plates engage each other so that they reduce a displacement of the separator plates relative to one another perpendicular to the stacking direction.
  • the production of these fixing elements and the attachment of the fixing elements to the separator plates can be material, labor and cost-intensive.
  • the present invention seeks to provide an electrochemical system with stacked Separatorplatten, which is as simple and inexpensive to produce, the
  • an electrochemical system is proposed at least first and second separator plates, each defining a plate plane and stacked in a stacking direction perpendicular to the plate planes;
  • first and second separator plates in particular an electrolyte membrane or a water exchange membrane, for forming an electrochemical cell between the first and second separator plates
  • the fixing elements comprise at least a first fixing element, which is formed integrally with the first separator plate, which is different from the at least one sealing element, which is spaced in a plane parallel to the plate planes of the separator plates from the at least one sealing element and at least in sections in the stacking direction projects beyond the plane of the first separator plate.
  • the fixing elements further comprise at least one second fixing element, which is formed integrally with the second separator plate, which is different from the at least one sealing element, which is spaced in a plane parallel to the plate planes of the separator plates from the at least one sealing element and at least in sections projects beyond the plate plane of the second separator plate in the stacking direction.
  • the first fixing element is supported on the second fixing element such that the second fixing element prevents displacement of the first separator plate relative to the second separator plate at least in one of two mutually adjacent directions along an axis or line aligned parallel to the plate planes.
  • the proposed electrochemical system is particularly simple and inexpensive to produce. Furthermore, this can be a particularly precise fixation of Separatorplatten be achieved relative to each other, as in the system proposed here, unlike in known systems with separate fixing elements, which must first be mounted on the Separatorplatten, no corresponding assembly tolerances occur.
  • the first and the second fixing element form z. B. a first fixing element pair.
  • the fixing elements of the first and second separator plates comprise further pairs of fixing elements of the type of this first pair of fixing elements, that is each with at least one further first and at least one further second fixing element of the type described above.
  • These further pairs of fixing elements are then preferably arranged in such a way and formed such that the entirety of the fixing element pairs of the first and the second separator plate effects a positive connection between the first and the second separator plate in all spatial directions parallel to the plane planes of the separator plates.
  • At least a portion of the membrane, or at least a portion of a frame connected to the membrane and enclosing the membrane, may be sandwiched between the fixing elements of the first and second
  • Separator plate in particular between said first fixing member and said second fixing member, received and / or pressed.
  • said membrane or frame section can then be received and arranged between the fixing elements of the first and second separator plates, and in particular between said first fixing element and said second fixing element, so as to electrically isolate these fixing elements from one another.
  • the electrochemical system comprises a plurality of separator plates of the type described above arranged in a stack. Usually then between each two adjacent separator plates of the stack in each case a sealed by a sealing element electrochemical cell is arranged, each comprising at least one membrane. And preferably, the separator plates of the stack each have fixing elements of the type described above with respect to the first and the second separator plate, wherein at least two fixing elements each adjacent
  • Separator plates as described above support each other so that they in each case prevent a displacement of the adjacent separator plates relative to one another in at least one of two mutually opposite directions along an axis or straight line aligned parallel to the plate planes.
  • the Fixiereiementprese adjacent Separatorpiatten the stack are thus arranged and designed so that they engage in their entirety in all spatial directions parallel to the plate planes of the separator plates positively into one another.
  • Separator plates each have a plurality of Fixierelementprese the type described above, the z. B. can be arranged in each case at opposite edges of the typically at least approximately rectangular separator plates.
  • the above first pair of fixing elements of the first and second separator plates may be arranged and configured to prevent displacement of the first separator plate relative to the second separator plate in a positive x direction parallel to the plate planes of the separator plates.
  • a second fixing element pair of the first and second separator plates may be provided, which is arranged and configured such that it prevents a displacement of the first separator plate relative to the second separator plate, even in the negative x direction.
  • the first and the second pair of fixing elements thus effect a positive connection between the first and the second separator plate along the x-direction.
  • the fixing elements of adjacent separator plates are designed in such a way that a pair of interlocking fixing elements of adjacent plates effects positive locking in more than one spatial direction parallel to the plate planes, e.g. B. in each case in at least two or in four spatial directions. Examples of this will be explained below.
  • At least a portion of the membrane, or at least a portion of a frame connected to the membrane and enclosing the membrane, may be sandwiched between the fixing elements of the first and second
  • Separator plate recorded membrane or frame section can, for. B. reduce or prevent slippage of the fixing relative to each other. In this way, for example, the sealing effect of the sealing element for sealing the electrochemical cell arranged between the separator plates can be improved. This can increase the efficiency and the life of the system. If the membrane or frame section is arranged between the fixing elements of the first and the second separator plate in such a way that it electrically insulates them from each other, it is, for. B. not required to install additional insulation in the fixing elements.
  • these fixing elements may alternatively or additionally also have an electrically insulating coating.
  • the Separatorplatten can each be formed from at least one metal sheet, for. B. each of at least one stainless steel sheet.
  • Separator plates may also each comprise two individual plates or each formed from two individual plates.
  • each of the individual plates may be formed of a metal sheet, for. B. from a Siemensbiech.
  • the individual plates may be integrally connected to form the respective separator plate, z. B. by welding, in particular by laser welding.
  • the separator plates or the individual plates then have sealing structures and / or channel structures formed in the respective separator plate or in the respective individual plate.
  • these sealing and / or Kanaistruktu- ren by embossing and / or by deep drawing in the Separatorplatten or in the individual plates may be formed.
  • the first fixing element and / or the second fixing element can / can be formed in the first separator plate, for. B. by embossing and / or by deep drawing.
  • Separator plates arranged electrochemical cell may comprise at least a first sealing element which is integrally formed with the first separator plate or with one of the individual plates of the first separator plate.
  • the first sealing element may comprise a first sealing bead formed in the first separator plate or in one of the individual plates of the first separator plate.
  • the at least one sealing element for sealing the electrochemical cell arranged between the separator plates may comprise at least one second sealing element, which is formed integrally with the second separator plate or with one of the individual plates of the second separator plate.
  • the second sealing element can be one in the second
  • Separatorpiatte molded second sealing bead include.
  • the first sealing bead and the second sealing bead can be supported against one another, preferably with at least a section-wise receiving of the membrane or of the membrane-bound frame enclosing the membrane between the first sealing bead and the second sealing bead.
  • the at least one sealing element for sealing off the electrochemical cell arranged between the first and the second separator plates can also be arranged between the first and the second separator plate and from the first and the second
  • Separatorpiatte comprise various sealing element, for. Legs
  • Elastomer seal This can for example be inserted between the Separatorplatten or glued or sprayed onto at least one of the separator plates.
  • the plate level of the respective Separatorpiatte z. B. be given by the non-deformed portions of the metal sheet from which this Separatorpiatte is formed. If the Separatorpiatten each comprise two individual plates, the plate plane of the respective Separatorpiatte z. Example, be given by a joint plane along which the individual plates that form this Separatorpiatte are connected together.
  • the fixing elements of the first and / or the second separator plate or at least some of them, in particular the first fixing element and / or the second fixing element, can be designed such that they are in the stacking direction via the at least one sealing element or at least one of the at least one Protruding sealing element.
  • first separator plate z For example, if a first sealing bead formed in the first separator plate comprises the fixing elements of the first separator plate or at least some of them, in particular the first fixing element, may be designed such that they project beyond this first sealing bead in the stacking direction, eg. B. at least 1.5 times or at least twice. And if the second separator plate z. If, for example, a second sealing bead formed in the second separator plate comprises, the fixing elements of the second separator plate or at least some of them, in particular the second fixing element, can be designed such that they project beyond this second sealing bead in the stacking direction, e.g. B. at least 1.5 times or at least twice.
  • Separator plate be arranged and designed such that a predetermined along the stacking direction distance of a plane in which the fixing elements of the first and second Separatorplatte positively engage, from the plane of the first separator plate is greater than one along the stacking direction and starting from the plane of the plate first
  • the fixing elements of the first and second separator plates can be arranged and configured in such a way that a spacing of a plane along which the fixing elements of the first and second separator plates engage in one another in a form-fitting manner grab, of the plane of the second separator plate is greater than a along the stacking direction and starting from the plate plane of the second separator plate certain maximum height of the at least one sealing element. If the first separator plate is formed of two individual plates, the
  • first separator plate in particular said first fixing element, integrally formed with at least one or with exactly one of the first separator plate forming individual plates. If the second separator plate is formed from two individual plates, the fixing elements of the second separator plate, in particular the second mentioned
  • Fixing element integrally formed with at least one or with exactly one of the second separator plate forming individual plates.
  • the fixing elements in particular the said first and second fixing elements, can each be arranged on one side of the at least one sealing element which is remote from the electrochemical cell sealed by the at least one sealing element or on one side remote from the electrochemically active region sealed by the at least one sealing element.
  • the fixing elements, in particular the named first and second fixing element, and the electrochemically active area of the separator plates can each be arranged on different sides of the at least one sealing element. It can thus be ensured that the fixing elements do not impair the flow of the membrane and / or the transfer of media across the membrane.
  • the fixing elements in particular the said first and second fixing elements, can be elastic at least in regions, in particular perpendicularly and / or parallel to the plate planes of the separator plates.
  • the fixing elements, in particular the said first and second fixing element, can be arranged by changing their shape and / or their
  • a change in the distance of the separator plates from each other can, for. B. due to a change in the operating temperature of the system, the at least partially a particular temporary deformation of Separatorpiatten and / or the at least one sealing element for sealing the between can cause the separator plates arranged electrochemical cell.
  • the elasticity of the fixing elements thus ensures that the fixing elements fulfill their function over a wide temperature range of the system.
  • the separator plates each comprise two interconnected individual plates, fixing elements or at least some of the fixing elements, in particular the said first and second fixing element, can accordingly be formed as extensions of the respective single plate formed integrally with at least one of the individual plates.
  • fixing elements or at least some of the fixing elements in particular the said first and second fixing element, can accordingly be formed as extensions of the respective single plate formed integrally with at least one of the individual plates.
  • both of the individual plates of the separator plates or at least some of the separator plates may have fixing elements in the form of extensions of this single plate.
  • the fixing elements formed as extensions of the separator plates or the individual plates, in particular the said first and second fixing element can be angled at least in sections relative to the plate plane of the respective separator plate. In these sections of the fixing elements which are angled with respect to the plate planes, the fixing elements typically have a straight course.
  • the angle which the fixing elements, in particular the said first and second fixing element, include with the plane of the respective separator plate or with a plane parallel to the plate plane of the respective separator plate can be at least section-wise between 91 degrees and 135 degrees, preferably at least in regions between 100 Degrees and 120 degrees.
  • the first and second separator plates may each have fixing elements in the form of extensions in the same corner region. These may be angled relative to the plate planes in the same direction along the stacking direction and, as described, parallel to the plate planes each have an at least partially curved cross-section. Appropriately designed fixing elements of the first and the second
  • Separator plate can then optionally be arranged nested taking the membrane or frame section along the stacking direction.
  • the fixing elements of the first and second separator plates designed as extensions of the separator plates or as extensions of the individual plates or at least some of them, in particular the first and second fixing element, can extend at least in one section in a plane aligned perpendicular to the plate planes of the separator plates the stacking direction have a U- or V-shaped cross-section.
  • the legs of this U- or V-shaped cross section may in particular have different lengths.
  • fixing elements of the first and of the second separator plate with the U-shaped or V-shaped cross section may, if appropriate, be arranged in such a manner as to intermesh with one another, taking up the said membrane or frame section between these fixing elements they each cause a positive connection in two spatial directions parallel to the plate planes of the first separator plate and the second separator plate.
  • At least one of the fixing elements of the first separator plate, in particular the said first fixing element, can be one of the second
  • This first elevated area can, for. B. in the first separator plate or in one of the individual plates of the first separator plates are formed, in particular impressed.
  • at least one of the fixing elements of the second separator plate, in particular the said second fixing element may have a second raised region facing the first separator plate.
  • This second elevated region can be formed in the second separator plate or in one of the individual plates of the second separator plate, in particular stamped.
  • the second elevated region of the second separator plate may have a depression which has a shape which is at least partially complementary to the first region of the first separator plate.
  • the first elevated area of the first separator plate may then be at least partially received in the recess of the second elevated area of the second separator plate, with the membrane or frame portion being received between the first elevation and the recess formed in the second elevation.
  • Separator plate can z. B. each case a positive connection in two independent directions are effected parallel to the plate planes of the separator plates.
  • FIG. 1 schematically shows an electrochemical system according to the invention with a multiplicity of separator plates, which are arranged in a stack;
  • FIG. 2a schematically shows a section from the stack of the system according to FIG. 1 according to a first embodiment in a sectional illustration
  • Fig. 2b shows schematically a perspective view of the detail of
  • FIG. 2c schematically shows the detail from FIG. 2a in a plan view
  • FIG. 3a schematically shows a section from the stack of the system according to FIG. 1 according to a second embodiment in a sectional illustration
  • Fig. 3b shows schematically a perspective view of the detail of
  • FIG. 3c is a schematic plan view of the detail of FIG. 3a;
  • FIG. FIG. 4a schematically shows a section from the stack of the system according to FIG. 1 according to a third embodiment in a sectional illustration;
  • FIG. 4c is a schematic plan view of the detail of FIG. 4a; FIG.
  • Fig. 5b schematically shows a perspective view of the detail of
  • FIG. 5c schematically shows the detail from FIG. 5a in a plan view
  • FIG. 6a schematically shows a section from the stack of the system according to FIG. 1 according to a fifth embodiment in a sectional view
  • Fig. 6b schematically shows a perspective view of the detail of
  • FIG. 6c is a schematic sectional view of the detail of FIG. 6a; FIG. such as
  • FIG. 6d schematically shows the detail from FIG. 6a in a plan view
  • Fig. 1 shows an inventive electrochemical system 1 with a
  • a plurality of identical metallic separator plates 2 which are arranged in a stack and stacked along a z-direction 8.
