WO2019238360A1 - Brennstoffzellenplatte - Google Patents

Brennstoffzellenplatte Download PDF

Info

Publication number
WO2019238360A1
WO2019238360A1 PCT/EP2019/062920 EP2019062920W WO2019238360A1 WO 2019238360 A1 WO2019238360 A1 WO 2019238360A1 EP 2019062920 W EP2019062920 W EP 2019062920W WO 2019238360 A1 WO2019238360 A1 WO 2019238360A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
cell plate
column
flow guides
inlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/062920
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Kapitza
Original Assignee
Audi Ag
Volkswagen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Ag, Volkswagen Ag filed Critical Audi Ag
Priority to US17/251,740 priority Critical patent/US11749812B2/en
Priority to CN201980038875.1A priority patent/CN112514122A/zh
Priority to JP2021517904A priority patent/JP7123253B2/ja
Publication of WO2019238360A1 publication Critical patent/WO2019238360A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell plate for supplying a reactant to an active region of a fuel cell with at least one inlet and at least one outlet and with an intermediate flow field, that is to say between the inlet and the outlet, which is formed on a first surface of the plate is formed and has a plurality of flow guides.
  • Such fuel cell plates are also known as bipolar plates and pursue the goal of distributing the reactants in question as evenly as possible over their surface.
  • DE 10 2009 016 263 A1 shows a fuel cell plate with channels which are arranged in a fan shape for distributing the reactant.
  • the disadvantage of such directed channel arrangements is that the channels require a long extension in order to achieve a good uniform distribution of the reactants towards the active area of the fuel cell.
  • this causes a high pressure difference across the fuel cell plate with a complex geometry at the same time and a high manufacturing effort associated therewith.
  • no satisfactory uniform distribution has yet been achieved with these structures and they are only used in conjunction with a high pressure difference. It is therefore the object of the present invention to further develop a fuel cell plate of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages mentioned above are reduced.
  • the deflection elements are preferably designed to taper.
  • a plurality of inlets and outlets can also be provided. In this case, outlets are preferably arranged distributed over the entire plate edge of the bipolar plate on the outlet side, while the inlets are formed only in sections on the plate edge on the inlet side.
  • the flow guides are arranged in columns with respect to a fuel cell plate edge, the deflecting elements being arranged at least in sections in an inlet column formed on the inlet side.
  • those flow guides are formed as deflection elements which are arranged adjacent to the inlets.
  • the flow guides are arranged in columns with respect to a fuel cell plate edge and the deflecting elements are formed at least in sections in an outlet side. th outlet column arranged. In this context, it is preferred if those flow guides are formed as deflection elements which are arranged adjacent to the outlets.
  • the columns are arranged alternately offset from one another, such that the flow guides form a grid running obliquely with respect to the fuel cell plate edge.
  • the grid has sloping rows.
  • the deflection elements are arranged with or at an inclination angle a with respect to the fuel cell plate edge, in particular in a fan-out fashion.
  • the angle of inclination ai of a first deflecting element is smaller than the angle of inclination 0 2 of a second deflecting element. It is particularly advantageous if the first deflection element is arranged adjacent to the second deflection element in the same column. Furthermore, a third deflection element can also be arranged in the same column adjacent to the second deflection element, the angle of inclination 03 of which is greater than 0 2 and thus also greater than CM. In particular, it is preferred if each of the deflection elements of the inlet gaps has a smaller angle of inclination a than one of the deflection elements adjacent thereto.
  • a first deflecting element of the outlet column has a larger angle of inclination a than one of the second deflecting element adjacent thereto.
  • each of the deflection elements of the outlet gaps each has a larger angle of inclination a than one of the deflection elements adjacent to it.
  • the flow guides In order to enable the fuel cell plate to be positioned more cheaply and easily, another part of the flow guides is present, which is used as guide elements with a circular or an approximate one circular or an oval or a drop-shaped cross-sectional area is formed.
  • the flow guides arranged in the gaps between the inlet column and the outlet column are advantageously formed as such guide elements.
  • the guide elements are preferably formed more regularly and rounder in cross-sectional area, the greater the distance from the inlet column and the outlet column.
  • the diameter or the width or the length of the guide elements is preferably smaller the greater the distance from the at least one inlet.
  • parts of the flow guides of the inlet gaps and / or the outlet gaps are also formed as such guide elements, in particular those which are not arranged adjacent to one of the inlets and / or one of the outlets.
  • a first deflecting element is made shorter in a direction of extension than a second deflecting element.
  • the deflection elements of the inlet gaps are formed to be longer along a first direction, while the deflection elements of the outlet gaps are preferably formed to be shorter along the first direction.
  • the flow guides in a column adjacent to the inlet column and / or in a column adjacent to the outlet column are formed at least in sections as the deflection elements, and that the deflection elements are formed with or are arranged at an inclination angle ⁇ with respect to the fuel cell plate edge.
