WO2020064975A1 - Separatorplatte und elektrochemisches system - Google Patents

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separator
separator plate
plane
electrochemical system
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PCT/EP2019/076122
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Ahmet ORUC
Thomas STÖHR
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a separator plate for an electrochemical system and an electrochemical system with a plurality of separator plates arranged in parallel.
  • the separator plate can be used, for example, for a fuel cell system in which electrical energy is obtained from hydrogen and oxygen.
  • the separator plate can also be used for an electrolyzer in which hydrogen and
  • the separator plate can also be used for an electrochemical compressor in which molecular hydrogen is transported through the membrane and simultaneously compressed by the application of a potential by means of oxidation / reduction.
  • the electrochemical system according to the invention can thus include one of the aforementioned electrochemical systems.
  • separator plates for an electrochemical system comprise a plate pair with two metallic individual plates, with two separator plates each delimiting an electrochemical cell, for example a fuel cell.
  • One single plate in the narrower sense belongs to one cell and the other single plate of the separator plate already belongs to the next cell.
  • a large number of electrochemical cells for example up to 400, are usually stacked in series to form a stack.
  • the cells themselves usually comprise a membrane electrode assembly, also referred to as MEA (membrane electrode assembly), which is located between the
  • Separator plates is arranged, as well as a gas diffusion layer (GDL), which e.g. consists of electrically conductive carbon fleece on both sides of the MEA.
  • GDL gas diffusion layer
  • the separator plates have a number of other functions in addition to the limitation of the electrochemical cells, this is on the one hand the electrical contacting of the electrodes of the various electrochemical cells and the transmission of the current to the neighboring cell, and on the other hand the supply of the cells with the reaction media and the disposal of the reaction products, the cooling of the electrochemical cells and the transfer of waste heat, as well as the sealing of the compartments of the two different reaction media and the coolant against each other and to the outside.
  • passage openings for reaction media are accordingly formed for supplying the electrochemical cells, usually so on the one hand in particular hydrogen or methanol and on the other hand in particular air or oxygen, and coolants, mostly mixtures of demineralized water and antifreeze. Furthermore, a distribution structure is formed in each of the two metallic individual plates, channels being formed on both surfaces of the two individual plates. A reaction medium is placed on each of the outwardly facing surfaces of the separator plate and in the space between the two metallic individual plate out the coolant.
  • the area that coincides in an orthogonal projection in a common plane with the MEA with the actual membrane and not with its edge area or its sealing structure is also referred to as the electrochemically active area of the separator plate.
  • a reaction medium is guided in a channel structure on the surface of the separator plate facing the MEA.
  • a distribution area with also channel-like distribution structures follows on two sides of the electrochemically active area.
  • Each of the distribution structures communicates with at least two of the through openings, namely at least one inlet and at least one outlet for the respective fluid.
  • a sealing structure is arranged in each of the metallic individual plates, at least in a closed circumferential manner around the electrochemically active area of the separator plate and optionally around at least part of the through openings, which leads to the electrochemically active area or the relevant edge of the through opening is spaced apart.
  • individual through-openings for sealing against one another can also be sealed by a self-sealing sealing structure that surrounds the respective through-opening.
  • the individual cells are electrically contacted at the edge of the separator plates.
  • This contact must be mechanically stable and vibration-proof in order to be able to check the cell voltage even during operation, for example when used in a vehicle.
  • plugs in the form of cylindrical pins were clamped between the individual plates of a separator plate or hooked onto the separator plate or the housing by means of additional hook elements. Hook elements either take up more space on the separator plate or on the housing, but are necessary to prevent the connector from being released in the event of vibration or dynamic loads. Pins clamped between the anode and cathode are only common in the test bench and are not reliable when used for long periods in the vehicle.
  • an object of the present invention is a separator plate and to provide a corresponding electrochemical system which enables safe and space-saving contacting of the separator plate.
  • the separator plate according to the invention for an electrochemical system comprises a first and a second plate, the first and the second plate being arranged substantially congruently one above the other, the first and the second plate each having at least one elongated shape, wherein the formation of the first plate and the formation of the second plate on opposite sides protrude from a plate plane of the separator plate and extend along the plate plane in parallel one above the other from an outer edge to an interior of the separator plate, so that the formation of the first plate and the formation of the second Plate together a recording for one
  • the separator plate according to the invention is characterized in that the shape of the first plate or the shape of the second plate is directed toward the plate opposite each other
  • the separator plate according to the invention for an electrochemical system comprises a first and a second plate, the first and the second plate being arranged substantially congruently one above the other, the first or the second plate having at least one elongated shape, the Formation of the first plate or the formation of the second plate on the side facing away from the other plate protrudes from a plate plane of the separator plate and extends along the plate plane from an outer edge to an interior of the separator plate, so that the formation of the first plate or the formation of the second plate forms a receptacle for a connector pin.
  • the separator plate according to the invention is characterized in that the shape of the first plate or the shape of the second plate or an area in the second plate opposite the shape of the first plate or an area in the first plate opposite the shape of the second plate each facing opposite plate
  • a plate level of the separator plate here means in particular a contact plane between the first and the second plate in the vicinity of the formation (s), in which the first and the second plate touch when they are arranged one above the other to form the separator plate.
  • the plate level of the separator plate can usually also be understood to mean a plane of contact between flat, non-deformed regions of the first and second plates.
  • Connector pin in the receptacle enables a non-positive and / or positive connection of the connector pin to the separator plate, which is mechanically stable and vibration-proof. Furthermore, the invention enables a safe contacting without an additional locking element and thereby requires little space.
  • the shape can be embossed in particular in the first and / or second plate. If the formation is formed in the first and the second plate to form a receptacle, the depth of the respective formation in the direction perpendicular to the plane of the plate can be different in the two plates.
  • the indentation can be designed as a cut-out tab. This can be produced, for example, by punching out the first or the second plate.
  • the indentation can also be designed as a dome-shaped impression.
  • the first and / or the second plate can, if necessary on opposite sides of the plate plane, have a plurality of protrusions protruding from the plate plane of the separator plate and extending from the outer edge to the inside of the separator plate, possibly in pairs parallel to one another, so that the plurality of shapes of the first and / or second plate form a plurality of receptacles for connector pins.
  • these can preferably be arranged offset from one another in a direction parallel to the plane of the plate within a stack of separator plates from separator plate to separator plate, so that the plug can be inserted and removed, if necessary Connector pins is enabled.
  • each of the first and second plates of the separator plates can be processed in this way with the same tool for forming the formations in one work step.
  • the first or second plates can all be machined with the same embossing tool to form the formations in one embossing step.
  • the separator plate has two, three or four receptacles for connector pins arranged next to one another.
  • the first and the second plate can have a substantially rectangular, square or trapezoidal shape, in particular with rounded corners.
  • the formations can preferably be arranged in the region of corners of the first and / or second plate. Furthermore, the formations can preferably extend at an angle to the outer edge, the angle being> 0 ° and ⁇ 180 °, preferably> 45 ° and ⁇ 90 ° or preferably> 90 ° and ⁇ 135 °, particularly preferably> 80 ° and / or ⁇ 100 ° or particularly preferably 90 °.
  • the angle is defined as an angle opening from the outer edge of the separator plate to the inside of the separator plate.
  • the receptacle preferably has a cross section of the
  • the recording can have a square, rectangular, hexagonal or honeycomb cross-section, wherein corners of these cross-sectional shapes can be tapered or rounded.
  • the cross-section of the receptacle and the cross-section of the plug pin to be accommodated can preferably be dimensioned to one another in such a way that there is no oversized play between the receptacle and the plug plug increasing, but at the same time the insertion is possible without great effort.
  • Separator plate have metallic materials or metal alloys or are formed therefrom, the metallic materials or metal alloys having a sufficient elasticity due to their material properties or form factors. These are primarily stainless steel, titanium, or combinations of nickel, chrome or other transition metals.
  • the modulus of elasticity of the materials is advantageously between 100 GPa and 250 GPa, in particular between 160 GPa and 220 GPa, in each case including or excluding the limits mentioned.
  • the first and the second plate can each have at least one aligned first through opening for passing a reaction medium through the
  • Separator plate in each case at least one second through opening aligned with one another for passing a coolant through the
  • Separator plate in each case on their surface facing away from one another an active area with guide structures for guiding a reaction medium along the plane of the plate and a distribution area in fluid communication with the first through opening and the active area with distribution structures for distributing a reaction medium to be introduced into the active area from the first through opening and / or for collecting a flow of the reaction medium from the active region to the first through opening.
  • first and the second plate can in particular each have two mutually aligned pairs of first through openings, one pair of the first through openings being set up for supplying a reaction medium to the active region and the other pair of the first through openings for removing a reaction medium from the acti ven area is set up.
  • first and the second plate can each have two mutually aligned pairs of second through openings, which are used to supply or discharge a coolant.
  • first and the second plate can each have a first sealing structure encircling one of the first through openings for sealing the respective first through opening along the plane of the plate, the first sealing structure having at least one first passage, via which the first through opening is in fluid communication with the distribution area and the active area.
  • first and the second plate can each have at least one second sealing structure for sealing the second through openings along the plate plane.
  • the first and the second plate can each additionally have a third sealing structure which surrounds the active region, the distribution region (s) and the first through openings and seals against the environment along the plate plane.
  • the second through opening (s) can be arranged inside or outside the area surrounded by the third sealing structure.
  • the formations of the first and second plates can preferably lie outside the region surrounded by the third sealing structure.
  • the first, second and / or third sealing structure can be embossed in the first or second plate or formed as sealing beads embossed in the first and second plate.
  • the third sealing structure if it is designed as a sealing bead, is often also referred to as a perimeter bead.
  • first, second and third sealing structure of the first plate and the first, second and third sealing structure of the second plate protrude from the plate plane of the separator plate on opposite sides, and a height of the formations with which the formations form from the Protrude plate level of the separator plate is less than a height of the first, second and third sealing structure with which the first, second and third sealing structure protrude from the plate level of the separator plate.
  • the invention further includes an electrochemical system with a large number of parallel, above described separator plates.
  • a membrane of an electrochemical cell for converting chemical energy into electrical energy may be arranged.
  • the membrane usually has an electrochemically active region and an edge region closing it on its outer edge. The formations to accommodate the
  • Plug pins are usually arranged in such a way that they are located in areas of the separator plate which are adjacent to the edge area, not to the actual membrane area of the MEA. They are therefore preferably outside the area of the separator plate which is surrounded by the perimeter bead.
  • the electrochemical system may further comprise a device for checking a cell voltage of a separator plate, the device for connection to the plurality of separator plates comprising a multiplicity of plug pins, one plug pin in each case being insertable into a receptacle for a plug pin of a separator plate .