  • Separator plates 2 of the stack are clamped between two end plates 3, 4.
  • the z-direction 8 is also called Stapeicardi.
  • the Separator plates 2 each comprise two interconnected individual plates (see eg 2a).
  • the system 1 is a fuel cell stack.
  • Each two adjacent Separatorplatten 2 of the stack thus include between them an electrochemical cell, the z. B. the conversion of chemical energy into electrical energy is used.
  • the electrochemical cells usually each have one
  • the system 1 may also be designed as an electrolyzer, compressor or as a redox flow battery.
  • Separator plates can also be used in these electrochemical systems. The structure of these separator plates can then correspond to the structure of the separator plates 2 explained in more detail here, even if the media carried on or through the separator plates are in each case of the type used for a fuel cell system in an electrolyzer, in a compressor or in a redox flow battery Differentiate media.
  • the end plate 4 has a multiplicity of media connections 5, via which media can be supplied to the system 1 and can be discharged from the system 1 via the media. These system 1 can be fed and discharged from the system 1 media can, for.
  • fuels such as molecular hydrogen or methanol, reaction gases such as air or oxygen, reaction products such as water vapor or coolant such as water and / or glycol include.
  • FIGS. 2a-c schematically show a section of a stack 100 of the electrochemical system 1 shown in FIG. 1 according to a first embodiment.
  • Fig. 2a shows a sectional view of this section, wherein the sectional plane is aligned parallel to the xz plane.
  • FIG. 2b shows a perspective view of the detail shown in FIG. 2a.
  • Fig. 2c shows a plan view of the in Figs. 2a and 2b shown, wherein the viewing direction along the stacking direction 8 is aligned.
  • the in Figs. 2 a - c show a plurality of separator plates 2 a - e stacked along the stacking direction 8.
  • the separator plates 2a-e of the stack 100 are formed identically.
  • the stack 100 comprises two different types of separator plates, which are then arranged, for example, alternately.
  • the separator plates 2a-e each comprise two interconnected ne individual plates, which are here with 2a ', 2a ", 2b', 2b", etc. are designated.
  • the individual plates of the separator plates are each formed from metal sheets, for example from stainless steel sheets, which may be coated at least in sections. These metal sheets usually each have a thickness of less than 150 pm or less than 100 pm.
  • the individual plates are each material-bonded together, z. B. bonds by Sch Strukturur, in particular by laser welding connections.
  • the plate levels of the separator plates 2a-e are aligned perpendicular to the stacking direction 8, ie parallel to the xy plane.
  • the plate planes of the separator plates 2a-e may, for example, be given by the planes along which the individual plates of the separator plates are connected to each other. For this purpose, in Fig.
  • FIG. 2a shows, by way of example, the plate plane 20b of the separator plate 2b highlighted by a dashed line.
  • the separator plates each have structures for guiding the media, which, for. B. in the individual plates of the separator plates 2a-e are impressed.
  • These media management structures may include, for example, channels 10a and lands 10b defining the channels 10a.
  • MEA Membrane electrode unit
  • the MEAs 9a-d each comprise a membrane, in which GE showed here pertainsbeispiei especially in the form of an electrolyte membrane.
  • the MEAs 9a-d may each have gas diffusion layers (GDL) disposed on either side of the membrane.
  • GDL gas diffusion layers
  • the separator plates For sealing the electrochemical cells arranged between the separator plates 2a-e, the separator plates have sealing elements in a sealing region 11 in the form of sealing beads 11a ', 11a embossed into the individual plates 2a', 2a ", 2b ', 2b", etc. of the stack 100 ", 11b ', 11b” etc. on.
  • Gaskets 11a ', 11a ", 11b', 11b” etc. have along the stacking direction 8 and from the respective plane of the plate certain height 14, which is highlighted in Fig. 2a by way of example for the sealing bead 11b 'of the single plate 11b - here is the Material thickness of the single plate 11b counted.
  • the sealing region 11 completely surrounds the active region 10 with the sealing lips 11a ', 11a ", 11b', 11b", etc. (not shown here).
  • two sealing beads are supported on mutually facing sides of adjacent separator plates against each other, in each case by receiving a frame which is connected to the membrane of the MEA arranged between the respective separator plates and which encloses this membrane, between the respective sealing beads.
  • These frames are designated by 12a-d in FIG. 2a.
  • FIG. 2a in the single plate 2a "of the separator 2a imprinted sealing bead 11a" is supported against the embossed into the single plate 2b 'separator plate 2b sealing bead 11b', wherein the frame 12a, the membrane between the separator 2a and 2b arranged MEA 9a is included, between the sealing beads 11a "and 11b 'is recorded etc.
  • sealing beads 11a ', 11a ", 11b', 11b” etc. for sealing the electrochemical cells may also be provided by the separator plates 2a-e, e.g. B. in the form of between each two adjacent separator plates arranged elastomeric seals. These can be z. B. each inserted between the Separatorplatten or glued to the Separatorplatten or ceremoniessp scratched.
  • the separator plates 2a-e further have fixing elements 13a-e which have the function of positioning and fixing the separator plates 2a-e in parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e relative to each other.
  • the fixing elements 13 a - e as extensions of the separator plates 2 a - e are at the edge of the Separator plates 2a-e formed.
  • Each of the fixing elements 13a-e in Fig. 2a is given by an extension in each case exactly one of the Einzeiplatten 2a ", 2b", 2c “, 2d", 2e "the separator plates 2a-e of the stack 100 and formed integrally with these individual plates.
  • integrality means, in particular, that the at least one fixing element is produced integrally with the corresponding individual plate, ie not attached, and thus necessarily also entails material uniformity, although, for example, the thickness does not have to be consistent throughout.
  • the fixing elements 13a-e are each on a side facing away from the active region 10 side of the densities 11a ', 11a ", 11b', 11b", etc.
  • the fixing elements 13a-e are different from the sealing beads 11a ', 11a ", 11b', 11b” and so on and spaced therefrom in a direction parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e, in particular in the x-direction 6 in FIG. 2a.
  • the extensions of the individual plates 2a “, 2b", 2c “, 2d”, 2e "forming the fixing elements 13a-e are each bent relative to the plate planes of the individual plates to the stacking direction, in particular to the positive z-direction 8 in FIG
  • the sections of the fixing elements 13a-e running straight in the illustrated cross-section close with the plate planes of the separator plates 2a-e or with the plate planes of the separator plates 2a-e parallel planes each have an angle a in Fig. 2a, the angle a has a
  • angle a may also assume other values, for. B. 91 degrees ⁇ a ⁇
  • Separator plate z At least 1.1 times, at least 1.5 times or at least twice the maximum height of the sealing elements of this separator plate.
  • the fixing element 13b of the separator plate 2b projects beyond the height 14 of the sealing bead 11b 'of the separator plate 2b along the stacking direction 8, here z.
  • B. at least three times the height of the 14th
  • the fixing elements 13a-e of the separator plates 2a-e of the stack 100 are nested one inside the other.
  • at least one section or extension of the frame is received and pressed between the fixing elements of adjacent separator plates in the exemplary embodiment shown here, which is connected to the membrane of the MEA arranged between the respective separator plates and which encloses this membrane.
  • the frame 12a is received and compressed, which is connected to the membrane MEA 9a, which is arranged between the separator plates 2a and 2b.
  • the frame 12b is received and pressed between the fixing members 13b and 13c of the separator plates 2b and 2c, and so on.
  • the frames 12a-d are respectively received in such a way between the fixing elements 13a-e of the separator plates 2a-e that they extend over at least the entire overlap area of the fixing elements adjoining them and thus insulate them from each other completely electrically.
  • the frame 12a is received and arranged between the fixing elements 13a and 13b such that it extends over the entire area in which the fixing elements 13a and 13b overlap one another and come into contact could.
  • the portion of the frame 12a received between the fixing elements 13a and 13b prevents an undesired electrical short circuit between the separator plates 2a and 2b or between the individual plates 2a "and 2b" in the region of the fixing elements 13a and 13b.
  • the nesting of the fixing elements 13a-e of the separator plates 2a-e causes the fixing elements of adjacent separator plates to rest against one another by receiving one of the frames 12a-d between these fixing elements.
  • the fixing element 13a of the separator plate 2a is supported z.
  • Separator plates 2a-e preferably further to the fixing elements 13a-e corresponding fixing elements, which are arranged on each other along the y-direction 7 ge opposite sides of the separator plates 2a-e.
  • the fixing elements arranged on all sides of the separator plates 2a-e jointly generate in each case a positive connection between adjacent separator plates of the stack 100 in the x-y plane. In this way, the fixing elements 13a-e contribute to positioning and fixing the separator plates 2a-e relative to each other.
  • the fixing elements 13a-e are at least partially elastic so that, by changing their shape and / or their orientation, they can follow a change in a spacing of the separator plates 2a-e along the stacking direction 8 from each other.
  • the angle a by which the straight ends of the fixing members 13a-e are angled with respect to the plate planes of the separator plates 2a-e may be slightly changed due to the elasticity of the fixing members 13a-e.
  • the elasticity of the extensions of the separator plates 2a-e or of the individual plates 2a “, 2b", 2c “, 2d", 2e "forming the fixing elements 13a-e can be given, for example, by their length being greater than their respective lengths
  • a length 17 of the fixing elements 13a-e may each be at least three times or at least five times as great as a width 18 of the fixing elements 13a-e (see Fig. 2b).
  • the width 18 of the fixing elements 13a-e may, for example, be parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e and perpendicular to the thickness direction of the separator plates 2a-e or the individual plates 2a ", 2b".
  • FIGS. 3a-c schematically show a section of a stack 200 of the electrochemical system 1 shown in FIG. 1 according to a second embodiment.
  • FIG. 3a shows a sectional view of this detail, wherein the sectional plane is aligned parallel to the x-z plane.
  • FIG. 3b shows a perspective view of the detail shown in FIG. 3a.
  • Fig. 3c shows a plan view of the in Figs. 3a and 3b shown detail.
  • the viewing direction in FIG. 3c is not aligned along the stacking direction 8, but along a direction which is angled with respect to the plate planes of the separator plates 2a-e by the angle a and parallel to the straight ends of the fixing elements 13a-e is aligned.
  • the stack 200 according to FIGS. 3a-c differs from the stack 100 according to FIGS. 2a-c in that the extensions of the individual plates 2a ", 2b", 2c “, 2d", 2e "forming the fixing elements 13a-e increase their height (See Fig. 3c)
  • the bead-like depression 21a 'stamped into the fixing element 13a can be seen particularly well in Fig.
  • the bead-like depressions 21a ', 21b', 21c ', 21d', 21e 'of the fixing elements 13a-e of the stack 200 each have an oblong shape and follow the course of the straight ends of the fixing elements 13a-e
  • the illustration of Fig. 3c shows that the bead-like depressions are nested in one another
  • the nested recesses 21a ', 21b', 21c ', 21d', 21e 'of the fixing elements 13a-e effect between adjacent separator plates of the stack 200 additionally form a shape along the y-direction 7.
  • the frames 12a-d at the stack 200 shown in FIGS. 3a-c are not received between the fixing elements 13a-e.
  • the fixing elements 13a-e of the stack 200 each have at least one end one side an electrically insulating coating 19.
  • the extensions of the individual plates 2a ", 2b", 2c ", 2d", 2e "forming the fixing elements 13a-e each have an electrically insulating coating 19a-e at least in their positive z-direction 8 and the positive x-direction.
  • FIGS. 4a-c schematically show a section of a stack 300 of the electrochemical system 1 shown in FIG. 1 according to a third embodiment.
  • Fig. 4a shows a sectional view of this section, wherein the sectional plane is aligned parallel to the x-z plane.
  • 4b shows a perspective view of the detail shown in FIG. 4a.
  • Fig. 4c shows a plan view of the in Figs. 4a and 4b, the viewing direction being aligned along the stacking direction 8, as in FIG. 2c.
  • the stack 300 according to FIGS. 4a-c differs from the stack 100 according to FIGS. 2a-c in that the separator plates 2a-e each have two fixing elements, each of which is formed by an extension of exactly one of the individual plates of the respective separator plate.
  • the separator plate 2a has a first fixing element 13a 'formed by an extension of the single plate 2a' and a second fixing element 13a formed by an extension of the single plate 2a ".
  • the separator plate 2b has a first fixing member 13b 'formed by an extension of the single plate 2b' and a second fixing member 13b formed by an extension of the single plate 2b ", etc.
  • FIG Stacks 300 are bent relative to the plate planes of the separator plates 2a-e in the same direction parallel to the stacking direction 8.
  • the fixing of the mutually facing individual plates adjacent separator plates are nested, as before each receiving one of the frame 12a-d or each receiving at least a portion of the frame 12a-d between these fixing elements.
  • the fixing member 13a "of the separator plate 2a and the fixing member 13b 'of the separator plate 2b are nested by receiving the frame 12a between the fixing members 13a" and 13b'.
  • the fixing member 13b "of the separator plate 2b and the fixing member 13c 'of the separator plate 2c are nested by receiving the frame 12b between the fixing members 13b" and 13c', etc.
  • the fixing elements 13a ', 13a ", 13b', 13b” etc. of the stack 300 according to FIGS. 4a-c are respectively arranged in corner regions of the separator plates 2a-e.
  • the fixing elements 13a ', 13a ", 13b', 13b", etc. of the stack 300 are also each formed such that their cross section parallel to the plate planes of the Separatorpiatten 2a-e at least in a portion along the stacking direction 8 a curved or arcuate Course has, z. B. in the form of a circular arc.