  • the difference in inclination angle between the inclination angle ⁇ of the inlet or outlet gaps and the inclination angle ⁇ is preferably from 45 degrees to 100 degrees, particularly preferably from 60 degrees to 90 degrees.
  • the flow guides in a column adjacent to the inlet column and / or in a column adjacent to the outlet column can be used as the guide elements, at least in sections be formed, which are arranged with an inclination angle ⁇ with respect to the fuel cell plate edge.
  • the angle of inclination difference between the angle of inclination a of the inlet column or the outlet column and the angle of inclination ⁇ is preferably from 45 degrees to 100 degrees, particularly preferably from 60 degrees to 90 degrees.
  • a second flow field with at least one second inlet and at least one second outlet is formed on a second surface of the fuel cell plate opposite the first surface if a plurality of flow guides are applied to the second surface, which are at least partially formed as the deflection elements.
  • Individual features of the first surface of the fuel cell plate described above can also be implemented on the second surface of the fuel cell plate.
  • the second surface is mirror-inverted to the first surface of the fuel cell plate.
  • the arrangement of the deflection elements and the guide elements of the second surface can differ from that of the first surface.
  • the second surface can be adapted, for example, to a second inlet or second outlet that is positioned differently from the first surface, or to another flow behavior of the reactants of the second surface that differ from the reactants of the first surface.
  • 1 shows a schematic illustration of a fuel cell plate according to a first embodiment
  • 2 shows a schematic illustration of a fuel cell plate according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a fuel cell plate 1 for supplying a reactant to an active region of a fuel cell with a plurality of inlets 2 and a plurality of outlets 3 and with an intermediate flow field 4 which extends on a first surface 5 of the plate 1.
  • part of the flow guides 6 is formed as deflection elements 7 in the form of guide vanes.
  • the flow guides 6 are arranged with respect to a fuel cell plate edge 8 in columns 9, the columns 9 being arranged alternately offset from one another in order to better distribute the reactant on the first surface 5, such that the flow guides 7 have a grid running obliquely with respect to the fuel cell plate 8 form.
  • the deflecting elements 7 are arranged in sections in an inlet gap 10 formed on the inlet side, the flow guides 6 being formed as the deflecting elements 7, which are arranged adjacent to the inlets 2.
  • the deflection elements 7 are also arranged in sections in an outlet column 11 on the outlet side, the flow guides being formed as the deflection elements 7, which are arranged adjacent to the outlets 3.
  • the deflection elements 7 are arranged with or at an inclination angle a with respect to the fuel cell plate edge 8. It is clear in FIG. 1 that the deflection elements 7 of the inlet gaps 10 have a decreasing angle of inclination a with respect to the plate edge 8 with increasing distance from a first deflection element 12 of the inlet gaps 10. In other words, the angle of inclination ai of a first deflecting element 12 of the inlet column 10 is greater than the angle of inclination 02 of a second deflecting element 13 of the inlet column 10 adjacent thereto.
  • a first deflection element 12 of the inlet gaps 10 is designed to be shorter in terms of its longitudinal extent than a second deflection element 13 adjacent to it.
  • the flow guides 6 are preferably formed as guide elements 14 with a circular cross-sectional area.
  • the flow guides 6 of the inlet gaps 10, which are not arranged adjacent to an inlet 2 are also formed as guide elements 14.
  • the guide elements 14 in the inlet column 10 and in the columns 9 adjacent thereto have a smaller diameter at a greater distance from the inlets 2, i.e. here flow structures are deliberately “withdrawn” in order to distribute the flow over the entire or at least over a large part of the first surface 5.
  • the flow guides 6 are also partially formed as guide elements 14 in the outlet gaps 11, namely those which are not arranged adjacent to one of the outlets 3.
  • the fuel cell plate 1 of FIG. 1 is preferably formed as a bipolar plate, ie a second flow field is formed on its second surface, not shown, opposite the first surface 5, with at least one second inlet and at least one second outlet.
  • a plurality of flow guides 6 are applied to the second surface, some of which are used as the deflection elements 7 or as the guide elements. te 14 are formed.
  • the second surface of the fuel cell plate 1 is identical to the first surface 5.
  • FIG. 2 shows a second fuel cell plate 1, which differs from that shown in FIG. 1 only in that the flow guides 6 in a third column 15 adjacent to the inlet column 10 and in a fourth column 16 adjacent to the outlet column 11 partially as the deflection elements 7 are formed.
  • these can also be formed as the guide elements 14 with a drop-shaped cross-sectional area.
  • the deflection elements 7 or the guide elements 14 are arranged with an inclination angle ⁇ with respect to the fuel cell plate edge 8.
  • the fuel cell plates 1 shown in FIGS. 1 and 2 are distinguished by an optimized reactant flow behavior and thus allow a more uniform distribution of the reactants over the active region.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenplatte (1) zur Zuführung eines Reaktanten zu einem aktiven Bereich einer Brennstoffzelle mit wenigstens einem Einlass (2) und wenigstens einem Auslass (3) sowie mit einem dazwischenliegenden Strömungsfeld (4), das an einer ersten Fläche (5) der Platte (1) ausgeformt ist und eine Mehrzahl von Strömungsführungen (6) aufweist. Dabei ist zumindest ein Teil der Strömungsführungen (6) als Umlenkelemente (7) in Form von Leitschaufeln, Leitblechen oder Flügeln gebildet.