  • the connector pins can be essentially cylindrical or cuboid, in particular with rounded corners, that is to say they have a round, rectangular or rounded-polygonal cross section. Furthermore, the connector pins can have a cross-section corresponding to the cross section of the receptacles, but an excess of the connector pin compared to the interior of the receptacle is to be avoided, if necessary with the exception of the contact point on the indentation.
  • the connector pins have a recess corresponding to the molding for the non-positive and / or form-fitting fixing of the connector pins in the receptacles.
  • the recess can be designed as a groove and / or as a groove running around the plug pin in a transverse direction.
  • the non-positive and / or positive fixing of the connector pins in the receptacles can be reversible or irreversible.
  • An irreversible fixation, in which the connector pins can no longer be removed from the receptacles, is particularly safe against unintentional loosening of the connection.
  • a reversible fixation, in which the connector pins can be removed from the receptacles in a controlled manner, on the other hand enables multiple reconnection of the separator plates, for example if individual separator plates of a stack have to be exchanged. It when the connector pins in one direction perpendicular to the plane of the plate offset to each other in a receptacle is particularly advantageous
  • Separator plate can be inserted.
  • the plug pins can be inserted into the separator plates offset from one another. Inserted in a staggered manner can in particular mean that the
  • Plug pins can be inserted from the separator plate to the separator plate in a direction parallel to the plate plane, offset by a receptacle. Furthermore, the connector pins can be inserted alternately from separator plate to separator plate, in particular with only two receptacles arranged next to one another in a separator plate, in one receptacle of a separator plate. Other arrangements are possible, but usually result in closer spacing of the connector pins.
  • separator plates are of identical design, for example two types of separator plates are manufactured and stacked alternately with one another. It is possible for the formations of a first separator plate to adjoin recesses in the immediately adjacent single plate of the closest separator plate or in the entire immediately adjacent separator plate. This is particularly advantageous for the above-mentioned second variant, since this provides more installation space for a receptacle formed in only one of the two plates of the separator plate. With this solution, the height of this formation in a single plate can also be equal to or greater than the height of the first, second and third sealing structure of the same single plate.
  • the height of this formation in a single plate is less than the sum of the heights of the mutually corresponding first sealing structures of the two individual plates and / or the sum of the heights of the mutually corresponding second sealing structures of the two individual plates and / or the Sum of the heights of the corresponding third sealing structures of the individual plates.
  • a separator plate according to the invention and an electrochemical system according to the invention are described in more detail below with reference to figures.
  • Different or essential to the invention Advantageous further education elements mentioned in the context of a specific example, wherein individual of these elements can be used as such for further development of the invention - also separated from the context of the respective example and further features of the respective example.
  • the same or similar reference numerals are used in the figures for identical or similar elements, and their explanation is therefore partially omitted.
  • Figure 2 shows a section of a separator plate according to the state of the
  • FIG. 2A shows a detailed view of receptacles for plug pins according to the
  • Figure 3 shows a section of a separator plate according to a first
  • FIG. 3A shows a detailed view of receptacles for plug pins according to the first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a detailed view of receptacles for plug pins according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 7 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a first embodiment in a Longitudinal section view
  • FIG. 8 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a second exemplary embodiment in a longitudinal sectional view
  • FIG. 9 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a third exemplary embodiment in a longitudinal sectional view
  • FIG. 10 shows a receptacle plug pin connection for an electrochemical system according to a fourth exemplary embodiment in a longitudinal sectional view
  • FIG. 11 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention before receiving plug pins
  • FIG. 12 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a first arrangement of connector pins
  • FIG. 13 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a second arrangement of connector pins
  • FIG. 14 shows a receptacle plug pin connection for an electrochemical system according to a fifth exemplary embodiment in a longitudinal sectional view
  • FIG. 15 shows a receptacle plug pin connection for an electrochemical system according to a sixth exemplary embodiment in a longitudinal sectional view
  • FIG. 16 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a third arrangement of connector pins
  • FIG. 17 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a fourth arrangement of connector pins
  • FIG. 18 shows a cross section in sections through a separator plate.
  • FIG. 1 shows an electrochemical system 1 of the type proposed here with a plurality of structurally identical metallic separator plates 10, which are arranged in a stack 1 a and are stacked along a stacking direction 1 b running perpendicular to a plate plane of the separator plates 10.
  • the separator plates 10 of the stack la are stretched between two end plates 2a, 2b.
  • the separator plates 10 each comprise a first 11 and a second 12 metallic plate (see, for example, FIG. 11), which are integrally connected to one another, for example.
  • a plane in which a flat, non-deformed part of the first plate 11 touches a flat, non-deformed part of the second plate 12 when a separator plate 10 is formed is referred to below as the plate plane of the separator plate 10.
  • the system 1 is a fuel cell stack.
  • Two adjacent separator plates 10 of the stack thus limit an electrochemical cell, which, for. B. serves the conversion of chemical energy into electrical energy.
  • a single plate of the separator plate forms part of another cell.
  • the electrochemical cells usually each have a membrane electrode assembly (MEA) 6, which has an electrochemically inactive frame in its outer region (see, for example, FIG. 11).
  • the MEA 6 typically each contain at least one membrane, e.g. B. an electrolyte membrane.
  • a gas diffusion layer (GDL) can be arranged on or on the surfaces of the MEA.
  • the system 1 can 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 10 explained in more detail here, even if the media guided on or through the separator plates are in an electrolyser, in an electrochemical compressor or in a redox flow battery can each differentiate from the media used for a fuel cell system.
  • the end plates 2a, 2b have a multiplicity of media connections 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, via which media can be fed to the system 1 and can be removed from the system 1 via the media. This can be fed to the system 1 and removed from the system 1 media z.
  • fuels such as molecular hydrogen or methanol, reaction gases such as air or oxygen, Reakti on excursi such as water vapor or depleted fuels ordemit tel such as water and / or glycol.
  • FIG. 2 shows a section of a separator plate 10 known from the prior art in a top view
  • the separator plate 10 according to FIG. B. in an electrochemical system of the type of system 1 of Figure 1 can be used.
  • the separator plate 10 has a first and a second plate 11, 12, which are integrally connected along the plate plane of the separator plate 10. Only the first plate 11 is visible in FIG. 2, the second plate 12 is covered by the first plate 11.
  • the first and second plates 11, 12 can each be made of a metal sheet, for. B. from a stainless steel sheet.
  • the plates 11, 12 have through openings aligned with one another, which form the through openings 15, 15 'and 16 of the separator plate 10.
  • the through openings 15, 15 'and 16 form lines which extend in the stacking direction 1b through the stack la (see FIG. 1).
  • each of the lines formed by the passage openings 15, 15 ', 16 is in fluid communication with one of the media connections 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b in the end plates 2a, 2b of the system 1.
  • coolant can be introduced into the stack la or discharged from the stack la via the line formed by the passage opening 16.
  • the first plate 11 has beads 15a, 15a ', 16a, which are each arranged around the through openings 15, 15', 16 and which surround the through openings 15, 15 ', 16 completely in each case .
  • the second plate 12 has corresponding beads on the back of the separator plate 10 facing away from the viewer of FIG. 2 for sealing the through openings 15, 15 ', 16 (not shown).
  • the first plate 11 has on its front side facing the viewer of FIG. 2 a flow field with guide structures 17a for guiding a reaction medium along the front side of the separator plate 10.
  • guide structures 17a are given in FIG. 2 by a large number of webs and channels running between the webs and delimited by the webs.
  • FIG. 2 shows only a section of the active region 17 on the front of the separator plate 10.
  • the first plate 11 On the front of the separator plate 10 facing the viewer of FIG. 2, the first plate 11 also has a distribution or collecting area 18.
  • the distribution or collection area 18 comprises distribution structures 18a which are set up to distribute a medium introduced into the distribution or collection area 18 from the passage opening 15 via the active area 17 and / or from the active area 18 to the passage opening 15 collecting or bundling flowing medium.
  • the distribution structures 18a of the distribution or collection area 18 are likewise given in FIG. 2 by webs and channels running between the webs and delimited by the webs.
  • the first plate 11 also has a perimeter bead 17b which surrounds the active area 17, the distribution or collection area 18 and the through openings 15, 15 'and seals them from the surroundings of the system 1.
  • the active region 17, the distribution or collection region 18 and the through openings 15, 15 ′ are also sealed off from the through opening 16, ie against the coolant circuit, by the perimeter bead 17b.
  • the through opening 16 it would also be possible for the through opening 16 to be arranged within the area enclosed by the perimeter bead.
  • a perimeter bead is therefore a sealing element, just like a bead referred to here as a sealing bead.
  • the structures of the active area 17, the distribution structures of the distribution or collection reichs 18 and the beads 15a, 15a ', 16a and 17b are integrally formed with the first plate 11 and molded into the first plate 11, z. B. in a stamping or deep drawing process.
  • the distribution structures 18a of the distribution or collection area 18 of the first plate 11 are through passages 15b through the bead 15a in fluid communication with the passage opening 15 or with the line formed by the passage opening 15 through the stack la.
  • the distribution structures 18a of the distribution or collection area 18 are in fluid communication with the structures or channels of the active area 17.
  • Distribution structures 18a of the distribution or collection area 18 are introduced into the active region 17 of the first plate 11.
  • the passage opening 15 'or the line formed by the passage opening 15' through the stack 1a is in a corresponding manner in fluid communication with a distribution and collection area and, via this, with a flow field of an active area at the position of the viewer of FIG. 2 to facing back of the separator plate 10.
  • the through opening 16 dage gene or the line formed by the through opening 16 through the sta pel la is in fluid communication with a cavity of the first and second plates 11, 12 enclosed or enclosed, which for guiding a coolant is formed by the separator plate 10.
  • two receptacles 13 for connector pins are arranged next to one another (see detailed view in FIG. 2A).
  • the receptacles 13 are each formed by an elongated formation 11a and 12a in the first plate 11 and the second plate 12 (see, for example, FIG. 5), which extend parallel to one another along the plate plane 10a from an outer edge 10b to an interior of the separator plate 10 extend and are held together by a connecting structure 23, here a weld seam 23a the.
  • a longitudinal direction of the formations 11a, 12a, and thus also a longitudinal direction of the receptacles 13, extends at an angle of 90 ° to the outer edge 10b.
  • the separator plate 10 can be connected to a device for checking a cell voltage of the separator plate. Without an additional locking element, the connector pin is not secured against unintentional detachment from the receptacle 13 in the case of dynamic loads or vibrations which occur, for example, during operation of a fuel cell installed in a vehicle.