  • the extensions forming the fixing elements 13a ', 13a ", 13b', 13b” etc. of the stack 300 widen conically at least in sections in the stacking direction 8.
  • the adjacent fixing elements of adjacent separator plates are arranged in two directions.
  • the fixing elements 13a "and 13b 'For the positive but reversible connection of the separator plates 2a-e in all four spatial directions parallel to the plate planes of the separator plates, the separator plates 2a-e of the stack 300 preferably each have at least two pairs of fixing elements of the type shown in Figures 4a-c at diagonally opposite corners of the separator plates 2a-e.
  • FIGS. 5a-c schematically show a detail of a stack 400 of the electrochemical system 1 shown in FIG. 1 according to a fourth embodiment.
  • 5a shows a sectional view of this detail, wherein the sectional plane is aligned parallel to the x-z plane.
  • FIG. 5b shows a perspective view of the detail shown in FIG. 5a.
  • Fig. 5c shows a plan view of the in Figs. 5a and 5b, wherein the viewing direction, as in FIG. 3c, is oriented along an angle with respect to the plate planes of the separator plates 2a-e by the angle a, which is parallel to the straight ends of the fixing elements 13a ', 13a ", 13b', 13b ", etc. of the stack 400.
  • each of the separator plates 2a-e of the stack 400 shown in FIGS. 5a-c each have two fixing elements, each of which is formed by an extension of exactly one of the individual plates of the respective Separatorpiatte, said extensions z. B. are arranged laterally at the edges of the separator plates 2a-e, similar to the Fixierelemen- th 13a-e of the stack 100 shown in FIGS. 2a-c.
  • the extensions of the individual plates 2a ', 2a “, 2b', 2b", etc. of the stack 400 forming the fixing elements 13a ', 13a ", 13b', 13b", etc. have xz aligned in the plane perpendicular to the plate planes of the separator plates 2a-e Plane each at least in a section along the stacking direction 8 a U- or V-shaped cross-section.
  • the U- or V-shape is not symmetrical.
  • the outer straight ends of the fixing elements of the individual plates of the same separator plate are supported at least in sections against each other and can optionally be connected together along this section, e.g. B. by a cohesive connection, in particular by a welded connection.
  • the outer straight ends of the fixing elements 13a ', 13a “forming extensions of the individual plates 2a', 2a" of the separator 2a at least in sections against each other.
  • the outer straight ends of the extensions of the individual plates 2b ', 2b "forming the fixing elements 13b', 13b” of the separator plate 2b are supported at least in sections against one another, etc.
  • the fixing members 13a “, 13b”, etc. of the single plates 2a “, 2b”, etc. protrude further from the plate plane 20a, 20b, etc. than the fixing members 13a ', 13b', etc. of the single plates 2a ', 2b', etc
  • the frame 12a, 12b etc. always protrudes at least as far as the shorter one both adjoining fixing elements so that it completely electrically insulated against each other. Similar to the stack 300 according to FIGS. 4a-c are in each case the fixing elements of the mutually facing individual plates adjacent
  • Separator plate 2b and the fixing member 13c 'of the single plate 2c' of the separator plate 2c are nested by receiving the frame 12b between the fixing members 13b "and 13c ', etc.
  • the cross-sectionally U-shaped or V-shaped fixing elements of the mutually facing individual plates of adjacent separator plates are each nested in such a way that they effect a fixation of the separator plates parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e in both orientations of the x-direction 6.
  • the fixing member 13a "of the single plate 2a" of the separator plate 2a is supported on the fixing member 13b 'of the single plate 2b' of the separator plate 2b in a plane parallel to the plate planes of the separator plate 2b
  • the fixing elements 13a "and 13b 'can serve as guide structures when stacking the separator plates 2a and 2b and thus facilitate the assembly of the stack 400.
  • FIGS. 6a-d schematically show a section of a stack 500 of the electrochemical system 1 shown in FIG. 1 according to a fifth embodiment.
  • FIG. 6a shows a sectional view of this detail, the sectional plane 26 (see FIG. 6d) being aligned parallel to the xz plane.
  • Fig. 6b shows a perspective view of the detail shown in Fig. 6a.
  • Fig. 6c shows a further sectional view of this detail, wherein the Sectional plane 27 according to FIG. 6c is aligned parallel to the sectional plane according to FIG. 6a (see FIG. 6d).
  • Fig. 6d shows a plan view of the in Figs. 6a-c shown section, wherein the viewing direction along the stacking direction 8 is aligned.
  • Fig. 6d are further the sectional planes 26, 27 of FIGS. 6a, 6c highlighted by dashed lines.
  • the separator plates 2a-e of the stack 500 each have fixing elements in the form of raised regions 22a ', 22a ", 22b', 22b", 22c ', 22c ", 22d', 22d", 22e 'formed in the separator plates 2a-e, In this case, the raised areas forming the fixing elements are adjacent to one another
  • Separator plates are arranged in each case and formed complementary to one another such that they engage in each other at least in a plane parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e, as in some of the embodiments previously shown each receiving at least a portion of the frame 12a d between the raised areas of adjacent Separatorplatten. Furthermore, the raised regions 22a ', 22a “, 22b', 22b", 22c ', 22c ", 22d', 22d", 22e ', 22e "are each arranged outside the active region 10.
  • the individual plates 2a”, 2b “, 2c “, 2d”, 2e “of the separator plates 2a-e of the stack 500 each have a first raised region 22a", 22b “, 22c”, 22d “, 22e” molded into the respective individual plate and integrally formed with the respective single plate.
  • a height 24a "of the first raised portion 22a" of the single plate 2a "determined from the plate plane 20a of the separator plate 2a and along the stacking direction 8 is greater than one determined from the same plate plane 20a and along the stacking direction 8 Height 25a "of the sealing bead 11a" the same single plate 2a ".
  • the individual plates 2a ', 2b', 2c ', 2d', 2e 'of the separator plates 2a-e of the stack 500 each have a second raised portion 22a', 22b ', 22c' molded into the respective single plate and integrally formed with the respective single plate. , 22d ', 22e' up.
  • the second raised portions 22a ', 22b', 22c ', 22d', 22e 'e ach protrude in the positive z-direction 8, to the same extent like the sealing beads 11a ', 11b', 11c ', lld', Ile 'from the single plate 2a', 2b ',
  • a height 24b 'of the second raised portion 22b' of the single plate 2b 'determined from the plate plane 20b of the separator plate 2b and along the stacking direction 8 is substantially equal to a height 25b' determined from the same plate plane 20b and along the stacking direction 8. the sealing bead 11b 'of the same single plate 2b'.
  • the second raised areas 22a ', 22b', 22c ', 22d', 22e 'of the individual plates 2a', 2b ', 2c', 2d ', 2e' pointing in the positive z-direction 8 each have a recess 23a ', 23b ', 23c', 23d ', 23e' up.
  • the first raised regions 22a “, 22b”, 22c “, 22d”, 22e “of the individual plates 2a", 2b “, 2c", 2d “, 2e” pointing in the negative z-direction 8 each have one to the depressions 23a ', 23b', 23c ', 23d', 23e 'of the second raised portions 22a', 22b ', 22c', 22d ', 22e' are complementary in shape and each receiving at least a portion of one of the frames 12a-d in Figs Recesses 23a ', 23b', 23c ', 23d', 23e 'of the second raised portions 22a', 22b ', 22c', 22d ', 22e' taken.
  • 22e 'and second raised portions 22a', 22b ', 22c', 22d ', 22e' are each formed and arranged to be complementary to each other such that each pair of first and second raised portions in the facing individual plates of adjacent separator plates 2a-e form fit in two Directions parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e causes.
  • the recesses 23a ', 23b', 23c ', 23d', 23e 'of the second raised portions 22a', 22b ', 22c', 22d ', 22e' each have a circular cross section parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e. which widens conically in the positive z-direction 8 at least in sections.
  • the second region 22a 'of the single plate 2a' of FIG. 6b by way of example, the second region 22a 'of the single plate 2a' of FIG. 6b
  • Separator plate 2a shown with the recess 23a ', wherein the recess 23a' in the positive z-direction 8 at least partially conically widens.
  • the first raised portions 22a “, 22b", 22c “, 22d”, 22e “have parallel to the plate planes of the separator plates 2a-e, for example, one each to the recesses 23a ', 23b', 23c ', 23d', 23e 'the second raised areas 22a ', 22b', 22c ', 22d', 22e 'complementary round cross-section, which tapers conically in the negative z-direction 8 at least in sections.

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Abstract

Das vorliegende Dokument betrifft ein elektrochemisches System (1) mit zwei metallischen Separatorplatten (2a, 2b), mit einer zwischen den Separatorplatten (2a, 2b) angeordneten und von mindestens einem Dichtelement (11a", 11b') abgedichteten elektrochemischen Zelle und mit Fixierelementen (13a, 13b) zum Fixieren der Separatorplatten (2a, 2b). Die Fixierelemente umfassen wenigstens zwei Fixierelemente (13a, 13b), die einstückig mit der ersten (2a) bzw. mit der zweiten Separatorplatte (2b) ausgebildet sind, die von dem mindestens einen Dichtelement (11a", 11b') verschieden sind, die parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten (2a, 2b) von dem mindestens einen Dichtelement (11a", 11b') beabstandet sind und die wenigstens abschnittweise in einer Stapelrichtung (8) über die Plattenebenen der Separatorplatten (2a, 2b) hinaus ragen. Dabei stützt sich das erste Fixiereiement (13a) derart an dem zweiten Fixierelement (13b) ab, dass das zweite Fixierelement (13b) eine Verschiebung der ersten Separatorplatte (2a) relativ zur zweiten Separatorplatte (2b) wenigstens in einer von zwei einander entgegengesetzten Richtungen entlang einer parallel zu den Plattenebenen ausgerichteten Achse verhindert.

Description

Elektrochemisches System
Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches System mit wenigstens zwei Separatorplatten und einer zwischen den Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zeile.
Bekannte elektrochemische Systeme umfassen normalerweise einen Stapel elektrochemischer Zellen, die jeweils durch Separatorplatten voneinander getrennt sind. Der Begriff elektrochemische Zelle soll im Rahmen dieses Do- kuments insbesondere Zellen zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie (z. B. Brennstoffzellen), zum Induzieren einer chemischen Reaktion durch Zuführen elektrischer Energie (z. B. Elektrolysezellen) oder zum Austausch von Feuchtigkeit zwischen Gasen (z. B. Befeuchterzellen) um- fassen.
Typischerweise sind die Separatorplatten aus zwei zusammengefügten Einzel platten gebildet. Die Einzelplatten der Separatorplatte können stoffschlüssig zusammengefügt sein, z. B. durch eine oder mehrere Schweißverbindungen, insbesondere durch eine oder mehrere Laserschweißverbindungen. Ferner weisen die Separatorplatten üblicherweise jeweils wenigstens eine oder meh- rere Durchgangsöffnungen auf. Durch die Durchgangsöffnungen hindurch können die Medien und/oder die Reaktionsprodukte zu den zwischen be- nachbarten Separatorplatten des Stapels angeordneten elektrochemischen Zellen oder in den von den Einzeiplatten der Separatorplatte gebildeten In- nenraum geleitet oder von Zellen bzw. aus dem Innenraum abgeleitet wer den.
Die genannten Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Die Separatorplatten können jeweils Strukturen aufwei- sen oder bilden, die z. B. zur Versorgung der zwischen benachbarten
Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten aus- gebildet sind. Bei den Medien kann es sich um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol) oder um Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) handeln. Ferner können die Separatorplatten Strukturen zum Führen eines Kühlmedi- ums durch die jeweilige Separatorplatte aufweisen, z. B. zum Führen des Kühlmediums durch einen Hohlraum, der von den beiden die Separatorplatte bildenden Einzelplatten eingeschlossenen wird.
Die zwischen den Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zellen umfassen typischerweise jeweils eine oder mehrere Elektrolytmembranen (z. B. im Fall von Brennstoffzellen) oder eine oder mehrere Wasseraustauschmembranen (z. B. im Fall von Befeuchterzellen). Neben der Membran können die elektrochemischen Zellen zudem Gasdiffusionslagen aufweisen, die vorzugsweise beiderseits der Membran angeordnet sind und die die Rate eines Medientransfers oder eines Medienaustauschs über die Membran verbessern helfen können. Die Gasdiffusionsiagen können z. B. als Metall- oder Kohlen- stoffvlies, bei Befeuchterzellen auch aus Kunststoffvlies ausgebildet sein.
Zum Abdichten der elektrochemischen Zellen und/oder zum Abdichten der von den Durchgangsöffnungen in den Separatorplatten gebildeten Medienka- näle gegenüber der Umgebung oder gegenüber anderen Bereichen des jewei ligen elektrochemischen Systems weisen bekannte elektrochemische Systeme typischerweise Dichtelemente auf, die z. B. in Form von Dichtsicken in die Separatorplatten eingeformt oder eingeprägt sein können. Die Dichtelemente benachbarter Separatorplatten des Stapels können sich aneinander abstützen. Dabei kann z. B. ein Randbereich der Elektrolytmembran bzw. der
Befeuchtermembran der elektrochemischen Zelle zwischen den einander abstützenden Dichtelementen der benachbarten Separatorplatten aufgenommen sein.