Description

Brennstoffzellenplatte
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenplatte zur Zuführung eines Reak- tanten zu einem aktiven Bereich einer Brennstoffzelle mit wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Auslass sowie mit einem dazwischenliegen- den, mithin also zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgebildeten Strömungsfeld, das an einer ersten Fläche der Platte ausgeformt ist und eine Mehrzahl von Strömungsführungen aufweist. Derartige Brennstoffzellenplat- ten sind auch als Bipolarplatten bekannt und verfolgen das Ziel einer mög- lichst gleichmäßigen Verteilung des betreffenden Reaktanten über ihre Ober- fläche.
Die DE 10 2009 016 263 A1 zeigt eine Brennstoffzellenplatte mit Kanälen, die fächerförmig angeordnet sind zur Verteilung des Reaktanten. Der Nach- teil bei solchen gerichteten Kanalanordnungen ist, dass die Kanäle eine lan- ge Erstreckung benötigen, um eine gute Gleichverteilung des Reaktanten hin zum aktiven Bereich der Brennstoffzelle zu erreichen. Dies verursacht aber eine hohe Druckdifferenz über die Brennstoffzellenplatte hinweg bei einer gleichzeitig komplexen Geometrie und einem damit verbundenen hohen Fer- tigungsaufwand. Darüber hinaus gibt es bei Brennstoffzellenplatten auch den Ansatz offener Verteilstrukturen, beispielsweise in Form von Noppen. Allerdings konnte mit diesen Strukturen bisher noch keine zufriedenstellende Gleichverteilung er- zielt werden und sie kommen nur in Verbindung mit einer hohen Druckdiffe- renz zum Einsatz. Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzellen- platte der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die oben genannten Nachteile reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzellenplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, insbesondere indem zumindest ein Teil der Strömungs- führungen als Umlenkelemente in Form von Leitschaufeln, Leitblechen oder Flügeln gebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiter- bildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Durch diese offenen, aber gleichzeitig gerichteten Verteilstrukturen wird eine gleichmäßige Verteilung des Reaktanten zum aktiven Bereich der Brenn- stoffzelle ermöglicht und gleichzeitig Bauraum und Gewicht im Vergleich zu den bekannten gerichteten Verteilstrukturen eingespart. Die Umlenkelemente sind dabei vorzugsweise sich verjüngend ausgebildet. Außerdem kann auch eine Mehrzahl von Einlässen und Auslässen vorgesehen sein. Dabei sind Auslässe vorzugsweise über die gesamte auslassseitige Plattenkante der Bipolarplatte verteilt angeordnet, während die Einlässe nur abschnittsweise an der einlassseitigen Plattenkante ausgebildet sind.
Um eine einfache Fertigung der Brennstoffzellenplatte und um eine optimale Einführung des Reaktanten in die Brennstoffzellenplatte zu ermöglichen, sind die Strömungsführungen bezüglich einer Brennstoffzellenplattenkante in Spalten angeordnet, wobei die Umlenkelemente zumindest abschnittsweise in einer einlassseitig ausgebildeten Einlassspalte angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn diejenigen Strömungsfüh- rungen als Umlenkelemente gebildet sind, die benachbart zu den Einlässen angeordnet sind.
Um ein gleichmäßiges Ausströmen des Reaktanten in den aktiven Bereich der Brennstoffzelle zu ermöglichen sind die Strömungsführungen bezüglich einer Brennstoffzellenplattenkante in Spalten angeordnet und die Umlen- kelemente sind zumindest abschnittsweise in einer auslassseitig ausgebilde- ten Auslassspalte angeordnet. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn diejenigen Strömungsführungen als Umlenkelemente gebildet sind, die benachbart zu den Auslässen angeordnet sind.