  • FIG. 3 shows a section of a separator plate 10 according to the present invention.
  • the separator plate 10 of FIG. 3 is similar to that in FIG. 2, but differs in the design of the receptacles
  • the formation 11a of the first plate 11 visible in FIG. 3 on the front side of the separator plate 10 has an indentation 11b directed toward the second plate 12 below for the non-positive and / or positive fixing of a plug pin the recording 13.
  • This indentation 11b is formed in that part of the indentation 11a of the first plate 11 is pressed into the interior of the receptacle 13, that is to say a receiving area for a plug pin, by means of embossing or a combination of cutting edges, for example by means of punching and embossing.
  • a pressure force can additionally be exerted on a plug pin by means of the indentation 11b, so that the plug pin between the
  • FIG. 4 shows a detailed view of receptacles for plug pins according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the receptacles 13 of FIG. 4 are designed as in FIGS. 3 and 3A, but differ in the type of connection structure 23, here an adhesive connection 23b, and their arrangement with respect to the outer edge 10b.
  • the receptacles 13 are formed by superimposed and parallel elongated formations 11a and 12a of the first and second plates 11, 12, the formations 11a and 12a extending from the outer edge 10b into the interior of the separator plate 10.
  • a longitudinal direction of the formations 11a, 12a, and thus also a longitudinal direction of the receptacle 13 extends at an angle a to the outer edge 10b from the outer edge 10b of the separator plate 10 to the inside of the separator plate 10.
  • FIGS. 5A, B show a first receptacle-pin connector according to the prior art in a longitudinal and cross-sectional view.
  • FIGS. 5A, B also show different sections through a section through a separator plate 10, as shown in FIG. 2A [HE I] 2].
  • the separator plate 10 essentially consists of the superimposed first and second plates 11, 12 formed, which touch in a flat, non-deformed area of the plates 11, 12 along the plate plane 10a of the separator plate 10. From the outer edge 10b to the inside of the first plate 11 extends the elongated shape 11a of the first plate, which is perpendicular to the plane of the plate 10b and away from the second plate 12 and protrudes from the plane of the plate 10b.
  • the formation 12a of the second plate extends from the outer edge 10b to the inside of the separator plate 10 and is perpendicular to the plate plane 10a and away from the first plate 11 and out of the plate plane 10a.
  • An elongated receptacle 13 for an elongated plug pin 14 is thus formed between the formations 11a, 12a.
  • the separator plate 10 has two receptacles 13 arranged next to one another, as in FIGS. 2 and 3.
  • the receptacles 13 also have an approximately square cross section.
  • a cylindrical plug pin with a circular cross section is inserted into one of the two receptacles.
  • the receptacle-pin connector of the prior art shown in FIGS. 5A, B has neither a clamping nor a latching mechanism. An additional external necessary for securing the connection Locking element is not shown here.
  • FIGS. 6A, B show a second receptacle-pin connector according to the prior art in a longitudinal and cross-sectional view, which is similar to FIGS. 5A, B.
  • FIGS. 6A, B also show different cross sections through a section as shown in FIGS. 2A and 3A
  • the receptacles 13 have a rectangular cross section and the plug pin 14 inserted into one of the two receptacles 13 has a rectangular cross section corresponding to the cross section of the receptacles 13.
  • the receptacle-pin connection of Figures 6A, B has neither a locking or clamping mechanism nor an additional external locking element for securing the connection is shown.
  • FIG. 7 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a first embodiment of the invention in a longitudinal sectional view.
  • Figure 7 shows a longitudinal section analogous to Figures 5A, 6A.
  • FIG. 7 shows a clamping mechanism for securing the connection.
  • the clamping mechanism is realized by a punched and deformed in the direction of the plate plane 10a indentation 11b in the formation 11a of the first plate 11.
  • the indentation 11b consists of a partially cut-out tab stamped in the direction of the indentation 12a, which exerts a compressive force on the plug pin 14 located in the receptacle 13.
  • the connector pin 14 is pressed against the opposite indentation 12a and is thus clamped between the indentation 11b and the indentation 12a.
  • Figure 8 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a second embodiment of the invention in a longitudinal sectional view.
  • the second embodiment of Figure 8 has a locking mechanism to secure the connection.
  • the locking mechanism is formed by an embossed dome-shaped indentation 11c in the formation 11a of the first plate 11 and a groove 14a corresponding to the dome-shaped indentation 11c in the receptacle 13 Connector pin 14 realized.
  • the indentation 11c engages when the plug pin 14 is inserted into the receptacle 13 in the groove 14a of the plug pin and thus prevents the connection from being unintentionally released.
  • Both the first exemplary embodiment in FIG. 7 and the second exemplary embodiment in FIG. 8 show reversible securing mechanisms for a receptacle-plug pin connection. This means that in the examples of FIGS. 7 and 8, the receptacle-pin connection can also be released again in a controlled manner, for example around the separator plate
  • Figure 9 shows a female connector for an electrochemical system according to a third embodiment of the invention in a longitudinal sectional view.
  • the third embodiment of Figure 9 also has a locking mechanism to secure the connection.
  • the Rastmecha mechanism is realized by a cut and bent in the direction of the second plate 12 tab 11b as a molding in the formation 11a and a egg n cross section of a plug in the receptacle 13 around the annular groove 14a.
  • the projection 11b of the projection 11a which is designed as a tab, engages in the annular groove 14a of the connector pin 14 and thus prevents the connection from being unintentionally released.
  • FIG. 10 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a fourth embodiment of the invention in a longitudinal sectional view.
  • the fourth exemplary embodiment in FIG. 10 also has a locking mechanism for securing the connection.
  • the Rastme mechanism is realized by a cut-out and bent in the direction of the second plate 12 tab 11b as a molding in the molding 11a and a molding 14b corresponding groove 14a in a pin 14 located in the receptacle 13.
  • the lug 11b of the lug 11a which is designed as a tab, engages in the groove 14a of the plug pin 14 and thus prevents the connection from being unintentionally released.
  • Both the third embodiment of FIG. 9 and the fourth embodiment Example of Figure 10 show irreversible security mechanisms for a connector pin connector. This means that in the examples of FIGS. 7 and 8 the receptacle-pin connector cannot be released again without damaging the receptacle-pin connection.
  • FIG. 11 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention before the plug pins are received.
  • FIG. 11 shows an exemplary stack la of four separator plates 10 arranged parallel to one another. Each MEA 6 is arranged between the separator plates 10, so that a second plate 12 of a first separator plate 10, an MEA 6 and a first plate 11 of a second separator plate 10 each form electrochemical cell.
  • the cross section shown runs in the vicinity of the outer edge 10b of the separator plate at one point across through recordings 13, so that the electrochemically active area of the MEA is not cut but the edge area thereof.
  • Two receptacles 13 are arranged side by side in a separator plate 10.
  • the receptacles 13 of the different separator plates 10 each lie one above the other. All the receptacles 13 are connected to each other from and to the outer edge in sections via a connecting structure 23, here a stitched weld 23a.
  • FIG. 12 now shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention, similar to that in FIG. 11, with a first variant for the arrangement of plug pins 14.
  • a plug pin 14 is inserted into a receptacle 13 of a separator plate 10.
  • the connector pins 14 are arranged offset from one another in the stacking direction 1b. This enables the connector pins to be inserted particularly easily.
  • FIG. 13 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention similar to that in FIG. 11 with a second variant for the arrangement of plug pins 14.
  • each separator plate 10 has four receptacles 13 which are arranged one below the other in the stacking direction 1b.
  • the connector pins 14 are now in the stacking direction lb of
  • Separator plate 10 to separator plate 10 is arranged displaced by a receptacle 13 in the direction of the adjacent receptacle 13.
  • the receptacle 13 receiving a plug pin 14 is shifted into the sliding che direction perpendicular to the stacking direction lb until there is no more recording 13 in this direction.
  • Plug pin 14 arranged in a receptacle 13 at the opposite end of the row of receptacles 13. As a result, a maximally set arrangement of connector pins 14 is also achieved within the stack la.
  • the first and second plates 11, 12 are glued to one another in sections between the receptacles 13 and laterally adjacent to the receptacles and thus form a connecting structure 23b.
  • FIG. 14 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a fifth exemplary embodiment of the invention in a longitudinal sectional view, which, unlike the previous exemplary embodiments, does not represent the first but the second variant of the connection.
  • the fifth exemplary embodiment in FIG. 14 has only one shape 12a, but no shape 11a.
  • the latching mechanism for securing the connection is realized by a cut-out and bent in the direction of the second plate 12 tab 11b as a formation 11b opposite lying indentation 11b in the plate 11.
  • Connector pin 14 presses the recess 11b of plate 11, which is designed as a tab, against the surface of connector pin 14, forms a frictional connection and thus prevents unintentional loosening of the connection.
  • FIG. 15 shows a receptacle-pin connector for an electrochemical system according to a sixth exemplary embodiment of the invention in a longitudinal sectional view, which like the exemplary embodiment of FIG. 14 represents the second variant of the connection.
  • the designations of the individual plates 11, 12 are
  • first plate 11 now lies below second plate 12.
  • separator plate 10 has only one formation 11a in the lower plate, here now in first plate 11, but no formation 12a in the top plate 12.
  • the locking mechanism for securing the connection is realized by a cut-out and bent in the direction of the second plate 12 tab 11b as a molding in the molding 11a.
  • Both the fifth exemplary embodiment in FIG. 14 and the sixth exemplary embodiment in FIG. 15 show reversible securing mechanisms for a receptacle-plug pin connection. This means that in the examples in FIGS. 14 and 15, the receptacle-pin connection can also be released again in a controlled manner, for example in order to reconnect the separator plate.
  • FIG. 16 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a third arrangement of plug pins, it shows a cross section through a large number of receptacles 13, which, as in FIG. 15, are realized only by formations 11a in the plate 11, the cutting plane lies in a plane that does not extend through the indentation 11b.
  • a plug pin 14 is inserted into a receptacle 13 of a separator plate 10.
  • the connector pins 14 are arranged offset from one another in the stacking direction 1b.
  • FIG. 17 shows a cross section through part of an electrochemical system according to the invention with a fourth arrangement of connector pins.
  • an embodiment of the second variant of receptacle-pin connections is shown, the illustration being simplified compared to the previous one by omitting the membrane 6 or its edge area.
  • the cutting plane runs in such a way that it does not cut the indentation 11b.
  • the receptacles 13 are formed only by formations 11b in the first plate, the second plate 12 has no formations.
  • the formations 11b are so high that the second plate 12 has recesses 19 through which the formations 11b extend. For example, they can be higher than the height of the sealing elements in the pressed state.