Zur möglichst präzisen Ausbildung von Kanälen und/oder Dichtelementen durch die Separatorplatten des elektrochemischen Systems und/oder zwischen den Separatorplatten des elektrochemischen Systems sollten die Separatorplatten mit möglichst großer Genauigkeit relativ zueinander fixierbar sein. Aus dem Dokument US9590263B2 ist ein Brennstoffzellenstapel mit Separatorplatten bekannt, an denen seitlich Fixierelemente mit konischen Strukturen als separate Bauteile angebracht sind. Die konischen Strukturen der Fixierelemente benachbarter Separatorplatten greifen ineinander, so dass sie eine Verschiebung der Separatorplatten relativ zueinander senkrecht zur Stapelrichtung verringern. Die Herstellung dieser Fixierelemente und das Anbringen der Fixierelemente an den Separatorplatten kann jedoch material-, arbeits- und kostenintensiv sein. Zudem ist es schwierig, mit der in dem Dokument US9590263B2 offenbarten Lösung eine hinreichend präzise Fixierung der Separatorplatten relativ zueinander zu erzielen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches System mit gestapelten Separatorplatten zu schaffen, das möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei die
Separatorplatten des Systems möglichst genau relativ zueinander
positionierbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrochemisches System gemäß An- spruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorgeschlagen wird somit ein elektrochemisches System mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Separatorplatte, die je- weils eine Plattenebene definieren und die in einer Stapelrichtung senkrecht zu den Plattenebenen gestapelt sind;
mit einer zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte ange- ordneten Membran, insbesondere einer Elektrolytmembran oder einer Was- seraustauschmembran, zur Ausbildung einer elektrochemischen Zelle zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte; und
mit mindestens einem Dichteiement zum Abdichten der elektrochemischen Zelle; und
mit Fixierelementen zum Fixieren der Separatorplatten gegenüber Verschiebungen der Separatorplatten relativ zueinander parallel zu den Plat- tenebenen der Separatorplatten.
Die Fixierelemente umfassen wenigstens ein erstes Fixierelement, das einstückig mit der ersten Separatorplatte ausgebildet ist, das von dem mindestens einen Dichtelement verschieden ist, das in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten von dem mindestens einen Dichtelement beabstandet ist und das wenigstens abschnittweise in der Stapelrichtung über die Plattenebene der ersten Separatorplatte hinaus ragt. Die Fixierelemente umfassen weiter wenigstens ein zweites Fixierelement, das einstückig mit der zweiten Separatorpiatte ausgebildet ist, das von dem mindestens einen Dicht- eiement verschieden ist, das in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten von dem mindestens einen Dichtelement beabstandet ist und das wenigstens abschnittweise in der Stapelrichtung über die Plattenebe- ne der zweiten Separatorplatte hinaus ragt. Das erste Fixierelement stützt sich derart an dem zweiten Fixierelement ab, dass das zweite Fixierelement eine Verschiebung der ersten Separatorplatte relativ zur zweiten Separatorplatte wenigstens in einer von zwei einander e ntgege ngesetzten Richtungen entlang einer parallel zu den Plattenebenen ausgerichteten Achse oder Geraden verhindert.
Dadurch, dass das erste Fixierelement einstückig mit der ersten
Separatorplatte ausgebildet ist und dass das zweite Fixierelement einstückig mit der zweiten Separatorplatte ausgebildet ist, ist das hier vorgeschlagene elektrochemische System besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Ferner kann dadurch eine besonders präzise Fixierung der Separatorplatten relativ zueinander erzielt werden, da bei dem hier vorgeschlagenen System anders als bei bekannten Systemen mit separaten Fixierelementen, die erst an den Separatorplatten montiert werden müssen, keine entsprechenden Mon- tagetoleranzen auftreten.
Das erste und das zweite Fixierelement bilden z. B. ein erstes Fixierelement- paar. Typischerweise umfassen die Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorplatte weitere Fixierelementpaare von der Art dieses ersten Fixier- elementpaares, also jeweils mit wenigstens einem weiteren ersten und mit wenigstens einem weiteren zweiten Fixierelement der oben beschriebenen Art. Diese weiteren Fixierelementpaare sind dann vorzugsweise derart ange- ordnet und ausgebildet, dass die Gesamtheit der Fixierelementpaare der ers- ten und der zweiten Separatorplatte einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte in allen Raumrichtungen parallel zu den Plat- tenebenen der Separatorplatten bewirkt.
Wenigstens ein Abschnitt der Membran oder wenigstens ein Abschnitt eines mit der Membran verbundenen und die Membran einfassenden Rahmens kann zwischen den Fixierelementen der ersten und der zweiten
Separatorplatte, insbesondere zwischen dem genannte ersten Fixierelement und dem genannten zweiten Fixierelement, aufgenommen und/oder verpresst sein. Insbesondere kann der genannte Membran- oder Rahmenab- schnitt dann derart zwischen den Fixierelementen der ersten und der zweiten Separatorplatte, und insbesondere zwischen dem genannten ersten Fixier element und dem genannten zweiten Fixierelement aufgenommen und ange- ordnet sein, dass er diese Fixierelemente elektrisch voneinander isoliert.
Üblicherweise umfasst das elektrochemische System eine Vielzahl von Separatorplatten der oben beschriebenen Art, die in einem Stapel angeordnet sind. Gewöhnlich ist dann zwischen je zwei benachbarten Separatorplatten des Stapels jeweils eine von einem Dichtelement abgedichtete elektrochemi- sche Zelle angeordnet, die jeweils wenigstens eine Membran umfasst. Und vorzugsweise weisen die Separatorplatten des Stapels jeweils Fixierelemente der oben in Bezug auf die erste und die zweite Separatorplatte beschriebenen Art auf, wobei sich wenigstens je zwei Fixierelemente benachbarter
Separatorplatten wie oben beschrieben derart aneinander abstützen, dass sie jeweils eine Verschiebung der benachbarten Separatorplatten relativ zuei- nander wenigstens in einer von zwei einander entgegengesetzten Richtungen entlang einer parallel zu den Plattenebenen ausgerichteten Achse oder Geraden verhindern. Vorzugsweise sind die Fixiereiementpaare benachbarter Separatorpiatten des Stapels also derart angeordnet und ausgebildet, dass sie in ihrer Gesamtheit in allen Raumrichtungen parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten formschlüssig ineinander greifen.
Um zwischen benachbarten Separatorplatten einen Formschluss in allen vier Raumrichtungen parallel zu den Plattenebenen zu bewirken, können die
Separatorplatten jeweils mehrere Fixierelementpaare der oben beschriebe- nen Art aufweisen, die z. B. jeweils an einander gegenüberliegenden Kanten der typischerweise zumindest näherungsweise rechteckigen Separatorplatten angeordnet sein können. Beispielsweise kann das oben genannte erste Fixier- elementpaar der ersten und der zweiten Separatorplatte derart angeordnet und ausgebildet sein, dass es eine Verschiebung der ersten Separatorplatte relativ zur zweiten Separatorplatte in einer positiven x-Richtung parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten verhindert. Dann kann z. B. ferner ein zweites Fixierelementpaar der ersten und der zweiten Separatorplatte vorgesehen sein, das derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es eine Ver- schiebung der ersten Separatorplatte relativ zur zweiten Separatorplatte auch in der negativen x-Richtung verhindert. In diesem Fall bewirken das erste und das zweite Fixierelementpaar also einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte entlang der x-Richtung. Es ist jedoch auch denk- bar, dass die Fixierelemente benachbarter Separatorplatten derart ausgebildet sind, dass ein Paar ineinandergreifender Fixierelemente benachbarter Platten einen Formschluss in mehr als einer Raumrichtung parallel zu den Plattenebenen bewirkt, z. B. jeweils in wenigstens zwei oder in vier Raumrichtungen. Beispiele dazu werden weiter unten näher erläutert.
Wenigstens ein Abschnitt der Membran oder wenigstens ein Abschnitt eines mit der Membran verbundenen und die Membran einfassenden Rahmens kann zwischen den Fixierelementen der ersten und der zweiten
Separatorplatte oder zwischen einigen von ihnen aufgenommen und/oder verpresst sein, insbesondere zwischen dem genannten ersten Fixierelement und dem genannten zweiten Fixierelement. Insbesondere kann der genannte Membran- oder Rahmenabschnitt derart zwischen diesen Fixierelementen der ersten und der zweiten Separatorplatte aufgenommen und angeordnet sein, dass er sie elektrisch voneinander isoliert. Der zwischen den Fixierelementen der ersten Separatorplatte und den Fixierelementen der zweiten
Separatorplatte aufgenommene Membran- oder Rahmenabschnitt kann z. B. ein Verrutschen der Fixierelemente relativ zueinander verringern oder verhin- dern. Auf diese Weise kann beispielsweise die Dichtwirkung des Dichtele- ments zum Abdichten der zwischen den Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zelle verbessert werden. Dies kann die Effizienz und die Lebensdauer des Systems erhöhen. Wenn der Membran- oder Rahmenab- schnitt derart zwischen den Fixierelementen der ersten und der zweiten Separatorplatte angeordnet ist, dass er diese elektrisch voneinander isoliert, ist es z. B. nicht erforderlich, eine zusätzliche Isolierung im Bereich der Fixierelemente anzubringen.
Zum elektrischen Isolieren der Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorpiatte voneinander, insbesondere zum elektrischen Isolieren des ersten Fixierelements vom zweiten Fixierelement, können diese Fixierelemente alternativ oder zusätzlich auch eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.
Die Separatorplatten können jeweils aus wenigstens einem Metallblech gebildet sein, z. B. jeweils aus wenigstens einem Edelstahlblech. Die
Separatorplatten können auch jeweils zwei Einzelplatten umfassen oder jeweils aus zwei Einzelplatten gebildet sein. In diesem Fall kann jeder der Einzelplatten aus einem Metallblech gebildet sein, z. B. aus einem Edelstahlbiech. Die Einzelplatten können zur Ausbildung der jeweiligen Separatorplatte stoffschlüssig miteinander verbunden sein, z. B. durch Schweißverbindungen, insbesondere durch Laserschweißverbindungen. Typischerweise weisen die Separatorplatten bzw. die Einzelplatten dann in die jeweilige Separatorplatte bzw. in die jeweilige Einzelplatte eingeformte Dichtstrukturen und/oder Kanalstrukturen auf. Beispielsweise können diese Dicht- und/oder Kanaistruktu- ren durch Prägen und/oder durch Tiefziehen in die Separatorplatten bzw. in die Einzelplatten eingeformt sein. Auch das erste Fixierelement und/oder das zweite Fixierelement können/kann in die erste Separatorplatte eingeformt sein, z. B. durch Prägen und/oder durch Tiefziehen. Das mindestens eine Dichtelement zum Abdichten der zwischen den
Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zelle kann wenigstens ein erstes Dichtelement umfassen, das einteilig mit der ersten Separatorplatte bzw. mit einer der Einzelplatten der ersten Separatorplatte ausgebildet ist.
Das erste Dichtelement kann eine in die erste Separatorplatte bzw. eine in eine der Einzelplatten der ersten Separatorplatte eingeformte erste Dichtsicke umfassen. Zusätzlich kann das mindestens eine Dichtelement zum Abdichten der zwischen den Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zelle wenigstens ein zweites Dichtelement umfassen, das einteilig mit der zweiten Separatorplatte bzw. mit einer der Einzelplatten der zweiten Separatorplatte ausgebildet ist. Das zweite Dichtelement kann eine in die zweite
Separatorpiatte bzw. eine in eine der Einzelplatten der zweiten
Separatorpiatte eingeformte zweite Dichtsicke umfassen. Die erste Dichtsicke und die zweite Dichtsicke können sich gegeneinander abstützen, vorzugsweise unter wenigstens abschnittweiser Aufnahme der Membran oder des mit der Membran verbundenen und die Membran einfassenden Rahmens zwischen der ersten Dichtsicke und der zweiten Dichtsicke.
Alternativ oder zusätzlich kann das wenigstens eine Dichtelement zum Ab- dichten der zwischen der ersten und der zweiten Separatorpiatte angeordne- ten elektrochemischen Zelle auch ein zwischen der ersten und der zweiten Separatorpiatte angeordnetes und von der ersten und der zweiten
Separatorpiatte verschiedenes Dichtelement umfassen, z. B. eine
Elastomerdichtung. Diese kann beispielsweise zwischen den Separatorplatten eingelegt oder auf wenigstens eine der Separatorplatten aufgeklebt oder aufgespritzt sein.
Wenn die Separatorplatten aus Metallblechen gebildet sind, kann die Platten- ebene der jeweiligen Separatorpiatte z. B. durch die nicht verformten Bereiche des Metallblechs gegeben sein, aus dem diese Separatorpiatte gebildet ist. Wenn die Separatorpiatten jeweils zwei Einzelplatten umfassen, kann die Plattenebene der jeweiligen Separatorpiatte z. B. durch eine Verbindungsebene gegeben sein, entlang derer die Einzelplatten, die diese Separatorpiatte bilden, miteinander verbunden sind. Die Fixierelemente der ersten und/oder der zweiten Separatorplatte oder wenigstens einige von ihnen, insbesondere also das erste Fixierelement und/oder das zweite Fixierelement, können derart ausgebildet sein, dass sie in der Stapelrichtung über das mindestens eine Dichtelement oder über wenigstens eines des mindestens einen Dichtelements hinausragen. Dies kann das Stapeln der Separatorplatten und/oder das Positionieren der Separatorplatten relativ zueinander erleichtern und verbessern. Beispielsweise kann so gewährleistet werden, dass benachbarte Separatorplatten einander beim Stapeln zunächst entlang der Fixierelemente kontaktieren. Auf diese Weise können die Fixierelemente beim Stapeln als Führungselemente dienen, die die be- nachbarten Separatorplatten mit großer Genauigkeit in die gewünschte Posi- tion relativ zueinander gleiten lassen.