Zur Führung des Reaktanten über die gesamte oder zumindest über einen Großteil der ersten Fläche ist es bevorzugt, wenn die Spalten alternierend zueinander versetzt angeordnet sind, derart, dass die Strömungsführungen ein schräg bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante verlaufendes Gitter bilden. In anderen Worten weist das Gitter schräg verlaufende Reihen auf.
Zur verbesserten Führung des Reaktanten innerhalb der Brennstoffzellen- platte ist es insbesondere vorgesehen, dass die Umlenkelemente mit oder unter einem Neigungswinkel a bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante, insbesondere auffächernd, angeordnet sind.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der Neigungs- winkel ai eines ersten Umlenkelements kleiner ist als der Neigungswinkel 02 eines zweiten Umlenkelements. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das erste Umlenkelement benachbart zum zweiten Umlenkelement in der- selben Spalte angeordnet ist. Weiterhin kann auch ein drittes Umlenkelement in derselben Spalte benachbart zum zweiten Umlenkelement angeordnet sein, dessen Neigungswinkel 03 größer ist als 02 und damit auch größer als CM . Insbesondere ist es bevorzugt, wenn jedes der Umlenkelemente der Ein- lasspalte jeweils einen geringeren Neigungswinkel a aufweist als eines der dazu benachbarten Umlenkelemente. Umgekehrt ist es bevorzugt, wenn ein erstes Umlenkelement der Auslassspalte einen größeren Neigungswinkel a aufweist als eines des dazu benachbarten zweiten Umlenkelements. Insbe- sondere ist es sinnvoll, wenn jedes der Umlenkelemente der Auslasspalte jeweils einen größeren Neigungswinkel a aufweist als eines der dazu be- nachbarten Umlenkelemente.
Um eine günstigere und einfachere Fierstellung der Brennstoffzellen platte zu ermöglichen, ist ein anderer Teil der Strömungsführungen vorhanden, wel- cher als Führungselemente mit einer kreisförmigen oder einer annähernd kreisförmigen oder einer ovalen oder einer tropfenförmigen Querschnittsflä- che gebildet ist. Vorteilhafterweise sind die in den Spalten zwischen der Ein- lassspalte und der Auslasspalte angeordneten Strömungsführungen als sol- che Führungselemente gebildet. Vorzugsweise sind die Führungselemente umso regelmäßiger und umso runder in der Querschnittsfläche gebildet, je größer der Abstand von der Einlassspalte und der Auslassspalte ist. Der Durchmesser oder die Breite oder die Länge der Führungselemente ist dabei vorzugsweise kleiner je größer der Abstand von dem mindestens einen Ein- lass ist. Darüber hinaus sind auch Teile der Strömungsführungen der Ein- lasspalte und/oder der Auslasspalte als solche Führungselemente gebildet, insbesondere diejenigen, die nicht benachbart zu einem der Einlässe und/oder einem der Auslässe angeordnet sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn ein erstes Umlenkelement in einer Erstre- ckungsrichtung kürzer ausgebildet ist als ein zweites Umlenkelement. In die- sem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Umlenkele- mente der Einlassspalte entlang einer ersten Richtung in ihrer Erstreckung länger werdend gebildet sind, während die Umlenkelemente der Auslass- spalte vorzugsweise entlang der ersten Richtung in ihrer Erstreckung kürzer werdend gebildet sind.
Um die Reaktantenströmung noch besser verteilen zu können, ist es insbe- sondere vorgesehen, dass die Strömungsführungen in einer zur Einlassspal- te benachbarten Spalte und/oder in einer zur Auslasspalte benachbarten Spalte zumindest abschnittsweise als die Umlenkelemente gebildet sind, und dass die Umlenkelemente mit oder unter einem Neigungswinkel ß bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante angeordnet sind. Dabei beträgt die Nei- gungswinkeldifferenz zwischen dem Neigungswinkel a der Einlassspalte o- der der Auslassspalte und dem Neigungswinkel ß bevorzugt von 45 Grad bis zu 100 Grad, besonders bevorzugt von 60Grad bis zu 90 Grad.