  • the plug pins 14 are arranged offset to one another in the stacking direction lb, but only be the middle two of the rows of receptacles 13 running parallel to the stacking direction lb. While in FIG. 17 a welded connection 23a revolves around each of the receptacles 13 at least in sections, in FIG. 16 only the receptacles 13 are surrounded with a welded connection which has actually received a plug pin. 17 is based on manufacturing the electrochemical system with as many identical parts as possible, in the latter case of FIG. 16 the manufacturing time of a single plate can be reduced.
  • FIG. 18 shows the height and spacing relationships in a separator plate 10 according to the invention.
  • the height h Si of a bead 17b is greater than the height h Ai of the formation 11b here, both in the unpressed state shown and in the pressed state of the bead by about a third.
  • the distance D AS between the receptacle 13 and the bead 11b is at least 50% of the foot width B s

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Abstract

Offenbart wird eine Separatorplatte (10) für ein elektrochemisches System (1), umfassend eine erste und eine zweite Platte (11, 12), die im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind. Ferner weist die erste und/oder die zweite Platte (11, 12) mindestens eine längliche Ausformung (11a, 12a) auf, die (12) zur zur anderen Platte entgegengesetzten Seite aus einer Plattenebene (10a) der Separatorplatte (10) heraussteht und sich entlang der Plattenebene (10a) von einem Außenrand (10b) zu einem Inneren der Separatorplatte (10) erstreckt, sodass die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) und/oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12), ggf. zusammen, eine Aufnahme (13) für einen Steckerstift (14) bilden. Die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) weist eine zur jeweils gegenüberliegenden Platte (12, 11) gerichtete Einformung (11b, 11c) zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des Steckerstifts (14) in der Aufnahme (13) auf.

Description

Separatorplatte und elektrochemisches System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemi sches System sowie ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von pa- rallel angeordneten Separatorplatten.
Die Separatorplatte kann beispielsweise für ein Brennstoffzellensystem ver wendet werden, bei dem aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie gewonnen wird. Die Separatorplatte kann auch für einen Elektrolyseur ver- wendet werden, bei dem durch Anlegen eines Potentials Wasserstoff und
Sauerstoff aus Wasser erzeugt werden. Die Separatorplatte kann ebenfalls für einen elektrochemischen Verdichter verwendet werden, bei dem molekularer Wasserstoff durch das Anlegen eines Potentials mittels Oxidation/Reduktion durch die Membran hindurch transportiert und gleichzeitig komprimiert wird. Das erfindungsgemäße elektrochemische System kann also eines der vorge nannten elektrochemischen Systeme umfassen. Üblicherweise umfassen Separatorplatten für ein elektrochemisches System ein Plattenpaar mit zwei metallischen Einzelplatten, wobei jeweils zwei Separatorplatten eine elektrochemische Zelle, also beispielsweise eine Brenn stoffzelle, begrenzen. Dabei zählt eine Einzelplatte im engeren Sinne zu einer Zelle und die andere Einzelplatte der Separatorplatte bereits zur nächsten Zelle. In einem elektrochemischen System wird dabei meist eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen, beispielsweise bis zu 400, in Serie zu einem Stapel oder Stack aufgestapelt. Die Zellen selbst umfassen neben jeweils zwei halben Separatorplatten üblicherweise eine Membran-Elektrodeneinheit, auch als MEA (membrane electrode assembly) bezeichnet, die zwischen den
Separatorplatten angeordnet ist, sowie jeweils eine Gasdiffusionslage (GDL), die z.B. aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoffvlies besteht, auf beiden Seiten der MEA. Der gesamte Stapel wird zwischen zwei Endplatten über ein
Verspannsystem zusammengehalten und mit einer vorbestimmten Pressung versehen.
Den Separatorplatten kommen in einem elektrochemischen System neben der Begrenzung der elektrochemischen Zellen mehrere weitere Funktionen zu, dies ist einerseits die elektrische Kontaktierung der Elektroden der verschie denen elektrochemischen Zellen sowie die Weiterleitung des Stroms zur je weils benachbarten Zelle, andererseits die Versorgung der Zellen mit den Reaktionsmedien und die Entsorgung der Reaktionsprodukte, weiter die Küh lung der elektrochemischen Zellen und die Weiterleitung der Abwärme, sowie das Abdichten der Kompartimente der beiden unterschiedlichen Reaktions medien und des Kühlmittels gegeneinander sowie nach außen.
In den beiden metallischen Einzelplatten der Separatorplatte sind entspre chend zur Versorgung der elektrochemischen Zellen Durchgangsöffnungen für Reaktionsmedien, üblicherweise also einerseits insbesondere Wasserstoff oder Methanol und andererseits insbesondere Luft oder Sauerstoff, sowie Kühlmittel, meist Mischungen aus demineralisiertem Wasser und Frost schutzmitteln, ausgebildet. Weiter ist in jeder der beiden metallischen Einzel platten eine Verteilungsstruktur eingeformt, wobei sich dabei auf beiden Oberflächen der beiden Einzelplatten Kanäle ausbilden. Auf jeder der nach außen weisenden Oberflächen der Separatorplatte wird jeweils ein Reakti onsmedium und im Zwischenraum zwischen den beiden metallischen Einzel- platten das Kühlmittel geführt. Der Bereich, der in einer Orthogonalprojektion in eine gemeinsame Ebene mit der MEA mit der eigentlichen Membran und nicht mit deren Randbereich oder ihrer Abdichtstruktur zusammenfällt, wird auch als elektrochemisch aktiver Bereich der Separatorplatte bezeichnet. In diesem elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte wird auf der der MEA zugewandten Oberfläche der Separatorplatte ein Reaktionsmedium in einer Kanalstruktur geführt. Üblicherweise schließt sich zu zwei Seiten des elektrochemisch aktiven Bereichs ein Verteilbereich mit ebenfalls kanalartigen Verteilungsstrukturen an. Jede der Verteilungsstrukturen kommuniziert mit mindestens zwei der Durchgangsöffnungen, nämlich mindestens einem Ein lass und mindestens einem Auslass für das jeweilige Fluid. Zur Abdichtung nach außen ist in jeder der metallischen Einzelplatten, zumindest geschlossen umlaufend um den elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte her um sowie gegebenenfalls um zumindest einen Teil der D u rchga ngsöff n u nge n herum jeweils eine Dichtstruktur angeordnet, die zu dem elektrochemisch aktiven Bereich bzw. der betreffenden Kante der Durchgangsöffnung beabstandet ist. Darüber hinaus können einzelne Durchgangsöffnungen zur Abdichtung gegeneinander auch von einer in sich geschlossen um die jeweili ge D u rchga ngsöff n u ng umlaufenden Dichtstruktur abgedichtet sein.
Um zu überprüfen, ob die elektrochemischen Zellen eine ausreichende Zell spannung (Einzelzellspannungsmessung = englisch cell voltage measurement, CVM) liefern, werden die einzelnen Zellen am Rand der Separatorplatten elektrisch kontaktiert. Diese Kontaktierung muss mechanisch stabil und vibra tionssicher sein, um auch im laufenden Betrieb, beispielsweise bei Einsatz in einem Fahrzeug, die Zellspannung überprüfen zu können. Bisher wurden hier zu beispielsweise Stecker in Form von zylindrischen Pins zwischen die Einzel platten einer Separatorplatte geklemmt oder mittels zusätzlichen Hakenele menten an der Separatorplatte oder am Gehäuse verhakt. Hakenelemente weisen entweder auf der Separatorplatte oder am Gehäuse einen höheren Platzbedarf auf, sind aber notwendig, um das Lösen des Steckers bei Vibration oder dynamischen Lasten zu verhindern. Zwischen Anode und Kathode ge klemmte Pins sind nur im Prüfstand gängig und bei Langzeitbenutzung im Fahrzeug nicht zuverlässig.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Separatorplatte und ein entsprechendes elektrochemisches System bereitzustellen, welche eine sichere und zugleich platzsparende Kontaktierung der Separatorplatte ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System um fasst in einer ersten Variante eine erste und eine zweite Platte, wobei die ers te und die zweite Platte im Wesentlichen deckungsgleich übereinander ange ordnet sind, wobei die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine längliche Ausformung aufweisen, wobei die Ausformung der ersten Platte und die Ausformung der zweiten Platte zu entgegengesetzten Seiten aus einer Plattenebene der Separatorplatte herausstehen und sich entlang der Platten ebene parallel übereinander von einem Außenrand zu einem Inneren der Separatorplatte erstrecken, sodass die Ausformung der ersten Platte und die Ausformung der zweiten Platte zusammen eine Aufnahme für einen
Steckerstift bilden. Die erfindungsgemäße Separatorplatte zeichnet sich da durch aus, dass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte eine zur jeweils gegenüberliegenden Platte gerichtete
Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des Steckerstifts in der Aufnahme aufweist.
Die erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System, umfasst in einer zweiten Variante eine erste und eine zweite Platte, wobei die erste und die zweite Platte im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, wobei die erste oder die zweite Platte mindestens eine läng liche Ausformung aufweist, wobei die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte zur von der anderen Platte wegweisenden Seite aus einer Plattenebene der Separatorplatte heraussteht und sich entlang der Plattenebene von einem Außenrand zu einem Inneren der Separatorplatte erstreckt, sodass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte eine Aufnahme für einen Steckerstift bildet. Die erfindungsge mäße Separatorplatte zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte oder ein der Ausfor mung der ersten Platte gegenüberliegender Bereich in der zweiten Platte oder ein der Ausformung der zweiten Platte gegenüberliegender Bereich in der ersten Platte eine zur jeweils gegen-überliegenden Platte gerichtete
Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des Steckerstifts in der Aufnahme aufweist.
Unter einer Plattenebene der Separatorplatte wird hier insbesondere eine Berührungsebene zwischen der ersten und der zweiten Platte in der näheren Umgebung der Ausformung(en) verstanden, in der sich die erste und die zwei te Platte berühren, wenn diese zur Bildung der Separatorplatte übereinander angeordnet sind. Unter der Plattenebene der Separatorplatte kann üblicher weise auch eine Berührungsebene zwischen ebenen, nicht verformten Berei chen der ersten und zweiten Platte verstanden werden.
Die Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des
Steckerstifts in der Aufnahme ermöglicht eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Steckerstifts mit der Separatorplatte, die mechanisch stabil und vibrationssicher ist. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine sichere Kon taktierung ohne ein zusätzliches Verriegelungselement und weist dadurch einen geringen Platzbedarf auf.