Wenn die erste Separatorplatte z. B. eine in die erste Separatorplatte eingeformte erste Dichtsicke umfasst, können die Fixierelemente der ersten Separatorplatte oder wenigstens einige von ihnen, insbesondere also das ers- te Fixierelement, derart ausgebildet sein, dass sie diese erste Dichtsicke in der Stapelrichtung überragen, z. B. wenigstens um das 1,5-fache oder wenigstens um das Doppelte. Und wenn die zweite Separatorplatte z. B. eine in die zweite Separatorpiatte eingeformte zweite Dichtsicke umfasst, können die Fixierele- mente der zweiten Separatorplatte oder wenigstens einige von ihnen, insbe- sondere also das zweite Fixierelement, derart ausgebildet sein, dass sie diese zweite Dichtsicke in der Stapelrichtung überragen, z. B. wenigstens um das 1,5-fache oder wenigstens um das Doppelte.
Beispielsweise können die Fixierelemente der ersten und der zweiten
Separatorplatte derart angeordnet und ausgebildet sein, dass ein entlang der Stapelrichtung bestimmter Abstand einer Ebene, in der die Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorplatte formschlüssig ineinander greifen, von der Plattenebene der ersten Separatorplatte größer ist als eine entlang der Stapelrichtung und ausgehend von der Plattenebene der ersten
Separatorplatte bestimmte größte Höhe des mindestens einen Dichtelements. Und alternativ oder zusätzlich können die Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorplatte derart angeordnet und ausgebildet sein, dass ein ent- lang der Stapeirichtung bestimmter Abstand einer Ebene, in der die Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorplatte formschlüssig ineinander greifen, von der Plattenebene der zweiten Separatorplatte größer ist als eine entlang der Stapelrichtung und ausgehend von der Plattenebene der zweiten Separatorplatte bestimmte größte Höhe des mindestens einen Dichtelements. Wenn die erste Separatorplatte aus zwei Einzelplatten gebildet ist, können die
Fixierelemente der ersten Separatorplatte, insbesondere das genannte erste Fixierelement, einstückig mit wenigstens einer oder mit genau einer der die erste Separatorplatte bildenden Einzelplatten ausgebildet sein. Wenn die zweite Separatorplatte aus zwei Einzelplatten gebildet ist, können die Fixier- elemente der zweiten Separatorplatte, insbesondere das genannte zweite
Fixierelement, einstückig mit wenigstens einer oder mit genau einer der die zweite Separatorplatte bildenden Einzelplatten ausgebildet sein.
Die Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierele- ment, können jeweils auf einer von der durch das mindestens eine Dichtelement abgedichteten elektrochemischen Zelle oder auf einer von dem durch das mindestens eine Dichtelement abgedichteten elektrochemisch aktiven Bereich abgewandten Seite des mindestens einen Dichtelements angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Fixierelemente, insbesondere das ge- nannte erste und zweite Fixierelement, und der elektrochemisch aktive Be- reich der Separatorplatten jeweils auf unterschiedlichen Seiten des mindestens einen Dichtelements angeordnet sein. So kann gewährleistet werden, dass die Fixierelemente das Anströmen der Membran und/oder den Medien- transfer über die Membran nicht beeinträchtigen.
Die Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierele- ment, können wenigstens bereichsweise elastisch sein, insbesondere senkrecht und/oder parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten. Die Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, können eingerichtet sein, durch eine Änderung ihrer Form und/oder ihrer
Ausrichtung einer Veränderung eines entlang der Stapelrichtung bestimmten Abstandes der Separatorplatten voneinander zu folgen. Eine Änderung des Abstandes der Separatorplatten voneinander kann z. B. durch eine Änderung der Betriebstemperatur des Systems bedingt sein, die wenigstens bereichs- weise eine insbesondere temporäre Verformung der Separatorpiatten und/oder des wenigstens einen Dichtelements zum Abdichten der zwischen den Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zelle bewirken kann. Durch die Elastizität der Fixierelemente wird also gewährleistet, dass die Fi xierelemente ihre Funktion über einen breiten Temperaturbereich des Sys- tems erfüllen.
Die Fixierelemente oder wenigstens einige der Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, können als einteilig mit der jeweiligen Separatorplatte ausgebildetete Fortsätze der jeweiligen
Separatorplatte ausgebildet sein. Und sofern die Separatorplatten jeweils zwei miteinander verbundene Einzelplatten umfassen, können Fixierelemente oder wenigstens einige der Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, entsprechend als einstückig mit wenigstens einer der Einzelplatten ausgebildetete Fortsätze der jeweiligen Einzeiplatte ausgebildet sein. In diesem Fall ist es denkbar, dass jeweils nur genau eine der Einzelplatten der Separatorplatten oder wenigstens einiger der Separatorplatten Fixierelemente in Form von Fortsätzen dieser Einzelplatte aufweist. Alternativ können in diesem Fall jedoch auch jeweils beide der Einzelplatten der Separatorplatten oder wenigstens einiger der Separatorplatten Fixierelemente in Form von Fortsätzen dieser Einzelplatte aufweisen.
Die als Fortsätze ausgebildeten Fixierelemente der Separatorplatten bzw. der Einzelplatten, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, können relativ zur Plattenebene der jeweiligen Separatorplatte wenigstens abschnittweise angewinkelt sein. In diesen gegenüber den Plattenebenen angewinkelten Abschnitten der Fixierelemente haben die Fixierelemente typischerweise einen geraden Verlauf. Beispielsweise kann der Winkel, den die Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, mit der Plattenebene der jeweiligen Separatorpiatte oder mit einer zur Plattenebene der jeweiligen Separatorplatte parallelen Ebene einschließen, wenigstens abschnittwiese zwischen 91 Grad und 135 Grad betragen, vorzugsweise wenigstens bereichsweise zwischen 100 Grad und 120 Grad. Wenn die Fixierelemente, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, als Fortsätze der Separatorplatten bzw. als Fortsätze der Einzelplatten ausgebildet sind, können sie entweder unter Aufnahme des genannten Membranoder Rahmenabschnitts zwischen den Fixierelementen der ersten und der zweiten Separatorplatte oder durch mindestens eine Beschichtung elektrisch voneinander isoliert wenigstens bereichsweise ineinander geschachtelt angeordnet sein.
Die als Fortsätze der Separatorplatten bzw. der Einzelplatten ausgebildeten Fixierelemente oder wenigstens einige von ihnen, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, können in einem Eckbereich der jeweiligen Separatorplatte angeordnet sein. Sie können dann zudem derart ausgebildet sein, dass ihr Querschnitt in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen we- nigstens abschnittweise die Form einer gekrümmten Linie annimmt, bei- spielsweise die Form einer Kreisbogenlinie oder einer Ellipsenbogenlinie. Die- se im Eckbereich angeordneten Fortsätze können sich auch wenigstens ab- schnittweise in der Stapelrichtung konisch aufweiten, z. B. in Form eines Ke- gelabschnitts. Ferner können die im Eckbereich angeordneten Fortsätze derart ausgebiidet sein, dass sich an den Abschnitt mit gekrümmtem Querschnitt jeweils Abschnitte mit gerade verlaufendem Querschnitt anschließen.
Die erste und die zweite Separatorplatte können jeweils in demselben Eckbereich Fixierelemente in Gestalt von Fortsätzen aufweisen. Diese können gegenüber den Plattenebenen in dieselbe Richtung entlang der Stapelrichtung angewinkelt sein und wie beschrieben parallel zu den Plattenebenen jeweils einen wenigstens abschnittweise gekrümmten Querschnitt haben. Entsprechend ausgebildete Fixierelemente der ersten und der zweiten
Separatorplatte können dann ggf. unter Aufnahme des Membran- oder Rahmenabschnitts entlang der Stapelrichtung geschachtelt angeordnet sein.
Die als Fortsätze der Separatorplatten bzw. als Fortsätze der Einzelplatten ausgebildeten Fixierelemente der ersten und der zweiten Separatorplatte oder wenigstens einige von ihnen, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, können in einer senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten ausgerichteten Ebene wenigstens in einem Abschnitt ent lang der Stapelrichtung einen U- oder V-förmigen Querschnitt haben. Die Schenkel dieses U- oder V-förmigen Querschnitts können dabei insbesondere unterschiedliche Längen haben. Diese Fixierelemente der ersten und der zwei- ten Separatorplatte mit dem U- oder V-förmigen Querschnitt können ggf. un- ter Aufnahme des genannten Membran- oder Rahmenabschnitts zwischen diesen Fixierelementen derart ineinander geschachtelt angeordnet sein, dass sie jeweils einen Formschluss in zwei Raumrichtungen parallel zu den Platten- ebenen der ersten Separatorplatte und der zweiten Separatorplatte bewirken.
Zur Erhöhung ihrer Steifigkeit können die als Fortsätze der Separatorplatten bzw. die als Fortsätze der Einzelplatten ausgebildeten Fixierelemente oder wenigstens einige von ihnen, insbesondere das genannte erste und zweite Fixierelement, jeweils eine sickenartige Vertiefung aufweisen. Diese kann z. B. eine längliche Form haben und jeweils dem Verlauf des gegenüber den Plat- tenebenen der Separatorplatten angewinkelten und vorzugsweise geraden Abschnitts des jeweiligen Fortsatzes folgen. Durch entsprechende sickenartige Vertiefungen kann die Stabilität der Fortsätze erhöht und die Fixierung der Separatorplatten relativ zueinander weiter verbessert werden.
Wenigstens eines der Fixierelemente der ersten Separatorplatte, insbesondere das genannte erste Fixierelement, kann einen der der zweiten
Separatorplatte zugewandten ersten erhöhten Bereich aufweisen. Dieser ers- te erhöhte Bereich kann z. B. in die erste Separatorplatte bzw. in eine der Einzelplatten der ersten Separatorplatten eingeformt sein, insbesondere einge- prägt. Und wenigstens eines der Fixierelemente der zweiten Separatorplatte, insbesondere das genannte zweite Fixierelement, kann einen der ersten Separatorplatte zugewandten zweiten erhöhten Bereich aufweisen. Dieser zweite erhöhte Bereich kann in die zweite Separatorplatte bzw. in einer der Einzelplatten der zweiten Separatorplatte eingeformt sein, insbesondere ein- geprägt. Der zweite erhöhte Bereich der zweiten Separatorplatte kann eine Vertiefung aufweisen, die eine zum ersten Bereich der ersten Separatorplatte wenigstens bereichsweise komplementäre Form hat. Der erste erhöhte Be- reich der ersten Separatorplatte kann dann wenigstens bereichsweise in der Vertiefung des zweiten erhöhten Bereichs der zweiten Separatorplatte aufge- nommen sein, und zwar unter Aufnahme des Membran- oder Rahmenabschnitts zwischen der ersten Erhöhung und der in der zweiten Erhöhung ausgebildeten Vertiefung. Durch entsprechend wenigstens bereichsweise ineinander aufgenommene Fixierelemente der ersten und der zweiten
Separatorplatte kann z. B. jeweils ein Formschluss in zwei unabhängigen Richtungen parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten bewirkt werden.
Vorteilhafterweise sind sämtliche Separatorplatten eines elektrochemischen Systems identisch ausgeführt, da dies die Produktionskosten senkt. Es ist jedoch möglich, dass die erste und/oder letzte der Separatorplatte eines Separatorplattenstapels eines elektrochemischen Systems hiervon abwei- chend gestaltet ist, also beispielsweise keine Fixierelemente aufweist.
Ausführungsbeispiele des hier vorgeschlagenen elektrochemischen Systems sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes elektrochemisches System mit einer Vielzahl von Separatorplatten, die in einem Stapel an- geordnet sind;
Fig. 2a schematisch einen Ausschnitt aus dem Stapel des Systems gemäß Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2b schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts aus
Fig. 2a;
Fig. 2c schematisch den Ausschnitt aus Fig. 2a in einer Draufsicht;
Fig. 3a schematisch einen Ausschnitt aus dem Stapel des Systems ge- mäß Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
Fig. 3b schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts aus
Fig. 3a;
Fig. 3c schematisch den Ausschnitt aus Fig. 3a in einer Draufsicht; Fig. 4a schematisch einen Ausschnitt aus dem Stapel des Systems gemäß Fig. 1 gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
Fig. 4b schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts aus
Fig. 4a;
Fig. 4c schematisch den Ausschnitt aus Fig. 4a in einer Draufsicht;
Fig. 5a schematisch einen Ausschnitt aus dem Stapel des Systems gemäß Fig. 1 gemäß einer vierten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
Fig. 5b schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts aus
Fig. 5a;
Fig. 5c schematisch den Ausschnitt aus Fig. 5a in einer Draufsicht;
Fig. 6a schematisch einen Ausschnitt aus dem Stapel des Systems ge- mäß Fig. 1 gemäß einer fünften Ausführungsform in einer Schnittdarsteliung;
Fig. 6b schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts aus
Fig. 6a;
Fig. 6c schematisch eine weitere Schnittdarstellung des Ausschnitts aus Fig. 6a; sowie
Fig. 6d schematisch den Ausschnitt aus Fig. 6a in einer Draufsicht;
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrochemisches System 1 mit einer
Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 2, die in einem Sta- pel angeordnet und entlang einer z-Richtung 8 gestapelt sind. Die
Separatorplatten 2 des Stapels sind zwischen zwei Endplatten 3, 4 einge- spannt. Die z-Richtung 8 wird auch Stapeirichtung genannt. Die Separatorplatten 2 umfassen jeweils zwei miteinander verbundene Einzelplat- ten (siehe z. B. 2a). Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 2 des Stapels schließen also zwischen sich eine elektrochemische Zelle ein, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Die elektrochemischen Zellen weisen gewöhnlich jeweils eine
Membranelektrodeneinheit (MEA) auf (siehe z. B. Fig. 2a). Die MEA beinhalten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner können die MEA jeweils beiderseits der Membran angeordnete Gasdiffusionslagen (GDL) aufweisen.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektroly- seur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorpiatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können.