In einer alternativen Ausgestaltung können die Strömungsführungen in einer zur Einlassspalte benachbarten Spalte und/oder in einer zur Auslasspalte benachbarten Spalte zumindest abschnittsweise als die Führungselemente gebildet sein, wobei diese mit einem Neigungswinkel ß bezüglich der Brenn- stoffzellenplattenkante angeordnet sind. Dabei beträgt die Neigungswinkel- differenz zwischen dem Neigungswinkel a der Einlassspalte oder der Aus- lassspalte und dem Neigungswinkel ß bevorzugt von 45 Grad bis 100 Grad, besonders bevorzugt von 60 Grad bis 90 Grad.
Um verschiedene Reaktanten leiten zu können, ist es zugunsten eines kom- pakten Aufbaus eines Brennstoffzellenstapels von Vorteil, wenn an einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche der Brennstoffzellenplatte ein zweites Strömungsfeld ausgeformt ist mit wenigstens einem zweiten Ein- lass und wenigstens einem zweiten Auslass, und wenn auf der zweiten Flä- che eine Mehrzahl von Strömungsführungen aufgebracht sind, die zumindest teilweise als die Umlenkelemente gebildet sind. Dabei können einzelne der vorbeschriebenen Merkmale der ersten Fläche der Brennstoffzellenplatte auch bei der zweiten Fläche der Brennstoffzellenplatte realisiert sein.
In einer besonders einfach herzustellenden Weiterentwicklung ist die zweite Fläche spiegelverkehrt zur ersten Fläche der Brennstoffzellenplatte ausge- bildet. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Anordnung der Umlen- kelemente und der Führungselemente der zweiten Fläche sich von der der ersten Fläche unterscheiden. Die zweite Fläche kann beispielsweise ange- passt sein an einen im Vergleich zur ersten Fläche unterschiedlich positio nierten zweiten Einlass oder zweiten Auslass, oder an ein anderes Strö- mungsverhalten des vom Reaktanten der ersten Fläche sich unterscheiden- den Reaktanten der zweiten Fläche.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfüh- rungsformen, sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenplatte nach ei- ner ersten Ausführungsform und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenplatte nach ei- ner zweiten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Brennstoffzellenplatte 1 zur Zuführung eines Reaktanten zu einem aktiven Bereich einer Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Ein- lässen 2 und einer Mehrzahl von Auslässen 3 sowie mit einem dazwischen- liegenden Strömungsfeld 4, das an einer ersten Fläche 5 der Platte 1 ausge- formt ist und eine Mehrzahl von Strömungsführungen 6 aufweist. Dabei ist zur gleichmäßigeren Verteilung des Reaktanten ein Teil der Strömungsfüh- rungen 6 als Umlenkelemente 7 in Form von Leitschaufeln gebildet.
Die Strömungsführungen 6 sind bezüglich einer Brennstoffzellenplatten kante 8 in Spalten 9 angeordnet, wobei zur besseren Verteilung des Reaktanten auf der ersten Fläche 5 die Spalten 9 alternierend zueinander versetzt ange- ordnet sind, derart, dass die Strömungsführungen 7 ein schräg bezüglich der Brennstoffzellenplatte 8 verlaufendes Gitter bilden. Die Umlenkelemente 7 sind dabei abschnittsweise in einer einlassseitig ausgebildeten Einlassspalte 10 angeordnet, wobei diejenigen Strömungsführungen 6 als die Umlenkele- mente 7 gebildet sind, die benachbart zu den Einlässen 2 angeordnet sind. Darüber hinaus sind die Umlenkelemente 7 auch abschnittsweise in einer auslassseitig ausgebildeten Auslassspalte 11 angeordnet, wobei diejenigen Strömungsführungen als die Umlenkelemente 7 gebildet sind, die benachbart zu den Auslässen 3 angeordnet sind.