Die Ausformung kann insbesondere in die erste und/oder zweite Platte einge prägt sein. Wird die Ausformung zur Ausbildung einer Aufnahme in die erste und die zweite Platte eingeformt, kann die Tiefe der jeweiligen Ausformung in Richtung senkrecht zur Plattenebene in beiden Platten unterschiedlich sein.
Die Einformung kann als freigeschnittene Lasche ausgebildet sein. Diese kann beispielsweise mittels Freistanzens aus der ersten oder der zweiten Platte hergestellt werden. Die Einformung kann auch als kalottenförmige Einprägung ausgebildet sein.
Die erste und/oder die zweite Platte können, ggf. jeweils zu entgegengesetz ten Seiten der Plattenebene, eine Vielzahl von aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehenden und sich - ggf. paarweise parallel überei nander - vom Außenrand zum Inneren der Separatorplatte erstreckenden Aus formungen aufweisen, sodass die Vielzahl von Ausformungen der ersten und/oder zweiten Platte eine Vielzahl von Aufnahmen für Steckerstifte bilden. Bei einer Vielzahl von Aufnahmen für Steckerstifte können diese innerhalb eines Stapels von Separatorplatten von Separatorplatte zu Separatorplatte vorzugsweise in eine Richtung parallel zur Plattenebene versetzt zueinander angeordnet werden, sodass ein bequemes Einstecken und ggf. Entnehmen der Steckerstifte ermöglicht wird. Dies ist insbesondere bei sich nach außen hin verdickenden Steckerstiften bzw. zugehörigen Anschlussleitungen vorteilhaft. Zwar bleiben so viele der Aufnahmen unbelegt, jedoch können jeweils alle ersten bzw. zweiten Platten der Separatorplatten auf diese Weise mit dem gleichen Werkzeug zur Bildung der Ausformungen in einem Arbeitsschritt be arbeitet werden. Insbesondere können die ersten bzw. zweiten Platten jeweils alle mit dem gleichen Prägewerkzeug zur Bildung der Ausformungen in einem Prägeschritt bearbeitet werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Separatorplatte zwei, drei oder vier ne beneinander angeordnete Aufnahmen für Steckerstifte aufweist.
Die erste und die zweite Platte können eine im Wesentlichen rechteckige, quadratische oder Trapez-Form, insbesondere mit abgerundeten Ecken, auf weisen. Die Ausformungen können bevorzugt im Bereich von Ecken der ersten und/oder zweiten Platte angeordnet sein. Weiterhin können sich die Ausfor mungen vorzugsweise in einem Winkel zum Außenrand erstrecken, wobei der Winkel > 0° und < 180°, bevorzugt > 45° und < 90° oder bevorzugt > 90° und < 135°, besonders bevorzugt > 80° und/oder < 100° oder besonders bevorzugt 90 °, beträgt. Der Winkel ist definiert als einer sich vom Außenrand der Separatorplatte zum Inneren der Separatorplatte hin öffnender Winkel.
Die Aufnahme weist vorzugsweise einen zu einem Querschnitt des
Steckerstifts korrespondierenden Querschnitt auf, um einen festen Sitz des Steckerstifts in der Aufnahme zu ermöglichen. Insbesondere kann die Auf nahme einen quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder wabenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei Ecken dieser Querschnittsformen spitz zulau fend oder abgerundet sein können. Der Querschnitt der Aufnahme und der Querschnitt des aufzunehmenden Steckerstifts können vorzugsweise zuei nander so dimensioniert sein, dass sich zwischen der Aufnahme und dem auf zunehmenden Steckerstift kein überdimensioniertes Spiel ergibt, gleichzeitig aber das Einführen ohne großen Kraftaufwand ermöglicht wird. Die eigentli che Fixierung des Steckerstifts erfolgt durch ein Anliegen des Steckerstifts in der Aufnahme so, dass die Einformung und der Steckerstift kraft- und/oder formschlüssig aneinander anliegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und die zweite Platte der
Separatorplatte metallische Werkstoffe oder Metalllegierungen aufweisen oder daraus gebildet sind, wobei die metallischen Werkstoffe oder Metallle gierungen aufgrund ihrer Materialeigenschaften oder Formfaktoren eine aus reichende Elastizität aufweisen. Dies sind vor allem Edelstahle, Titan, oder Kombinationen aus Nickel, Chrom oder anderen Übergangsmetallen. Der E- Modul der Materialien liegt dabei vorteilhafterweise zwischen 100 GPa und 250 GPa, insbesondere zwischen 160 GPa und 220 GPa, jeweils einschließlich oder ausschließlich der genannten Grenzen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine zueinander fluchtende erste Durch gangsöffnung zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die
Separatorplatte, jeweils mindestens eine zueinander fluchtende zweite Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmittels durch die
Separatorplatte, jeweils auf ihrer voneinander abgewandten Oberfläche einen aktiven Bereich mit Führungsstrukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Plattenebene und einen sich mit der ersten Durchgangsöffnung und dem aktiven Bereich in Fluidverbindung befindlichen Verteilbereich mit Verteilstrukturen zum Verteilen eines von der ersten Durchgangsöffnung in den aktiven Bereich einzuleitenden Reaktionsmediums und/oder zum Sam meln eines vom aktiven Bereich zur ersten Durchgangsöffnung hin strömen den Reaktionsmediums aufweisen.
Ferner können die erste und die zweite Platte insbesondere jeweils zwei zuei nander fluchtende Paare von ersten Durchgangsöffnungen aufweisen, wobei ein Paar der ersten Durchgangsöffnungen zum Zuführen eines Reaktionsme diums zum aktiven Bereich eingerichtet ist und das andere Paar der ersten Durchgangsöffnungen zum Abführen eines Reaktionsmediums aus dem akti ven Bereich eingerichtet ist. Darüber hinaus können die erste und die zweite Platte jeweils zwei zueinander fluchtende Paare zweiter Durchgangsöffnungen aufweisen, die zum Zuführen bzw. Abführen eines Kühlmittels dienen.
Weiterhin können die erste und die zweite Platte jeweils eine eine der ersten Durchgangsöffnungen umlaufende erste Dichtstruktur zum Abdichten der jeweiligen ersten Durchgangsöffnung entlang der Plattenebene aufweisen, wobei die erste Dichtstruktur mindestens eine erste Durchführung aufweist, über welche sich die erste Durchgangsöffnung mit dem Verteilbereich und dem aktiven Bereich in Fluidverbindung befindet.
Ferner können die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine zweite Dichtstruktur zum Abdichten der zweiten Durchgangsöffnungen entlang der Plattenebene aufweisen.
Die erste und die zweite Platte können jeweils zusätzlich eine dritte Dicht struktur aufweisen, welche den aktiven Bereich, den/die Verteilbereich(e) und die ersten Durchgangsöffnungen umläuft und gegenüber der Umgebung ent lang der Plattenebene abdichtet. Die zweiten Durchgangsöffnung(en) können innerhalb oder außerhalb des von der dritten Dichtstruktur umgebenen Be reichs angeordnet sein. Vorzugsweise können die Ausformungen der ersten und zweiten Platte außerhalb des von der dritten Dichtstruktur umgebenen Bereichs liegen.
Die erste, zweite und/oder dritte Dichtstruktur können in die erste oder zwei te Platte eingeprägt sein oder als in die erste und die zweite Platte eingepräg te Dichtsicken ausgebildet sein. Die dritte Dichtstruktur wird, wenn sie als Dichtsicke ausgebildet ist, häufig auch als Perimetersicke bezeichnet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste, zweite und dritte Dichtstruktur der ersten Platte und die erste, zweite und dritte Dichtstruktur der zweiten Platte zu entgegengesetzten Seiten aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen, und eine Höhe der Ausformungen, mit welcher die Ausformun gen aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen, geringer ist als eine Höhe der ersten, zweiten und dritten Dichtstruktur, mit welcher die ers te, zweite und dritte Dichtstruktur aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Dichtstrukturen auch in der Nähe der Ausformungen eine ausreichende Dichtwirkung entfalten kön nen.
Die Erfindung schließt weiterhin ein elektrochemisches System mit einer Viel zahl von parallel angeordneten, vorstehend beschriebenen Separatorplatten ein.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Separatorplatten kann eine Membran einer elektrochemischen Zelle zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie angeordnet sein. Die Membran weist üblicherweise einen elektrochemisch aktiven Bereich sowie einen sie an ihrem Außenrand ab schließenden Randbereich auf. Die Ausformungen zur Aufnahme der
Steckerstifte sind dabei üblicherweise so angeordnet, dass sie in Bereichen der Separatorplatte liegen, die an den Randbereich, nicht an den eigentlichen Membranbereich der MEA angrenzen. Sie liegen somit vorzugsweise außer halb des von der Perimetersicke umschlossenen Bereichs der Separatorplatte.
Das elektrochemische System kann weiterhin eine Vorrichtung zum Überprü fen einer Zell-Spannung einer Separatorplatte umfassen, wobei die Vorrich tung zur Verbindung mit der Vielzahl von Separatorplatten eine Vielzahl von Steckerstiften umfasst, wobei je ein Steckerstift in je eine Aufnahme für einen Steckerstift einer Separatorplatte einsteckbar ist.
Die Steckerstifte können im Wesentlichen zylinderförmig oder quaderförmig, insbesondere mit abgerundeten Ecken, ausgebildet sein, also einen runden, rechteckigen oder abgerundet-vieleckigen Querschnitt aufweisen. Weiterhin können die Steckerstifte einen zum Querschnitt der Aufnahmen korrespon dierenden Querschnitt aufweisen, ein Übermaß des Steckerstiftes gegenüber dem Innenraum der Aufnahme ist aber - ggf. mit Ausnahme der Anlagestelle an der Einformung - zu vermeiden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steckerstifte eine zur Einformung kor respondierende Ausnehmung für die kraft- und/oder formschlüssige Fixierung der Steckerstifte in den Aufnahmen aufweisen.
Insbesondere kann die Ausnehmung als Nut und/oder als den Steckerstift in einer Querrichtung umlaufende Nut ausgebildet sein.