Die z-Achse 8 spannt zusammen mit einer x-Achse 6 und einer y-Achse 7 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z.
B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder Kühlmit- tel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
Die Figuren 2a-c zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Stapels 100 des in Fig. 1 gezeigten elektrochemischen Systems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Fig. 2a zeigt eine Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Fig. 2b zeigt eine perspektivische Darstellung des in Fig. 2a dargestellten Ausschnitts. Und Fig. 2c zeigt eine Draufsicht auf den in den Fign. 2a und 2b dargestellten Ausschnitt, wobei die Blickrichtung entlang der Stapelrichtung 8 ausgerichtet ist. Der in den Fign. 2a-c dargestellte Stapelausschnitt zeigt eine Vielzahl von Separatorplatten 2a-e, die entlang der Stapelrichtung 8 gestapelt sind. Hier sind die Separatorplatten 2a-e des Stapels 100 identisch ausgebildet. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Stapel 100 zwei unterschiedliche Arten von Separatorplatten umfasst, die dann beispielsweise alternierend angeordnet sind. Die Separatorplatten 2a-e umfassen jeweils zwei miteinander verbunde ne Einzelplatten, die hier mit 2a', 2a", 2b', 2b" usw. bezeichnet sind. Die Einzelplatten der Separatorplatten sind jeweils aus Metallblechen gebildet, beispielsweise aus Edelstahlblechen, die zumindest abschnittsweise beschichtet sein können. Diese Metallbleche haben gewöhnlich jeweils eine Dicke von weniger 150 pm oder von weniger als 100 pm. Typischerweise sind die Einzel platten jeweils stoffschlüssig miteinander verbunden, z. B. durch Schweißver bindungen, insbesondere durch Laserschweißverbindungen. Die Plattenebe- nen der Separatorplatten 2a-e sind senkrecht zur Stapelrichtung 8 ausgerich tet, also parallel zur x-y-Ebene. Die Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e können beispielsweise durch die Ebenen gegeben sein, entlang derer die Ein zelplatten der Separatorplatten miteinander verbunden sind. Dazu ist in Fig.
2a beispielhaft die Plattenebene 20b der Separatorplatte 2b durch eine gestrichelte Linie hervorgehoben.
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 10 der Separatorpiatten 2a-e wei sen die Separatorplatten jeweils Strukturen zur Medienführung auf, die z. B. in die Einzelplatten der Separatorplatten 2a-e eingeprägt sind. Diese Strukturen zur Medienführung können beispielsweise Kanäle 10a und die Kanäle 10a begrenzende Stege 10b umfassen. Ferner ist im aktiven Bereich 10 der
Separatorplatten 2a-e zwischen zwei benachbarten Separatorplatten jeweils eine elektrochemische Zelle angeordnet, die jeweils eine
Membranelektrodeneinheit (MEA) umfasst. Die ME As sind hier mit 9a-d be zeichnet. Die ME As 9a-d umfassen jeweils eine Membran, bei dem hier ge zeigten Ausführungsbeispiei insbesondere in Form einer Elektrolytmembran. Ferner können die MEAs 9a-d jeweils beiderseits der Membran angeordnete Gasdiffusionslagen (GDL) aufweisen. Die GDL ermöglichen es, dass die Membranen der MEAs 9a-d auch im Bereich der Stege 10b des aktiven Bereichs 10 angeströmt werden können und verbessern so den Medienaustausch über die Membranen der MEAs 9a-d. Zum Abdichten der zwischen den Separatorplatten 2a-e angeordneten elekt- rochemischen Zellen weisen die Separatorplatten in einem Dichtbereich 11 Dichtelemente in Form von in die Einzelplatten 2a', 2a", 2b', 2b" usw. des Stapels 100 eingeprägten Dichtsicken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. auf. Die
Dichtsicken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. haben eine entlang der Stapelrichtung 8 und von der jeweiligen Plattenebene aus bestimmte Höhe 14, die in Fig. 2a exemplarisch für die Dichtsicke 11b' der Einzelplatte 11b hervorgehoben ist - hier wird die Materialstärke der Einzelplatte 11b mitgezählt. Zum Abdichten der elektrochemischen Zellen umläuft der Dichtbereich 11 mit den Dichtsi- cken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. den aktiven Bereich 10 vollständig (hier nicht gezeigt). Dabei stützen sich je zwei Dichtsicken an einander zugewandten Seiten benachbarter Separatorplatten gegeneinander ab, und zwar jeweils unter Aufnahme eines Rahmens, der mit der Membran der zwischen den jeweiligen Separatorplatten angeordneten MEA verbunden ist und der diese Membran einfasst, zwischen den jeweiligen Dichtsicken. Diese Rahmen sind in Fig. 2a mit 12a-d bezeichnet. So stützt sich in Fig. 2a die in die Einzelplatte 2a" der Separatorplatte 2a eingeprägte Dichtsicke 11a" gegen die in die Einzelplatte 2b' der Separatorplatte 2b eingeprägte Dichtsicke 11b' ab, wobei der Rahmen 12a, der die Membran der zwischen den Separatorplatten 2a und 2b ange- ordneten MEA 9a einfasst, zwischen den Dichtsicken 11a" und 11b' aufge- nommen ist usw.
Bei alternativen Ausführungsformen, die hier nicht explizit dargestellt sind, können anstelle der Dichtsicken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. zum Abdichten der elektrochemischen Zellen ebenso von den Separatorplatten 2a-e ver- schiedene Dichtelemente vorgesehen sein, z. B. in Form von zwischen je zwei benachbarten Separatorplatten angeordneten Elastomerdichtungen. Diese können z. B. jeweils zwischen den Separatorplatten eingelegt oder auf die Separatorplatten aufgeklebt oder aufgesp ritzt sein.
Die Separatorplatten 2a-e weisen ferner Fixierelemente 13a-e auf, welche die Funktion haben, die Separatorplatten 2a-e parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e relativ zueinander zu positionieren und zu fixieren. Bei der in Fig. 2a gezeigten ersten Ausführungsform des Stapels 100 sind die Fixierelemente 13a-e als Fortsätze der Separatorplatten 2a-e am Rand der Separatorplatten 2a-e ausgebildet. Jedes der Fixierelemente 13a-e in Fig. 2a ist durch einen Fortsatz jeweils genau einer der Einzeiplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" der Separatorplatten 2a-e des Stapels 100 gegeben und mit diesen Einzelplatten jeweils einstückig ausgebildet. Einstückigkeit bedeutet hier ins- besondere, dass das mindestens eine Fixierelement integral mit der entspre- chenden Einzelplatte hergestellt ist, also nicht angefügt. Somit bedingt sie zwingend auch Materiaieinheitlichkeit, wobei aber beispielsweise die Dicke nicht durchgängig gleichbleibend sein muss Die Fixierelemente 13a-e sind jeweils auf einer vom aktiven Bereich 10 abge- wandten Seite der Dichtsicken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. angeordnet. Die Fixierelemente 13a-e sind von den Dichtsicken 11a', 11a", 11b', 11b" usw. verschieden und von diesen in einer Richtung parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e beabstandet, in Fig. 2a insbesondere entlang der x- Richtung 6.
Die die Fixierelemente 13a-e bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" sind jeweils gegenüber den Plattenebenen der Einzelplatten zur Stapelrichtung hin umgebogen, in Fig. 2a insbesondere zur positiven z- Richtung 8 hin. Die umgebogenen Enden der die Fixierelemente 13a-e bilden- den Fortsätze der Separatorplatten 2a-e verlaufen wenigstens abschnittweise gerade. Die im gezeigten Querschnitt gerade verlaufenden Abschnitte der Fixierelemente 13a-e schließen mit den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e oder mit zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e parallel verlau- fenden Ebenen jeweils einen Winkel a ein. In Fig. 2a hat der Winkel a einen
Wert von ca. 100 Grad. Bei Abwandlungen der hier gezeigten Ausführungs- form kann der Winkel a auch andere Werte annehmen, z. B. 91 Grad < a <
135 Grad oder 100 Grad < a < 120 Grad. Senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e überragen die Fixierelemente einer gegebenen Separatorplatte die Dichtelemente derselben Separatorplatte, ausgehend von der Plattenebene der jeweiligen
Separatorplatte z. B. wenigstens um das 1,1-fache, wenigstens um das 1,5- fache oder wenigstens um das Doppelte der maximalen Höhe der Dichtele- mente dieser Separatorplatte. So überragt in Fig. 2a das Fixierelement 13b der Separatorplatte 2b die Höhe 14 der Dichtsicke 11b' der Separatorplatte 2b entlang der Stapelrichtung 8, hier z. B. wenigstens um das Dreifache der Höhe 14.
Die Fixierelemente 13a-e der Separatorplatten 2a-e des Stapels 100 sind inei- nander geschachtelt. Dabei ist zwischen den Fixierelementen benachbarter Separatorplatten bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils wenigstens ein Abschnitt oder ein Fortsatz des Rahmens aufgenommen und verpresst, der mit der Membran der zwischen den jeweiligen Separatorplatten angeordneten MEA verbunden ist und der diese Membran einfasst. So ist in Fig. 2a zwischen dem Fixierelement 13a der Separatorplatte 2a und dem Fi- xierelement 13b der Separatorplatte 2b z. B. der Rahmen 12a aufgenommen und verpresst, der mit der Membran MEA 9a verbunden ist, die zwischen den Separatorplatten 2a und 2b angeordnet ist. Entsprechend ist der Rahmen 12b zwischen den Fixierelementen 13b und 13c der Separatorplatten 2b und 2c aufgenommen und verpresst usw.
Die Rahmen 12a-d sind jeweils derart zwischen den Fixierelementen 13a-e der Separatorplatten 2a-e aufgenommen, dass sie sich wenigstens über den ge- samten Überlappbereich der jeweils an sie angrenzenden Fixierelemente er strecken und diese so vollständig elektrisch gegeneinander isolieren. So ist in Fig. 2b gut zu erkennen, dass der Rahmen 12a derart zwischen den Fixierele- menten 13a und 13b aufgenommen und angeordnet ist, dass er sich über den gesamten Bereich erstreckt, in dem die Fixierelemente 13a und 13b einander überlappen und in Kontakt geraten könnten. Auf diese Weise verhindert der zwischen den Fixierelementen 13a und 13b aufgenommen Abschnitt des Rahmens 12a, dass es im Bereich der Fixierelemente 13a und 13b zu einem ungewollten elektrischen Kurzschluss zwischen den Separatorplatten 2a und 2b bzw. zwischen den Einzelplatten 2a" und 2b" kommt.
Die Schachtelung der Fixierelemente 13a-e der Separatorplatten 2a-e bewirkt, dass sich die Fixierelemente benachbarter Separatorplatten unter Aufnahme je eines der Rahmen 12a-d zwischen diesen Fixierelementen aneinander ab- stützen. In Fig. 2a stützt sich das Fixierelement 13a der Separatorplatte 2a z.
B. derart an dem Fixierelement 13b der Separatorplatte 2b ab, und zwar hier unter Aufnahme des Rahmens 12a zwischen den Fixierelementen 13a und 13b, dass das Fixierelement 13b eine Verschiebung der ersten Separatorpiatte 2a relativ zur zweiten Separatorplatte 2b parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e in der negativen x-Richtung 6 verhindert. in Fig. 2a nicht gezeigt sind den Fixierelementen 13a-e entsprechende Fixierelemente an einer den Fixierelementen 13a-e entlang der x-Richtung 6 gegenüberliegenden Seite der Separatorplatten 2a-e, die sich in entsprechender Weise aneinander abstützen und eine Verschiebung der Separatorplatten 2a- e relativ zueinander parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e in der positiven x-Richtung 6 verhindern. Darüber hinaus weisen die
Separatorplatten 2a-e vorzugsweise weitere den Fixierelementen 13a-e ent- sprechende Fixierelemente auf, die an einander entlang der y-Richtung 7 ge genüber liegenden Seiten der Separatorplatten 2a-e angeordnet sind. Die an sämtlichen Seiten der Separatorplatten 2a-e angeordneten Fixierelemente erzeugen gemeinsam jeweils einen Formschluss zwischen benachbarten Separatorplatten des Stapels 100 in der x-y Ebene. Auf diese Weise tragen die Fixierelemente 13a-e dazu bei, die Separatorplatten 2a-e relativ zu einander zu positionieren und zu fixieren.
Die Fixierelemente 13a-e sind wenigstens teilweise elastisch ausgebildet, so dass sie durch eine Änderung ihrer Form und/oder ihrer Ausrichtung einer Veränderung eines entlang der Stapelrichtung 8 bestimmten Abstandes der Separatorplatten 2a-e voneinander folgen können. Beispielsweise kann der Winkel a, um den die geraden Enden der Fixierelemente 13a-e gegenüber den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e angewinkelt sind, infolge der Elastizität der Fixierelemente 13a-e geringfügig veränderlich sein. Die Elastizität der die Fixierelemente 13a-e bildenden Fortsätze der Separatorplatten 2a-e bzw. der Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" kann z. B. dadurch gegeben sein, dass ihre Länge jeweils größer ist als ihre Breite. Z. B. kann eine Länge 17 der Fixierelemente 13a-e jeweils wenigstens dreimal oder wenigstens fünfmal so groß sein wie eine Breite 18 der Fixierelemente 13a-e (siehe Fig. 2b). Die Länge 17 der Fixierelemente 13a-e kann z. B. jeweils entlang der geraden Enden der Fixierelemente bestimmt werden. Die Breite 18 der Fixierelemente 13a-e kann z. B. parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e und senkrecht zur Dickenrichtung der Separatorplatten 2a-e bzw. der Einzelplatten 2a ", 2b", 2c", 2d", 2e", aus denen die Fixierelemente 13a-e gebildet sind, bestimmt werden. In der Draufsicht der Fig. 2c sind insbesondere das Fixierelement 13a und der zwischen dem Fixierelement 13a und dem Fixierelement 13b angeordnete Abschnitt des Rahmens 12a sowie der Dichtbereich 11 und der aktive Bereich 10 gezeigt.