Zur verbesserten und gleichmäßigeren Führung des Reaktanten sind die Umlenkelemente 7 mit oder unter einem Neigungswinkel a bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante 8 angeordnet. In Figur 1 wird deutlich, dass die Umlenkelemente 7 der Einlasspalte 10 mit zunehmendem Abstand von ei- nem ersten Umlenkelement 12 der Einlasspalte 10 einen sich verringernden Neigungswinkel a bezüglich der Plattenkante 8 aufweisen. In anderen Wor- ten ist der Neigungswinkel ai eines ersten Umlenkelements 12 der Einlass- spalte 10 größer als der Neigungswinkel 02 eines dazu benachbarten zwei- ten Umlenkelements 13 der Einlassspalte 10. Darüber hinaus erkennt man, dass innerhalb der Einlassspalte 10 mit zunehmendem Abstand von dem obersten ersten Umlenkelement 7 der Einlassspalte 10 ein Größengradient der Umlenkelemente 7 vorhanden ist. Oder in anderen Worten: Ein erstes Umlenkelement 12 der Einlasspalte 10 ist hinsichtlich seiner Längserstre- ckung kürzer ausgebildet als ein dazu benachbartes zweites Umlenkelement 13.
Bei der Auslassspalte 11 verhält es sich umgekehrt: Mit zunehmendem Ab- stand von einem ersten Auslass 3 oder vom obersten ersten Umlenkelement 17 der Auslasspalte 11 sind die Umlenkelemente 7 der Auslasspalte 11 hin- sichtlich ihrer Längserstreckung kürzer ausgebildet als die dazu benachbar- ten Umlenkelemente 7. Gleichzeitig nimmt der Neigungswinkel a bezüglich der Plattenkante 8 mit zunehmendem Abstand vom ersten Umlenkelement 17 der Auslassspalte 11 stetig zu.
Zwischen der Einlassspalte 10 und der Auslassspalte 11 sind die Strömungs- führungen 6 bevorzugt als Führungselemente 14 mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche gebildet. Auch die Strömungsführungen 6 der Einlass- spalte 10, die nicht benachbart zu einem Einlass 2 angeordnet sind, sind als Führungselemente 14 gebildet. Dabei weisen in der Einlasspalte 10 und in den dazu benachbarten Spalten 9 die Führungselemente 14 mit einem grö- ßeren Abstand zu den Einlässen 2 einen geringeren Durchmesser auf, d.h. hier werden bewusst Strömungsstrukturen„zurückgenommen“ um die Strö- mung über die gesamte oder zumindest über einen Großteil der ersten Flä- che 5 zu verteilen. Darüber hinaus kann Figur 1 entnommen werden, dass auch in der Auslasspalte 11 die Strömungsführungen 6 teilweise als Füh- rungselemente 14 gebildet sind, nämlich diejenigen, die nicht benachbart zu einem der Auslässe 3 angeordnet sind.
Die Brennstoffzellenplatte 1 der Figur 1 ist vorzugsweise als eine Bipolarplat- te gebildet, d.h. an ihrer der ersten Fläche 5 gegenüberliegenden nicht dar- gestellten zweiten Fläche ist ein zweites Strömungsfeld ausgeformt mit we- nigstens einem zweiten Einlass und wenigstens einem zweiten Auslass. Auf der zweiten Fläche ist eine Mehrzahl von Strömungsführungen 6 aufge- bracht, die teilweise als die Umlenkelemente 7 oder als die Führungseiemen- te 14 gebildet sind. Die zweite Fläche der Brennstoffzellenplatte 1 ist dabei identisch zur ersten Fläche 5 gebildet.
Figur 2 zeigt eine zweite Brennstoffzellenplatte 1 , die sich von der in Figur 1 gezeigten lediglich dadurch unterschiedet, dass die Strömungsführungen 6 in einer zur Einlasspalte 10 benachbarten dritten Spalte 15 und in einer zur Auslassspalte 11 benachbarten vierten Spalte 16 teilweise als die Umlen- kelemente 7 gebildet sind. Alternativ können diese auch als die Führungs- elemente 14 mit einer tropfenförmigen Querschnittsfläche gebildet sein. Dar- über hinaus sind die Umlenkelemente 7 oder die Führungselemente 14 mit einem Neigungswinkel ß bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante 8 ange- ordnet.
Abschließend sei festgehalten, dass sich die in den Figuren 1 und 2 gezeig- ten Brennstoffzellenplatten 1 durch ein optimiertes Reaktantenströmungs- verhalten auszeichnen und damit eine gleichmäßigere Verteilung des Reak- tanten über den aktiven Bereich hinweg erlauben.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Brennstoffzellenplatte
2 Einlass
3 Auslass
4 Strömungsfeld
5 erste Fläche
6 Strömungsführung
7 Umlenkelemente
8 Brennstoffzellenplattenkante
9 Spalte
10 Einlassspalte
11 Auslassspalte
12 erstes Umlenkelement
13 zweites Umlenkelement
14 Führungselemente
15 dritte Spalte
16 vierte Spalte
17 erstes Umlenkelement (Auslassspalte)