Die kraft- und/oder formschlüssige Fixierung der Steckerstifte in den Aufnah men kann reversibel oder irreversibel sein. Eine irreversible Fixierung, bei der die Steckerstifte nicht mehr aus den Aufnahmen herausnehmbar sind, ist be sonders sicher gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung. Eine rever sible Fixierung, bei der die Steckerstifte kontrolliert aus den Aufnahmen entfernbar sind, ermöglicht dagegen eine mehrfache Umkontaktierung der Separatorplatten, beispielsweise wenn einzelne Separatorplatten eines Sta pels ausgetauscht werden müssen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steckerstifte in einer Richtung senk recht zur Plattenebene versetzt zueinander in je eine Aufnahme einer
Separatorplatte einsteckbar sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn bei einer Projektion von n benachbarten Separatorplatten, wobei n > 1 und/oder n < 4, in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene der Separatorplatten die Steckerstifte versetzt zueinander in die Separatorplatten einsteckbar sind. Versetzt einsteckbar kann dabei insbesondere bedeuten, dass die
Steckerstifte von Separatorplatte zu Separatorplatte in eine Richtung parallel zur Plattenebene um eine Aufnahme versetzt einsteckbar sind. Weiterhin können die Steckerstifte von Separatorplatte zu Separatorplatte alternierend, insbesondere bei lediglich zwei nebeneinander in einer Separatorplatte ange ordneten Aufnahmen, in je eine Aufnahme einer Separatorplatte einsteckbar sein. Andere Anordnungen sind möglich, resultieren aber meist in geringeren Abständen der Steckerstifte.
Ebenso ist es möglich, dass nicht sämtliche Separatorplatten identisch ausge bildet sind, beispielsweise zwei Typen von Separatorplatten gefertigt werden und alternierend miteinander gestapelt werden. Dabei ist es möglich, dass Ausformungen einer ersten Separatorplatte an Aussparungen in der unmittel bar benachbarten Einzelplatte der nächstliegenden Separatorplatte oder in der gesamten unmittelbar benachbarten Separatorplatte angrenzen. Dies ist besonders vorteilhaft für die oben genannte zweite Variante, da hierdurch mehr Bauraum für eine nur in einer der beiden Platten der Separatorplatte ausgebildete Ausformung einer Aufnahme zur Verfügung steht. Bei dieser Lösung kann auch die Höhe dieser Ausformung in einer Einzelplatte gleich oder größer sein als die Höhe der ersten, zweiten und dritten Dichtstruktur derselben Einzelplatte. Es ist jedoch bevorzugt, dass auch hier die Höhe dieser Ausformung in einer Einzelplatte geringer ist als die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden ersten Dichtstrukturen der beiden Einzelplat ten und/oder die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden zweiten Dichtstrukturen der beiden Einzelplatten und/oder die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden dritten Dichtstrukturen der bei den Einzelplatten.
Im Folgenden werden eine erfindungsgemäße Separatorplatte sowie ein er findungsgemäßes elektrochemisches System anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Wei terbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.
Es zeigen
Figur 1 ein elektrochemisches System gemäß dem Stand der Technik in einer Perspektivansicht,
Figur 2 einen Ausschnitt einer Separatorplatte gemäß dem Stand der
Technik in einer Draufsicht,
Figur 2A eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß dem
Stand der Technik,
Figur 3 einen Ausschnitt einer Separatorplatte gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht,
Figur 3A eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5A, B eine erste Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem
Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht,
Figur 6A, B eine zweite Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem
Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht,
Figur 7 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht,
Figur 8 eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,
Figur 9 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht,
Figur 10 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,
Figur 11 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems vor Aufnahme von Steckerstiften,
Figur 12 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer ersten Anordnung von Steckerstiften,
Figur 13 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer zweiten Anordnung von Steckerstiften,
Figur 14 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,
Figur 15 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,
Figur 16 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer dritten Anordnung von Steckerstiften, Figur 17 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer vierten Anordnung von Steckerstiften, und
Figur 18 einen abschnittsweisen Querschnitt durch eine Separatorplatte.
Figur 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 der hier vorgeschlagenen Art mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 10, die in ei nem Stapel la angeordnet und entlang einer senkrecht zu einer Plattenebene der Separatorplatten 10 verlaufenden Stapelrichtung lb gestapelt sind. Die Separatorplatten 10 des Stapels la sind zwischen zwei Endplatten 2a, 2b ein gespannt. Die Separatorplatten 10 umfassen jeweils eine erste 11 und eine zweite 12 metallische Platte (siehe z. B. Figur 11), die beispielsweise stoff schlüssig miteinander verbundenen sind. Eine Ebene, in welcher ein ebener, nicht verformter Teil der ersten Platte 11 einen ebenen, nicht verformten Teil der zweiten Platte 12 bei Ausbildung einer Separatorplatte 10 berührt, wird im Folgenden als Plattenebene der Separatorplatte 10 bezeichnet. Im vorlie genden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellen stapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 10 des Stapels begrenzen also eine elektrochemische Zelle, die z. B. der Umwandlung von chemischer Ener gie in elektrische Energie dient. Dabei bildet jeweils eine Einzelplatte der Separatorplatte einen Teil einer anderen Zelle. Die elektrochemischen Zellen weisen gewöhnlich jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 6 auf, die in ihrem Außenbereich einen elektrochemisch nicht aktiven Rahmen aufweist (siehe z. B. Figur 11). Die MEA 6 beinhalten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder bei den Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.
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 10 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unter scheiden können.
Die Endplatten 2a, 2b weisen eine Vielzahl von Medienanschlüssen 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b 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, Reakti onsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder Kühlmit tel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Separatorplatte 10 in einer Draufsicht, wobei die Separatorplatte 10 gemäß Figur 2 z. B. in einem elektrochemischen System nach der Art des Systems 1 aus Figur 1 verwendbar ist. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Separatorplatte 10 weist eine erste und eine zweite Platte 11, 12 auf, die stoffschlüssig entlang der Plattenebene der Separatorplatte 10 verbunden sind. In Figur 2 ist nur die erste Platte 11 sichtbar, die zweite Platte 12 wird von der ersten Platte 11 verdeckt. Die erste und zweite Platte 11, 12 können jeweils aus einem Metall blech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Platten 11, 12 weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die die Durchgangsöffnun gen 15, 15' und 16 der Separatorplatte 10 bilden. Bei Stapelung einer Mehr zahl von Separatorplatten von der Art der Separatorplatte 10 bilden die Durchgangsöffnungen 15, 15' und 16 Leitungen, die sich in der Stapelrichtung lb durch den Stapel la erstrecken (siehe Figur 1). Typischerweise ist jede der durch die Du rchga ngsöff n u nge n 15, 15', 16 gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Medienanschlüsse 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b in den Endplatten 2a, 2b des Systems 1. Beispielsweise dienen die von den Durch gangsöffnungen 15, 15' gebildeten Leitungen der Versorgung der elektroche mischen Zellen des Brennstoffzellenstapels la mit Brennstoff und mit Reakti onsgas. Über die von der Durchgangsöffnung 16 gebildete Leitung dagegen kann Kühlmittel in den Stapel la eingeleitet oder aus dem Stapel la abgeleitet werden.
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 gegenüber dem Inneren des Stapels la und gegenüber der Umgebung weist die erste Platte 11 Sicken 15a, 15a', 16a, auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 jeweils voll ständig umschließen. Die zweite Platte 12 weist an der vom Betrachter der Figur 2 abgewandten Rückseite der Separatorplatte 10 entsprechende Sicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 auf (nicht gezeigt).
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 17 der Separatorplatte 10 weist die erste Platte 11 an ihrer dem Betrachter der Figur 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld mit Führungsstrukturen 17a zum Führen eines Reaktions mediums entlang der Vorderseite der Separatorplatte 10 auf. Diese Führungs strukturen 17a sind in Figur 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. In Figur 2 ist nur ein Ausschnitt des aktiven Bereichs 17 an der Vorderseite der Separatorplatte 10 gezeigt. An der dem Betrachter der Figur 2 zugewandten Vorderseite der Separatorplatte 10 weist die erste Platte 11 zudem einen Ver teil- oder Sammelbereich 18 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 18 umfasst Verteilstrukturen 18a, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der Durch gangsöffnung 15 in den Verteil- oder Sammelbereich 18 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 17 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 15 hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 sind in Figur 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.
Die erste Platte 11 weist ferner eine Perimetersicke 17b auf, die den aktiven Bereich 17, den Verteil- oder Sammelbereich 18 und die Durchgangsöffnun gen 15, 15' umläuft und diese gegenüber der Umgebung des Systems 1 ab dichtet. Im vorliegenden Beispiel werden der aktive Bereich 17, der Verteil oder Sammelbereich 18 und die Durchgangsöffnungen 15, 15' durch die Perimetersicke 17b auch gegenüber der Durchgangsöffnung 16, d. h. gegen über dem Kühlmittelkreislauf, abgedichtet. Es wäre jedoch ebenso möglich, dass die Durchgangsöffnung 16 innerhalb des von der Perimetersicke um schlossenen Bereichs angeordnet ist. Eine Perimetersicke ist also genauso wie eine hier als Dichtsicke bezeichnete Sicke ein Abdichtelement. Die Strukturen des aktiven Bereichs 17, die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbe- reichs 18 und die Sicken 15a, 15a', 16a und 17b sind einteilig mit der ersten Platte 11 ausgebildet und in die erste Platte 11 eingeformt, z. B. in einem Prä ge- oder Tiefziehprozess.
Die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 der ersten Platte 11 sind über Durchführungen 15b durch die Sicke 15a in Fluidverbin dung mit der Durchgangsöffnung 15 bzw. mit der von der Durchgangsöffnung 15 gebildeten Leitung durch den Stapel la. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 2 nur einige der Durchführungen 15b durch die Sicke 15a mit Bezugszei chen bezeichnet. Ebenso sind die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 in Fluidverbindung mit den Strukturen bzw. Kanälen des aktiven Bereichs 17. So kann ein durch die Durchgangsöffnung 15 geführtes Medium über die Durchführungen 15b in der Sicke 15a und über die
Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 in den aktiven Be reich 17 der ersten Platte 11 eingeleitet werden.
Die Durchgangsöffnung 15' bzw. die die von der Durchgangsöffnung 15' gebil dete Leitung durch den Stapel la ist in entsprechender Weise in Fluidverbin dung mit einem Verteil- und Sammelbereich und über diesen mit einem Strö mungsfeld eines aktiven Bereichs an der vom Betrachter der Figur 2 abge wandten Rückseite der Separatorplatte 10. Die Durchgangsöffnung 16 dage gen bzw. die von der Durchgangsöffnung 16 gebildete Leitung durch den Sta pel la ist in Fluidverbindung mit einem von der ersten und zweiten Platte 11, 12 eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum, der zum Führen eines Kühlmittels durch die Separatorplatte 10 ausgebildet ist.