Die Figuren 3a-c zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Stapels 200 des in Fig. 1 gezeigten elektrochemischen Systems 1 gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsform. Fig. 3a zeigt eine Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Fig. 3b zeigt eine perspek- tivische Darstellung des in Fig. 3a dargestellten Ausschnitts. Fig. 3c zeigt eine Draufsicht auf den in den Fign. 3a und 3b dargestellten Ausschnitt. Anders als in Fig. 2c ist die Blickrichtung in Fig. 3c jedoch nicht entlang der Stapelrichtung 8 ausgerichtet, sondern entlang einer gegenüber den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e um den Winkel a angewinkelten Richtung, die parallel zu den geraden Enden der Fixierelemente 13a-e ausgerichtet ist.
Der Stapel 200 gemäß den Figuren 3a-c unterscheidet sich vom Stapel 100 gemäß den Figuren 2a-c dadurch, dass die die Fixierelemente 13a-e bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" zur Erhöhung ihrer Steifigkeit sickenartige Vertiefungen 21a', 21b', 21c', 21d', 21e' aufweisen (siehe Fig. 3c). Die in das Fixierelement 13a eingeprägte sickenartige Vertiefung 21a' ist besonders gut in Fig. 3b zu erkennen. In Fig. 3a sind der Übersichtlichkeit halber explizit nur die sickenartigen Vertiefungen 21a' und 21e' der Fixierelemente 13a und 13e hervorgehoben. Die sickenartige Vertiefungen 21a', 21b', 21c', 21d', 21e' der Fixierelemente 13a-e des Stapels 200 haben jeweils eine längliche Form und folgen dem Verlauf der geraden Enden der Fixierelemente 13a-e. Der Darstellung der Fig. 3c ist entnehmbar, dass die sickenartigen Vertiefungen ineinander geschachtelt sind. Die ineinander geschachtelten Vertiefungen 21a', 21b', 21c', 21d', 21e' der Fixierelemente 13a-e bewirken zwi- schen benachbarten Separatorplatten des Stapels 200 zusätzlich einen Form schluss entlang der y-Richtung 7. Anders als beim Stapel 100 gemäß den Fign. 2a-c sind die Rahmen 12a-d beim Stapel 200 gemäß den Fign. 3a-c nicht zwi- schen den Fixierelementen 13a-e aufgenommen. Um die Fixierelemente 13a-e benachbarter Separatorplatten des Stapels 200 elektrisch voneinander zu isolieren, weisen die Fixierelemente 13a-e des Stapels 200 jeweils wenigstens an einer Seite eine elektrisch isolierende Beschichtung 19 auf. Beispielsweise weisen beim Stapel 200 gemäß den Fign. 3a-c die die Fixierelemente 13a-e bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" jeweils eine elektrisch isolierende Beschichtung 19a-e wenigstens an ihrer in die positive z- Richtung 8 und die positive x-Richtung 6 weisenden Seite auf.
Die Figuren 4a-c zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Stapels 300 des in Fig. 1 gezeigten elektrochemischen Systems 1 gemäß einer dritten Ausfüh- rungsform. Fig. 4a zeigt eine Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Fig. 4b zeigt eine perspektivische Darstellung des in Fig. 4a dargestellten Ausschnitts. Und Fig. 4c zeigt eine Draufsicht auf den in den Fign. 4a und 4b dargestellten Ausschnitt, wobei die Blickrichtung wie in Fig. 2c entlang der Stapelrichtung 8 ausgerichtet ist.
Der Stapel 300 gemäß den Figuren 4a-c unterscheidet sich vom Stapel 100 gemäß den Figuren 2a-c dadurch, dass die Separatorplatten 2a-e jeweils zwei Fixierelemente aufweisen, von denen jedes durch einen Fortsatz genau einer der Einzelplatten der jeweiligen Separatorplatte gebildet wird. So weist die Separatorplatte 2a ein durch einen Fortsatz der Einzelplatte 2a' gebildetes erstes Fixierelement 13a' und ein durch einen Fortsatz der Einzelplatte 2a" gebildetes zweites Fixierelement 13a" auf. Die Separatorplatte 2b weist ein durch einen Fortsatz der Einzelpiatte 2b' gebildetes erstes Fixierelement 13b' und ein durch einen Fortsatz der Einzelplatte 2b" gebildetes zweites Fixierelement 13b" auf usw. Die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 300 sind gegenüber den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e in dieselbe Richtung parallel zur Stapelrichtung 8 umgebogen. Dabei sind jeweils die Fixierelemente der einander zugewandten Einzelplatten benachbarter Separatorplatten ineinander geschachtelt, und zwar wie zuvor jeweils unter Aufnahme eines der Rahmen 12a-d oder jeweils unter Aufnahme wenigstens eines Abschnitts eines der Rahmen 12a-d zwischen diesen Fixierelementen. So sind das Fixierelement 13a" der Separatorplatte 2a und das Fixierelement 13b' der Separatorplatte 2b unter Aufnahme des Rahmens 12a zwischen den Fixierelementen 13a" und 13b' ineinander geschachtelt. Das Fixierelement 13b" der Separatorplatte 2b und das Fixierelement 13c' der Separatorplatte 2c sind unter Aufnahme des Rahmens 12b zwischen den Fixierelementen 13b" und 13c' ineinander geschachtelt usw. Anders als beim Stapel 100 gemäß den Figuren 2a-c sind die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 300 gemäß den Figuren 4a-c jeweils in Eckbereichen der Separatorplatten 2a-e angeordnet. Die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 300 sind zudem jeweils derart ausgebildet, dass ihr Querschnitt parallel zu den Plattenebenen der Separatorpiatten 2a-e wenigstens in einem Abschnitt entlang der Stapelrichtung 8 einen gekrümm- ten oder bogenförmigen Verlauf hat, z. B. in Form eines Kreisbogens. Ferner weiten sich die die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 300 bildenden Fortsätze wenigstens abschnittweise in der Stapelrichtung 8 konisch auf.
Aufgrund des abgerundeten Querschnitts der Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 300 und aufgrund ihrer Anordnung in den Eckbereichen der Separatorplatten 2a-e lehnen sich die einander benachbarten Fixierele- mente einander benachbarter Separatorplatten in zwei Richtungen aneinan- der, beispielsweise die Fixierelemente 13a" und 13b' Zur formschlüssigen - aber reversiblen - Verbindung der Separatorplatten 2a-e in allen vier Raum- richtungen parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten weisen die Separatorplatten 2a-e des Stapels 300 vorzugsweise jeweils wenigstens zwei Paare von Fixierelementen der in den Fign. 4a-c gezeigten Art an einander diagonal gegenüberliegenden Ecken der Separatorplatten 2a-e auf.
Die Figuren 5a-c zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Stapels 400 des in Fig. 1 gezeigten elektrochemischen Systems 1 gemäß einer vierten Ausführungsform. Fig. 5a zeigt eine Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Fig. 5b zeigt eine perspektivische Darstellung des in Fig. 5a dargestellten Ausschnitts. Fig. 5c zeigt eine Draufsicht auf den in den Fign. 5a und 5b dargestellten Ausschnitt, wobei die Blickrichtung wie in Fig. 3c entlang einer gegenüber den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e um den Winkel a angewinkelten Richtung ausgerichtet ist, die parallel zu den geraden Enden der Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. des Stapels 400 verläuft.
Wie beim Stapel 300 gemäß den Fign. 4a-c weist jede der Separatorplatten 2a-e des Stapels 400 gemäß den Fign. 5a-c jeweils zwei Fixierelemente auf, von denen jedes durch einen Fortsatz genau einer der Einzelplatten der jeweiligen Separatorpiatte gebildet wird, wobei diese Fortsätze z. B. seitlich an den Kanten der Separatorplatten 2a-e angeordnet sind, ähnlich den Fixierelemen- ten 13a-e des Stapels 100 gemäß den Fign. 2a-c.
Die die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a', 2a", 2b', 2b" usw. des Stapels 400 haben in der senkrecht zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e ausgerichteten x-z-Ebene jeweils wenigstens in einem Abschnitt entlang der Stapelrichtung 8 einen U- oder V-förmigen Querschnitt. Die U- bzw. V-Form ist dabei allerdings nicht symmetrisch ausgebildet. Die äußeren geraden Enden der die Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a', 2a",
2b', 2b" usw. des Stapels 400 sind dabei jeweils in dieselbe Richtung entlang der Stapelrichtung 8 umgebogen, hier jeweils in die positive z-Richtung, und schließen mit den Piattenebenen der Separatorplatten 2a-e jeweils denselben
Winkel a ein. Zur Erhöhung der Stabilität der Fixierelemente 13a', 13a", 13b', 13b" usw. stützen sich die äußeren geraden Enden der Fixierelemente der Einzelplatten derselben Separatorplatte jeweils wenigstens abschnittweise gegeneinander ab und können entlang dieses Abschnitts ggf. miteinander verbunden sein, z. B. durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung. So stützen sich z. B. die äußeren geraden Enden der die Fixierelemente 13a', 13a" bildenden Fortsätze der Einzelplatten 2a', 2a" der Separatorplatte 2a wenigstens abschnittweise gegeneinander ab. Die äußeren geraden Enden der die Fixierelemente 13b', 13b" bildenden Fort- Sätze der Einzelplatten 2b', 2b" der Separatorplatte 2b stützen sich wenigs- tens abschnittweise gegeneinander ab usw.
Während im dargestellten Ausführungsbeispiel die Fixierelemente 13a", 13b" usw. der Einzelplatten 2a", 2b" usw. weiter aus der Plattenebene 20a, 20b usw. ragen als die Fixierelemente 13a', 13b' usw. der Einzelplatten 2a', 2b' usw., d.h. insgesamt länger sind, wie beispielhaft anhand der Pfeile 15a" und 15a' verdeutlicht ist, sind auch abweichende Ausführungsformen möglich. Wesentlich ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel, dass der Rahmen 12a, 12b usw. immer mindestens soweit ragt wie das kürzere der beiden an ihn angrenzenden Fixierelemente, so dass er diese vollständig elektrisch ge- geneinander isoliert. Ähnlich wie beim Stapel 300 gemäß den Fign. 4a-c sind dabei jeweils die Fixierelemente der einander zugewandten Einzelplatten benachbarter
Separatorplatten ineinander geschachtelt, und zwar wie zuvor jeweils unter Aufnahme eines der Rahmen 12a-d oder jeweils unter Aufnahme wenigstens eines Abschnitts eines der Rahmen 12a-d zwischen diesen Fixierelementen. So sind das Fixierelement 13a" der Einzelplatte 2a" der Separatorplatte 2a und das Fixierelement 13b' der Einzelplatte 2b' der Separatorplatte 2b unter Auf nahme des Rahmens 12a zwischen den Fixierelementen 13a" und 13b' inei- nander geschachtelt. Das Fixierelement 13b" der Einzelplatte 2b" der
Separatorplatte 2b und das Fixierelement 13c' der Einzelplatte 2c' der Separatorplatte 2c sind unter Aufnahme des Rahmens 12b zwischen den Fixierelementen 13b" und 13c' ineinander geschachtelt usw.
Dabei sind die im Querschnitt U- oder V-förmigen Fixierelemente der einander zugewandten Einzelplatten benachbarter Separatorplatten jeweils derart ineinander geschachtelt, dass sie eine Fixierung der Separatorplatten parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e in beiden Orientierungen der x- Richtung 6 bewirken. Z. B. stützt sich das Fixierelement 13a" der Einzelplatte 2a" der Separatorplatte 2a an dem Fixierelement 13b' der Einzelplatte 2b' der Separatorplatte 2b in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der
Separatorplatten 2a-e in der positiven und in der negativen x-Richtung 6 ab. Um einen Formschluss zwischen den Einzelplatten 2a" und 2b' in der x-y Ebene zu erzielen kann ein gleichartig ausgebildetes Paar von Fixierelementen 13a", 13b' ausreichen, das an einer der zur betrachteten Außenkante der Separatorplatten rechtwinklig angeordneten Außenkanten der
Separatorplatten ausgebildet ist. Auf diese Weise können die Fixierelemente 13a" und 13b' beim Stapeln der Separatorplatten 2a und 2b als Führungsstrukturen dienen und so die Montage des Stapels 400 erleichtern.
Die Figuren 6a-d zeigen schematisch einen Ausschnitt eines Stapels 500 des in Fig. 1 gezeigten elektrochemischen Systems 1 gemäß einer fünften Ausführungsform. Fig. 6a zeigt eine Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene 26 (siehe Fig. 6d) parallel zur x-z-Ebene ausgerichtet ist. Fig. 6b zeigt eine perspektivische Darstellung des in Fig. 6a dargestellten Ausschnitts. Fig. 6c zeigt eine weitere Schnittdarstellung dieses Ausschnitts, wobei die Schnittebene 27 gemäß Fig. 6c parallel zur Schnittebene gemäß Fig. 6a ausgerichtet ist (siehe Fig. 6d). Und Fig. 6d zeigt eine Draufsicht auf den in den Fign. 6a-c dargestellten Ausschnitt, wobei die Blickrichtung entlang der Stapelrich- tung 8 ausgerichtet ist. In Fig. 6d sind ferner die Schnittebenen 26, 27 der Fign. 6a, 6c durch gestrichelte Linien hervorgehoben.