Claims

ANSPRÜCHE:
Brennstoffzellenplatte (1 ) zur Zuführung eines Reaktanten zu einem aktiven Bereich einer Brennstoffzelle mit wenigstens einem Einlass (2) und wenigstens einem Auslass (3) sowie mit einem dazwischenlie- genden Strömungsfeld (4), das an einer ersten Fläche (5) der Platte (1 ) ausgeformt ist und eine Mehrzahl von Strömungsführungen (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strö- mungsführungen (6) als Umlenkelemente (7) in Form von Leitschau- feln, Leitblechen oder Flügeln gebildet ist.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungen (6) bezüglich einer Brennstoffzellenplat- tenkante (8) in Spalten (9) angeordnet sind, und dass die Umlenkele- mente (7) zumindest abschnittsweise in einer einlassseitig ausgebilde- ten Einlassspalte (10) angeordnet sind.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Strömungsführungen (6) bezüglich einer Brenn- stoffzellenplattenkante (8) in Spalten (9) angeordnet sind, und dass die Umlenkelemente (7) zumindest abschnittsweise in einer auslass- seitig ausgebildeten Auslassspalte (11 ) angeordnet sind.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Spalten (9) alternierend zueinander versetzt ange- ordnet sind, derart, dass die Strömungsführungen (7) ein schräg be- züglich der Brennstoffzellenplattenkante (8) verlaufendes Gitter bilden.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (7) mit einem Neigungs- winkel a bezüglich der Brennstoffzellenplattenkante (8) angeordnet sind. Brennstoffzellenplatte (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel a1 eines ersten Umlenkelements (12) größer ist als der Neigungswinkel a2 eines zweiten Umlenkelements (13).
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dass ein anderer Teil der Strömungsführungen (6) vorhanden ist, welche als Führungselemente (14) mit einer kreisförmigen oder einer annähernd kreisförmigen oder einer ovalen oder einer tropfenförmigen Quer- schnittsfläche gebildet sind.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Umlenkelement (12) in einer Erstre- ckungsrichtung kürzer ausgebildet ist als ein zweites Umlenkelement (13).
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführungen (6) in einer zur Ein- lassspalte (10) benachbarten Spalte (9) und/oder in einer zur Aus- lasspalte (11 ) benachbarten Spalte (9) zumindest abschnittsweise als die Umlenkelemente (7) gebildet sind, und dass die Umlenkelemente (7) mit einem Neigungswinkel ß bezüglich der Brennstoffzellenplatten- kante (8) angeordnet sind.
Brennstoffzellenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der ersten Fläche (3) gegenüberlie- genden zweiten Fläche ein zweites Strömungsfeld ausgeformt ist mit wenigstens einem zweiten Einlass und wenigstens einem zweiten Auslass, dass auf der zweiten Fläche eine Mehrzahl von Strömungs- führungen (6) aufgebracht sind, die zumindest teilweise als die Um- lenkelemente (7) gebildet sind.
PCT/EP2019/062920 2018-06-13 2019-05-20 Brennstoffzellenplatte WO2019238360A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/251,740 US11749812B2 (en) 2018-06-13 2019-05-20 Fuel cell plate
CN201980038875.1A CN112514122A (zh) 2018-06-13 2019-05-20 燃料电池板
JP2021517904A JP7123253B2 (ja) 2018-06-13 2019-05-20 燃料電池プレート

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018209441.1A DE102018209441A1 (de) 2018-06-13 2018-06-13 Brennstoffzellenplatte
DE102018209441.1 2018-06-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019238360A1 true WO2019238360A1 (de) 2019-12-19

Family

ID=66690301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/062920 WO2019238360A1 (de) 2018-06-13 2019-05-20 Brennstoffzellenplatte