Die übereinander in etwa deckungsgleich angeordnete erste und zweite Platte 11, 12 der Separatorplatte 10 der Figur 2 sind in etwa rechteckig ausgebildet und weisen abgerundete Ecken auf. In einer der Ecken, hier benachbart zur ersten Durchgangsöffnung 15', sind zwei Aufnahmen 13 für Steckerstifte ne beneinander angeordnet (siehe Detailansicht in Figur 2A). Die Aufnahmen 13 werden durch jeweils eine längliche Ausformung 11a und 12a in der ersten Platte 11 und der zweiten Platte 12 gebildet (siehe z. B. Figur 5), welche sich entlang der Plattenebene 10a parallel übereinander von einem Außenrand 10b zu einem Inneren der Separatorplatte 10 erstrecken und dabei von einer Verbindungsstruktur 23, hier einer Schweißnaht 23a zusammengehalten wer- den. Dabei verläuft eine Längsrichtung der Ausformungen 11a, 12a, und damit auch eine Längsrichtung der Aufnahmen 13, in einem Winkel von 90° zum Außenrand 10b. Die Ausformungen 11a, 12a der ersten und zweiten Platte 11,
12 stehen ferner zu entgegengesetzten Seiten aus der Plattenebene 10a der Separatorplatte 10 heraus, sodass die Ausformung 11a der ersten Platte 11 und die Ausformung 12a der zweiten Platte 12 zusammen eine längliche Auf nahme 13 für einen Steckerstift bilden. In eine derartige Aufnahme 13 kann ein stiftförmiger Stecker (Steckerstift) eingesteckt und gegebenenfalls mittels eines zusätzlichen Verriegelungselements gesichert werden. Über eine der zwei Aufnahmen 13 kann die Separatorplatte 10 mit einer Vorrichtung zum Überprüfen einer Zell-Spannung der Separatorplatte verbunden werden. Oh ne ein zusätzliches Verriegelungselement ist der Steckerstift bei dynamischen Lasten oder Vibrationen, welche beispielsweise im laufenden Betrieb einer in einem Fahrzeug eingebauten Brennstoffzelle auftreten, nicht gegen ein unbe absichtigtes Lösen aus der Aufnahme 13 gesichert.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Separatorplatte 10 gemäß der vorliegen den Erfindung. Die Separatorplatte 10 der Figur 3 ist ähnlich wie in Figur 2 ausgebildet, unterscheidet sich jedoch in der Ausgestaltung der Aufnahmen
13 (siehe auch die Detailansicht in Figur 3A). Im Gegensatz zu den in Figur 2 dargestellten Aufnahmen 13 weist die Ausformung 11a der in Figur 3 sichtba ren ersten Platte 11 auf der Vorderseite der Separatorplatte 10 eine zur da runterliegenden zweiten Platte 12 gerichtete Einformung 11b zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren eines Steckerstifts in der Aufnahme 13 auf. Diese Einformung 11b wird dadurch gebildet, dass ein Teil der Ausformung 11a der ersten Platte 11 mittels Einprägens oder einer Kombination von Schneiden, beispielsweise mittels Stanzens, und Prägen ins Innere der Auf nahme 13, also einen Aufnahmebereich für einen Steckerstift, eingepresst ist. Dadurch kann mittels der Einformung 11b zusätzlich eine Druckkraft auf einen Steckerstift ausgeübt werden, sodass der Steckerstift zwischen der
Einformung 11b und der Ausformung 12a der zweiten Platte 12 in der Auf nahme 13 verklemmbar ist. Hierdurch kann der Steckerstift auch ohne ein zusätzliches, also externes, Verriegelungselement gegen unbeabsichtigtes Lösen insbesondere beim Auftreten von dynamischen Lasten oder Vibrationen gesichert werden. Figur 4 zeigt eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Aufnahmen 13 der Figur 4 sind dabei wie in Figuren 3 und 3A ausgebildet, unterscheiden sich jedoch in der Art der Verbindungsstruktur 23, hier einer Klebeverbindung 23b sowie Ihrer Anordnung bezüglich des Außenrandes 10b. In Figur 4 werden die Auf nahmen 13 durch übereinanderliegende und parallel zueinander verlaufende längliche Ausformungen 11a und 12a der ersten und zweiten Platte 11, 12 gebildet, wobei sich die Ausformungen 11a und 12a vom Außenrand 10b ins Innere der Separatorplatte 10 erstrecken. Dabei verläuft eine Längsrichtung der Ausformungen 11a, 12a, und damit auch eine Längsrichtung der Aufnah me 13, in einem sich von dem Außenrand 10b der Separatorplatte 10 zum Inneren der Separatorplatte 10 hin öffnenden Winkel a zum Außenrand 10b.
Figuren 5A, B zeigen eine erste Aufnahme-Steckerstift -Verbindung gemäß dem Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht. Figuren 5A, B zeigen auch verschiedene Schnitte durch einen wie in Figur 2A [ HE I ] 2 ] dar gestellten Ausschnitt durch eine Separatorplatte 10. Wie in Figur 5A erkenn bar ist, wird die Separatorplatte 10 im Wesentlichen durch die übereinander liegende erste und zweite Platte 11, 12 gebildet, die sich in einem ebenen, nicht verformten Bereich der Platten 11, 12 entlang der Plattenebene 10a der Separatorplatte 10 berühren. Vom Außenrand 10b zum Inneren der ersten Platte 11 erstreckt sich die längliche Ausformung 11a der ersten Platte, wel che senkrecht zur Plattenebene 10b und von der zweiten Platte 12 weg ge richtet aus der Plattenebene 10b heraussteht. Entlang und gegenüberliegend der Ausformung 11a erstreckt sich die Ausformung 12a der zweiten Platte vom Außenrand 10b zum Inneren der Separatorplatte 10 und steht senkrecht zur Plattenebene 10a und von der ersten Platte 11 weg gerichtet aus der Plat tenebene 10a heraus. Zwischen den Ausformungen 11a, 12a bildet sich so eine längliche Aufnahme 13 für einen länglichen Steckerstift 14 aus. Wie in Figur 5B erkennbar ist, weist die Separatorplatte 10 wie in Figuren 2 und 3 zwei nebeneinander angeordnete Aufnahmen 13 auf. Die Aufnahmen 13 wei sen zudem einen etwa quadratischen Querschnitt auf. Ein zylinderförmiger Steckerstift mit kreisförmigem Querschnitt ist in eine der beiden Aufnahmen eingesteckt. Die in Figuren 5A, B gezeigte Aufnahme-Steckerstift -Verbindung des Stands der Technik weist weder einen Klemm- noch Rastmechanismus auf. Ein für die Sicherung der Verbindung notwendiges zusätzliches externes Verriegelungselement ist hier nicht dargestellt.
Figuren 6A, B zeigen eine zweite Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht, die der Figuren 5A, B ähnelt. Auch die Figuren 6A, B zeigen wieder verschiedene Querschnitte durch einen wie in Figuren 2A und 3A dargestellten Ausschnitt einer
Separatorplatte 10 im Bereich der Aufnahmen 13. Anders als in Figuren 5A, B weisen die Aufnahmen 13 einen rechteckigen Querschnitt und der in eine der beiden Aufnahmen 13 eingesteckte Steckerstift 14 einen zum Querschnitt der Aufnahmen 13 korrespondierenden rechteckigen Querschnitt auf. Auch die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung der Figuren 6A, B verfügt weder über ei nen Rast- oder Klemm mechanismus noch ist ein zusätzliches externes Verrie gelungselement zur Sicherung der Verbindung dargestellt.
Figur 7 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Figur 7 zeigt einen Längsschnitt analog zu Figuren 5A, 6A. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Aufnahme-Steckerstift - Verbindungen der Figuren 5A, 6A zeigt Figur 7 einen Klemmmechanismus zur Sicherung der Verbindung. Der Klemmmechanismus wird durch eine gestanz te und in Richtung der Plattenebene 10a verformte Einformung 11b in der Ausformung 11a der ersten Platte 11 realisiert. Die Einformung 11b besteht aus einer in Richtung der Ausformung 12a eingestanzten, teilweise ausge schnittenen Lasche, welche eine Druckkraft auf den sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstift 14 ausübt. Durch die Druckkraft der Einformung 11b wird der Steckerstift 14 gegen die gegenüberliegende Ausformung 12a ge presst und so zwischen der Einformung 11b und der Ausformung 12a einge klemmt.
Figur 8 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei ner Längsschnittansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel der Figur 8 weist ei nen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastmechanis mus wird durch eine eingeprägte kalottenförmige Einformung 11c in der Aus formung 11a der ersten Platte 11 und eine zur kalottenförmigen Einformung 11c korrespondierende Nut 14a im sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstift 14 realisiert. Dabei rastet die Einformung 11c beim Einstecken des Steckerstifts 14 in die Aufnahme 13 in der Nut 14a des Steckerstifts ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.
Sowohl das erste Ausführungsbeispiel der Figur 7 als auch das zweite Ausfüh rungsbeispiel der Figur 8 zeigen reversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 7 und 8 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung auch wieder kontrol liert gelöst werden kann, um beispielsweise die Separatorplatte
umzukontaktieren.
Figur 9 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Das dritte Ausführungsbeispiel der Figur 9 weist ebenfalls einen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastmecha nismus wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a und eine um ei nen Querschnitt eines sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstifts um laufende Ringnut 14a realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 rastet die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Ausformung 11a in der Ringnut 14a des Steckerstifts 14 ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.
Figur 10 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Das vierte Ausführungsbeispiel der Figur 10 weist eben falls einen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastme chanismus wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Plat te 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a und eine zur Einformung 11b korrespondierende Nut 14a in einem sich in der Aufnah me 13 befindlichen Steckerstift 14 realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 rastet die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Ausformung 11a in der Nut 14a des Steckerstifts 14 ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.
Sowohl das dritte Ausführungsbeispiel der Figur 9 als auch das vierte Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 10 zeigen irreversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 7 und 8 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung nicht wieder gelöst werden kann, ohne die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung zu beschädigen.
Figur 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems vor Aufnahme von Steckerstiften. Figur 11 zeigt einen beispielhaften Stapel la von vier parallel zueinander angeordneten Separatorplatten 10. Zwischen den Separatorplatten 10 ist jeweils eine MEA 6 angeordnet, sodass jeweils eine zweite Platte 12 einer ersten Separatorplatte 10, eine MEA 6 und eine erste Platte 11 einer zweiten Separatorplatte 10 eine elektrochemische Zelle bilden. Der dargestellte Querschnitt verläuft in der Nähe der Außenkante 10b der Separatorplatte an einer Stelle quer durch Auf nahmen 13, so dass nicht der elektrochemisch aktive Bereich der MEA son dern deren Randbereich geschnitten wird. Jeweils zwei Aufnahmen 13 sind in einer Separatorplatte 10 nebeneinander angeordnet. In der Stapelrichtung lb liegen die Aufnahmen 13 der verschiedenen Separatorplatten 10 jeweils übereinander. Sämtliche Aufnahmen 13 sind jeweils von und bis zur Außen kante abschnittsweise über eine Verbindungsstruktur 23, hier einer Stepp schweißnaht 23a miteinander verbunden.