Die Separatorplatten 2a-e des Stapels 500 weisen jeweils Fixierelemente in Gestalt von in die Separatorplatten 2a-e eingeformten erhöhten Bereichen 22a', 22a", 22b', 22b", 22c', 22c", 22d', 22d", 22e', 22e" auf. Dabei sind die die Fixierelemente bildenden erhöhten Bereiche einander benachbarter
Separatorplatten jeweils derart angeordnet und derart komplementär zueinander ausgebildet, dass sie jeweils wenigstens in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e formschlüssig ineinander greifen, und zwar wie bei einigen der zuvor gezeigten Ausführungsbeispiele jeweils unter Aufnahme wenigstens eines Abschnitts eines der Rahmen 12a-d zwischen den erhöhten Bereichen benachbarter Separatorplatten. Ferner sind die erhöhten Bereiche 22a', 22a", 22b', 22b", 22c', 22c", 22d', 22d", 22e', 22e" jeweils außerhalb des aktiven Bereichs 10 angeordnet. Die Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" der Separatorplatten 2a-e des Sta- pels 500 weisen jeweils einen in die jeweilige Einzelplatte eingeformten und mit der jeweiligen Einzelplatte einstückig ausgebildeten ersten erhöhten Bereich 22a", 22b", 22c", 22d", 22e" auf. Die ersten erhöhten Bereiche 22a", 22b", 22c", 22d", 22e" ragen jeweils in der negativen z-Richtung 8 über die Dichtsicken 11a", 11b", 11c", lld", Ile" der Einzelplatten 2a", 2b", 2c", 2d",
2e" hinaus. Beispielsweise ist eine ausgehend von der Plattenebene 20a der Separatorplatte 2a und entlang der Stapelrichtung 8 bestimmte Höhe 24a" des ersten erhöhten Bereichs 22a" der Einzelplatte 2a" größer als eine ausgehend von derselben Plattenebene 20a und entlang der Stapelrichtung 8 be- stimmte Höhe 25a" der Dichtsicke 11a" derselben Einzelplatte 2a".
Die Einzelplatten 2a', 2b', 2c', 2d', 2e' der Separatorplatten 2a-e des Stapels 500 weisen jeweils einen in die jeweilige Einzelplatte eingeformten und mit der jeweiligen Einzelplatte einstückig ausgebildeten zweiten erhöhten Bereich 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' auf. Die zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' ragen jeweils in die positive z-Richtung 8, wobei sie im selben Maße wie die Dichtsicken 11a', 11b', 11c', lld', Ile' aus der Einzelplatte 2a', 2b',
2c', 2d', 2e' umgeformt sind. Beispielsweise ist eine ausgehend von der Plattenebene 20b der Separatorplatte 2b und entlang der Stapelrichtung 8 be- stimmte Höhe 24b' des zweiten erhöhten Bereichs 22b' der Einzelplatte 2b' im Wesentlichen gleich einer ausgehend von derselben Plattenebene 20b und entlang der Stapelrichtung 8 bestimmte Höhe 25b' der Dichtsicke 11b' dersel- ben Einzelplatte 2b'.
Die in die positive z-Richtung 8 weisenden zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' der Einzelplatten 2a', 2b', 2c', 2d', 2e' weisen jeweils eine Vertiefung 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' auf. Die in die negative z-Richtung 8 weisenden ersten erhöhten Bereiche 22a", 22b", 22c", 22d", 22e" der Ein- zelplatten 2a", 2b", 2c", 2d", 2e" haben jeweils eine zu den Vertiefungen 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' der zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' komplementäre Form und sind jeweils unter Aufnahme wenigstens eines Abschnitts eines der Rahmen 12a-d in den Vertiefungen 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' der zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' aufge- nommen.
Im Stapel 500 sind die ersten erhöhten Bereiche 22a", 22b", 22c", 22d",
22e" und zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' jeweils derart komplementär zueinander geformt und angeordnet, dass jedes Paar erster und zweiter erhöhter Bereiche in den einander zugewandten Einzelplatten benachbarter Separatorplatten 2a-e einen Formschluss in zwei Richtungen parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e bewirkt.
Z. B. haben die Vertiefungen 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' der zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e jeweils einen runden Querschnitt, der sich in der positiven z-Richtung 8 wenigstens abschnittwiese konisch aufweitet. In Fig. 6b ist dazu beispielhaft der zweite Bereich 22a' der Einzelplatte 2a' der
Separatorplatte 2a mit der Vertiefung 23a' dargestellt, wobei sich die Vertie- fung 23a' in der positiven z-Richtung 8 wenigstens abschnittweise konisch aufweitet. Die ersten erhöhten Bereiche 22a", 22b", 22c", 22d", 22e" haben parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten 2a-e z. B. jeweils einen zu den Vertiefungen 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' der zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' komplementären runden Querschnitt, der sich in der negativen z-Richtung 8 wenigstens abschnittweise konisch verjüngt. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Vertiefungen 23a', 23b', 23c', 23d', 23e' der zweiten erhöhten Bereiche 22a', 22b', 22c', 22d', 22e' und die in diesen Ver- tiefungen aufgenommenen ersten erhöhten Bereiche 22a", 22b", 22c", 22d",
22e" andere zueinander komplementäre Querschnitte haben.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemisches System (1)
mit einer ersten metallischen Separatorplatte (2a) und mit einer zweiten metallischen Separatorplatte (2b), die jeweils eine Plattenebene definieren und die in einer Stapelrichtung (S) senkrecht zu den Plattenebenen gestapelt sind;
mit einer zwischen den Separatorplatten (2a, 2b) angeordneten Membran, insbesondere einer Elektrolytmembran oder einer
Wasseraustauschmembran, zur Ausbildung einer elektrochemischen Zelle zwischen den Separatorplatten (2a, 2b);
mit mindestens einem Dichtelement (11a", 11b') zum Abdichten der elektrochemischen Zelle; und
mit Fixierelementen zum Fixieren der Separatorplatten gegenüber Verschiebungen der Separatorplatten relativ zueinander parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten;
wobei die Fixierelemente wenigstens ein erstes Fixierelement umfassen, das einstückig mit der ersten Separatorplatte ausgebildet ist, das von dem mindestens einen Dichtelement verschieden ist, das in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten von dem mindestens einen Dichtelement beabstandet ist und das wenigstens abschnittweise in der Stapelrichtung über die Plattenebene der ersten Separatorplatte hinaus ragt; wobei die Fixierelemente wenigstens ein zweites Fixierelement umfassen, das einstückig mit der zweiten Separatorplatte ausgebildet ist, das von dem mindestens einen Dichtelement verschieden ist, das in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen der Separatorplatten von dem mindestens einen Dichtelement beabstandet ist und das wenigstens abschnittweise in der Stapelrichtung über die Plattenebene der zweiten Separatorplatte hinaus ragt; und
wobei sich das erste Fixierelement derart an dem zweiten
Fixierelement abstützt, dass das zweite Fixierelement eine Verschiebung der ersten Separatorplatte relativ zur zweiten Separatorplatte wenigstens in einer von zwei einander entgegengesetzten Richtungen entlang einer parallel zu den Plattenebenen ausgerichteten Achse verhindert.
2. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Fixierelement und/oder das zweite
Fixierelement in der Stapelrichtung über das mindestens eine Dichtelement oder über wenigstens eines des mindestens einen Dichtelements hinausragt.
3. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt der Membran oder wenigstens ein Abschnitt eines mit der Membran
verbundenen und die Membran einfassenden Rahmens (12a) zwischen dem ersten Fixierelement (13a; 13a") und dem zweiten Fixierelement (13b; 13b") aufgenommen ist.
4. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der genannte Membran- oder Rahmenabschnitt (12a) derart zwischen dem ersten Fixierelement (13a; 13a) und dem zweiten Fixiereiement (13b; 13b') aufgenommen und angeordnet ist, dass er das erste Fixierelement (13a; 13a") und das zweite Fixierelement (13b, 13b') elektrisch voneinander isoliert.
5. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fixierelement (13a; 13a") und/oder das zweite Fixierelement (13b; 13b') zum elektrischen Isolieren des ersten Fixierelements (13a; 13a") von dem zweiten Fixierelement (13b; 13b') eine elektrisch isolierende Beschichtung (19) aufweisen/aufweist.
6. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (13a, 13b; 13a", 13b') jeweils auf einer von der durch das mindestens eine Dichtelement (11a", 11b') abgedichteten elektrochemischen Zelle abgewandten Seite des mindestens einen Dichtelements (11a", 11b') angeordnet sind.
7. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (13a, 13b; 13a", 13b') wenigstens bereichsweise elastisch sind, so dass sie eingerichtet sind, durch eine Änderung ihrer Form und/oder ihrer Ausrichtung einer
Veränderung eines entlang der Stapelrichtung (8) bestimmten Abstandes der Separatorplatten (2a, 2b) voneinander zu folgen.
8. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatten (2a, 2b) jeweils aus einem Metallblech gebildet sind, vorzugsweise aus einem
Edelstahlblech.
9. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Fixierelement (13a; 13a") in die erste
Separatorplatte (2a) eingeformt ist und/oder dass das zweite Fixierelement (13b; 13b') in die zweite Separatorplatte (2b) eingeformt ist, und zwar jeweils vorzugsweise durch Prägen oder Tiefziehen.
10. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement (11a", 11b') wenigstens ein erstes Dichtelement (11a") umfasst, das einteilig mit der ersten Separatorplatte (2a) ausgebildet ist, und dass das mindestens eine Dichtelement wenigstens ein zweites Dichtelement (11b') umfasst, das einteilig mit der zweiten Separatorplatte (2b) ausgebildet ist.
11. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement eine in die erste Separatorplatte (2a) eingeformte erste Dichtsicke (11a") umfasst und dass das zweite
Dichteiement eine in die zweite Separatorplatte (2b) eingeformte zweite Dichtsicke (11b') umfasst, wobei sich die erste Dichtsicke (11a") und die zweite Dichtsicke (11b') gegeneinander abstützen, vorzugsweise unter wenigstens abschnittweiser Aufnahme der Membran oder eines mit der Membran verbundenen und die Membran einfassenden Rahmens (12a) zwischen der ersten Dichtsicke (11a") und der zweiten Dichtsicke (11b').
12. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fixierelement (13a; 13a") als relativ zur Plattenebene der ersten Separatorplatte (2a) wenigstens abschnittweise angewinkelter Fortsatz der ersten Separatorplatte (2a) ausgebildet ist und dass das zweite Fixierelement (13b; 13b') als relativ zur Plattenebene der zweiten Separatorplatte (2a) wenigstens abschnittweise angewinkelter Fortsatz der zweiten Separatorplatte (2b) ausgebildet ist, wobei das erste Fixierelement (13a; 13a") und das zweite Fixierelement (13b; 13b') wenigstens bereichsweise ineinander geschachtelt angeordnet sind.
13. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Winkel, den das erste Fixierelement (13a; 13a") und das zweite Fixierelement (13b; 13b') mit der Plattenebene der jeweiligen Separatorplatte oder mit einer zur Plattenebene der jeweiligen
Separatorplatte parallelen Ebene einschließen jeweils wenigstens
abschnittwiese zwischen 91 Grad und 135 Grad beträgt, vorzugsweise jeweils wenigstens abschnittweise zwischen 100 Grad und 120 Grad.
14. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze in einem Eckbereich der jeweiligen Separatorplatte angeordnet und derart ausgebildet sind, dass ihr Querschnitt in einer Ebene parallel zu den Plattenebenen wenigstens abschnittweise die Form einer gekrümmten Linie annimmt, beispielsweise die Form einer Kreisbogenlinie oder einer Ellipsenbogenlinie.
15. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die das erste und das zweite Fixierelement bildenden Fortsätze in einer senkrecht zu den Plattenebenen der
Separatorplatten ausgerichteten Ebene wenigstens in einem Abschnitt entlang der Stapelrichtung einen U- oder V-förmigen Querschnitt haben und formschlüssig ineinander geschachtelt angeordnet sind.
16. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze zur Erhöhung ihrer Steifigkeit jeweils eine sickenartige Vertiefung (21a', 21b', 21c', 21d', 21e') aufweisen, die vorzugsweise jeweils entlang des relativ zur Plattenebene angewinkelten Abschnitts des jeweiligen Fortsatzes ausgerichtet ist.
17. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatten (2a, 2b) jeweils zwei Einzelplatten (2a', 2a", 2b', 2b") umfassen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch Schweißverbindungen, besonders vorzugsweise durch Laserschweißverbindungen.
18. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass jeweils nur genau eine der Einzelplatten jeder der Separatorplatten wenigstens ein Fixierelement in Form wenigstens eines Fortsatzes dieser Einzelplatte aufweist.
19. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, dass beide der Einzelplatten (2a', 2a", 2b', 2b") jeder der Separatorplatten (2a, 2b) jeweils wenigstens ein Fixierelement (13a', 13a", 13b', 13b") in Form jeweils wenigstens eines Fortsatzes der jeweiligen Einzelpiatte aufweisen.
20. Elektrochemisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fixierelement einen in die erste Separatorplatte (2a) eingeformten und der zweiten Separatorplatte (2b) zugewandten ersten erhöhten Bereich (22a") umfasst, und dass das zweite Fixierelement einen in die zweite Separatorplatte (2b) eingeformten und der ersten Separatorplatte (2a) zugewandten zweiten erhöhten Bereich (22b') umfasst, wobei der zweite erhöhte Bereich (22b') der zweiten Separatorplatte (2b) eine Vertiefung (23b') aufweist, die eine zum ersten erhöhten Bereich (22a") der ersten Separatorplatte (2a) wenigstens bereichsweise
komplementäre Form hat, und wobei der erste erhöhte Bereich (22a") der ersten Separatorplatte (2a) wenigstens bereichsweise in der Vertiefung (23b') des zweiten erhöhten Bereichs (22b') der zweiten Separatorplatte (22b) aufgenommen ist.
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