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11749812B2 (de)
JP (1) JP7123253B2 (de)
CN (1) CN112514122A (de)
DE (1) DE102018209441A1 (de)
WO (1) WO2019238360A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009016263A1 (de) 2008-04-08 2009-11-19 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Dichtung für eine PEM-Brennstoffzellenplatte
DE102013214708A1 (de) * 2013-07-29 2015-01-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle
DE102016213057A1 (de) * 2016-07-18 2018-01-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0650640B2 (ja) * 1987-09-02 1994-06-29 株式会社日立製作所 燃料電池
US6586128B1 (en) * 2000-05-09 2003-07-01 Ballard Power Systems, Inc. Differential pressure fluid flow fields for fuel cells
TW200840123A (en) * 2007-03-16 2008-10-01 Coretronic Corp Flow field plate module for fuel cell system
TWI341615B (en) * 2007-06-20 2011-05-01 Young Green Energy Co Flow channel plate
US8236461B2 (en) * 2008-02-26 2012-08-07 Yong Gao Type of fuel cell bipolar plates constructed with multiple pass flow channels that contract, expand, deflect and split reactant flows for improving reactant flow distribution, diffusion and water management
US8679696B2 (en) 2010-03-17 2014-03-25 GM Global Technology Operations LLC PEM fuel cell stack hydrogen distribution insert
JP2013528908A (ja) * 2010-05-11 2013-07-11 ユーティーシー パワー コーポレイション Ｐｅｍ燃料電池のチャネルにおけるフロー分配を向上させるスタンピング可能な流れ場の改良
US9028989B2 (en) 2011-06-03 2015-05-12 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell system having a fluid flow distribution feature
CN106887596B (zh) * 2015-12-12 2019-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种有利于排水的燃料电池双极板
US11799096B2 (en) * 2020-10-20 2023-10-24 Honda Motor Co., Ltd. Power generation cell and fuel cell stack
JP7212090B2 (ja) * 2021-03-22 2023-01-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP7183328B2 (ja) * 2021-03-29 2022-12-05 本田技研工業株式会社 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009016263A1 (de) 2008-04-08 2009-11-19 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Dichtung für eine PEM-Brennstoffzellenplatte
DE102013214708A1 (de) * 2013-07-29 2015-01-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle
DE102016213057A1 (de) * 2016-07-18 2018-01-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle

Also Published As

Publication number Publication date
JP7123253B2 (ja) 2022-08-22
US11749812B2 (en) 2023-09-05
US20210119230A1 (en) 2021-04-22
JP2021526726A (ja) 2021-10-07
DE102018209441A1 (de) 2019-12-19
CN112514122A (zh) 2021-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69402317T2 (de) Orientierer
EP2208835A1 (de) Paneel, insbesondere Fussbodenpaneel
DE112013004008T5 (de) Verfahren zum Mischen eines Abgasstroms
EP3189554B1 (de) Strömungselement, bipolarplatte und verfahren zum herstellen eines strömungselements
DE102013101654A1 (de) Trenntellerpaket
EP2566594B1 (de) Ventilboden
DE112015001576T5 (de) Flüssigkeitsabscheidevorrichtung
EP4067753A2 (de) Flachkanalanordnung für eine downdraft-dunstabzugshaube
DE102008054899A1 (de) Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn
EP2995732A1 (de) Fassadenrinne
EP2335817A2 (de) Statischer Mischer
EP2952752A1 (de) Umlenkbogen
DE102018003247A1 (de) Festlegevorrichtung
EP1755763A1 (de) Tropfenabscheideranordnung
EP1474646B1 (de) Gepanzertes fahrzeug, insbesondere kampffahrzeug
DE3303005A1 (de) Flexibler steuerstab fuer einen kernreaktor
WO2019238360A1 (de) Brennstoffzellenplatte
WO2012167888A1 (de) Flüssigkeitsverteiler
EP2532799B1 (de) Metallträger und dessen Verwendung
DE10322922A1 (de) Statikmischer
EP4205199A1 (de) Bipolarplatte mit geneigt angeordneten einströmkanalabschnitten für einen brennstoffzellenstapel, brennstoffzellensystem und kraftfahrzeug
DE102019131048A1 (de) Düse zum Auftragen von hochviskosem Material in Lagen auf einem Rohbauteil eines Kraftwagens
DE102008028616A1 (de) Mischer
DE102020201131A1 (de) Wärmeübertrager-Platte für einen Wärmeübertrager, insbesondere für einen Stapelscheiben-Wärmeübertrager oder für einen Platten-Wärmeübertrager
AT526379B1 (de) Strömungsanordnung zum Zuführen eines Medienstroms an Einlassöffnungen von Brennstoffzellenstapeln

Legal Events

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

Ref document number: 19727943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021517904

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19727943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1