Figur 12 zeigt nun einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemä ßen elektrochemischen Systems ähnlich wie in Figur 11 mit einer ersten Vari ante zur Anordnung von Steckerstiften 14. Hier ist jeweils ein Steckerstift 14 in je eine Aufnahme 13 einer Separatorplatte 10 eingesteckt. Dabei sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet. Dies ermöglicht ein besonders leichtes Einführen der Steckerstifte.
Figur 13 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems ähnlich wie in Figur 11 mit einer zweiten Variante zur Anordnung von Steckerstiften 14. In Figur 13 weist jede Separatorplatte 10 vier Aufnahmen 13 auf, die in Stapelrichtung lb jeweils untereinander ange ordnet sind. Die Steckerstifte 14 sind nun in Stapelrichtung lb von
Separatorplatte 10 zu Separatorplatte 10 um eine Aufnahme 13 in Richtung der benachbarten Aufnahme 13 verschoben angeordnet. Dabei verschiebt sich die einen Steckerstift 14 aufnehmende Aufnahme 13 solange in die glei- che Richtung senkrecht zur Stapelrichtung lb bis in dieser Richtung keine Auf nahme 13 mehr vorhanden ist. In diesem Fall wird der entsprechende
Steckerstift 14 in einer Aufnahme 13 am gegenüberliegenden Ende der Reihe von Aufnahmen 13 angeordnet. Hierdurch wird ebenfalls eine maximal ver setzte Anordnung von Steckerstiften 14 innerhalb des Stapels la erreicht. Die erste und zweite Platte 11, 12 sind zwischen den Aufnahmen 13 sowie seitlich an die Aufnahmen angrenzend miteinander abschnittsweise verklebt und bil den so eine Verbindungsstruktur 23b.
Figur 14 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei ner Längsschnittansicht, das anders als die vorhergehenden Ausführungsbei spiele nicht die erste, sondern die zweite Variante der Verbindung darstellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel der Figur 14 weist nur eine Ausformung 12a, jedoch keine Ausformung 11a auf. Der Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als eine der Ausformung 12a gegenüberlie gende Einformung 11b in der Platte 11 realisiert. Beim Einstecken des
Steckerstifts 14 presst sich die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Platte 11 gegen die Oberfläche des Steckerstifts 14, bildet einen Kraftschluss und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.
Figur 15 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht, das wie dasjenige Ausführungsbeispiel der Figur 14 die zweite Variante der Verbindung darstellt. Im sechsten Ausführungsbeispiel der Figur 15 sind die Bezeichnungen der Einzelplatten 11, 12 der
Separatorplatte 10 gegenüber den vorangegangenen vertauscht, die erste Platte 11 liegt nunmehr unterhalb der zweiten Platte 12. Wie in Figur 14 weist die Separatorplatte 10 nur eine Ausformung 11a in der unteren Platte, hier also nun in der ersten Platte 11, jedoch keine Ausformung 12a in der oberen Platte 12 auf. Der Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 presst sich unter Ausbildung eines Kraftschlusses die als La- sehe ausgebildete Einformung 11b der Platte 11 gegen die Oberfläche des Steckerstifts 14 und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.
Sowohl das fünfte Ausführungsbeispiel der Figur 14 als auch das sechste Aus führungsbeispiel der Figur 15 zeigen reversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 14 und 15 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung auch wieder kontrolliert gelöst werden kann, um beispielsweise die Separatorplatte umzukontaktieren.
Figur 16 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer dritten Anordnung von Steckerstiften, er zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Vielzahl von Aufnahmen 13, die wie in Fig. 15 nur durch Ausformungen 11a in der Platte 11 realisiert sind, die Schnittebene liegt dabei in einer Ebene, die nicht durch die Einformung 11b reicht. Wie in Figur 12 ist jeweils ein Steckerstift 14 in je eine Aufnahme 13 einer Separatorplatte 10 eingesteckt. Dabei sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet.
Figur 17 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer vierten Anordnung von Steckerstiften. Wiederum ist eine Ausführungsform der zweiten Variante von Aufnahme- Steckerstift-Verbindungen dargestellt, wobei die Darstellung gegenüber den vorhergehenden durch Weglassen der Membran 6 bzw. ihres Randbereiches vereinfacht ist. Wie in Figur 16 verläuft die Schnittebene so, dass sie die Einformung 11b nicht schneidet. Auch hier sind die Aufnahmen 13 nur durch Ausformungen 11b in der ersten Platte gebildet, die zweite Platte 12 weist keine Ausformungen auf. Die Ausformungen 11b sind jedoch so hoch, dass die zweite Platte 12 Ausnehmungen 19 aufweist, durch die die Ausformungen 11b hindurchreichen. Sie können somit beispielsweise höher sein als die Höhe der Dichtelemente im verpressten Zustand. Dies ermöglicht mehr Gestaltungs freiheit beim Design der Separatorplatte. Im gezeigten Ausschnitt sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet, be legen dabei aber nur die mittleren beiden der dargestellten parallel zur Sta pelrichtung lb verlaufenden Reihen von Aufnahmen 13. Während in Figur 17 um jede der Aufnahmen 13 eine Schweißverbindungen 23a zumindest abschnittsweise umläuft, sind in Figur 16 nur die Aufnahmen 13 mit einer Schweißverbindung umgeben, die tatsächlich einen Steckerstift aufgenommen hat. Während die ersterwähnte Lösung der Figur 17 auf einer Herstellung des elektrochemischen Systems mit möglichst vielen Gleichteilen basiert, kann im letztgenannten Fall der Figur 16 die Herstellungszeit einer einzelnen Platte reduziert werden.
Figur 18 stellt die Höhen- und Abstandsverhältnisse in einer erfindungsgemä- ßen Separatorplatte 10 dar. Die Höhe hSi einer Sicke 17b ist sowohl im darge stellten unverpressten Zustand als auch im verpressten Zustand der Sicke grö ßer als die Höhe hAi der Ausformung 11b, hier um etwa ein Drittel. Gleiches gilt für die Summe der Höhen der Sicken 17a, 17b der Separatorplatte 10 rela tiv zur Gesamthöhe hA der Aufnahme 13. Der Abstand DA-S zwischen der Auf- nähme 13 und der Sicke 11b beträgt mindestens 50% der Fußbreite Bs der
Sicke 17b, hier ungefähr 150%.

Claims

Patentansprüche
1. Separatorplatte (10) für ein elektrochemisches System (1), umfassend eine erste und eine zweite Platte (11, 12), wobei die erste und die zweite Platte (11, 12) im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Platte (11, 12) jeweils mindestens eine längliche Ausformung (11a, 12a) aufweisen, wobei die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) und die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) zu entgegengesetzten Seiten aus einer Plattenebene (10a) der Separatorplatte (10) herausstehen und sich entlang der Platten ebene (10a) parallel übereinander von einem Außenrand (10b) zu ei nem Inneren der Separatorplatte (10) erstrecken, sodass die Ausfor mung (11a) der ersten Platte (11) und die Ausformung (12a) der zwei ten Platte (12) zusammen eine Aufnahme (13) für einen Steckerstift (14) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) eine zur jeweils gegenüberliegenden Platte (12, 11) gerichtete Einformung (11b, 11c) zum kraft- und/oder formschlüs sigen Fixieren des Steckerstifts (14) in der Aufnahme (13) aufweist.
2. Separatorplatte (10) für ein elektrochemisches System (1), umfassend eine erste und eine zweite Platte (11, 12), wobei die erste und die zweite Platte (11, 12) im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, wobei die erste oder die zweite Platte (11, 12) mindestens eine längli che Ausformung (11a, 12a) aufweist, wobei die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) zur von der anderen Platte (12, 11) wegweisenden Seite aus einer Plat tenebene (10a) der Separatorplatte (10) heraussteht und sich entlang der Plattenebene (10a) von einem Außenrand (10b) zu einem Inneren der Separatorplatte (10) erstreckt, sodass die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) eine Aufnahme (13) für einen Steckerstift (14) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (11a) der ersten Platte (11) oder die Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) oder ein der Ausformung (11a) der ersten Plat te (11) gegenüberliegender Bereich in der zweiten Platte (12) oder ein der Ausformung (12a) der zweiten Platte (12) gegenüberliegender Be reich in der ersten Platte (11) eine zur jeweils gegenüberliegenden Platte gerichtete Einformung (11b, 11c) zum kraft- und/oder form schlüssigen Fixieren des Steckerstifts (14) in der Aufnahme (13) auf weist.
3. Separatorplatte (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Plat te (11, 12) eine Vielzahl von aus der Plattenebene (10a) der
Separatorplatte (10) herausstehenden und sich vom Außenrand (10b) zum Inneren der Separatorplatte (10) erstreckenden Ausformungen (11a, 12a) aufweisen, sodass die Vielzahl von Ausformungen (11a, 12a) der ersten und/oder zweiten Platte (11, 12) eine Vielzahl von Aufnah men (13) für Steckerstifte (14) bildet.
4. Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Einformung als freigeschnittene Lasche (11b) oder kalottenförmige Einprägung (11c) ausgebildet ist.
5. Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass sich die Ausformungen (11a, 12a) in einem Winkel zum Außenrand (10b) erstrecken, wobei der Winkel > 0° und < 180°, insbesondere > 45° und < 90°, oder insbesondere > 90° und < 135°, besonders bevorzugt > 80° und/oder < 100°, beträgt.
6. Separatorplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte (11, 12) jeweils mindestens eine zueinander fluchtende erste Durchgangsöff nung (15, 15') zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die Separatorplatte (10), jeweils mindestens eine zueinander fluchtende zweite Durchgangsöff nung (16) zum Durchleiten eines Kühlmittels durch die Separatorplatte (10), jeweils auf ihrer voneinander abgewandten Oberfläche einen aktiven Bereich (17) mit Führungsstrukturen (17a) zum Führen eines Reakti onsmediums entlang der Plattenebene (10a) und einen sich mit der ersten Durchgangsöffnung (15, 15') und dem aktiven Bereich (17) in Fluidverbindung befindlichen Verteilbereich (18) mit Verteilstrukturen (18a) zum Verteilen eines von der ersten Durch gangsöffnung (15, 15') in den aktiven Bereich (17) eingeleiteten Reak tionsmediums und/oder zum Sammeln eines vom aktiven Bereich (17) zur ersten D u rchga ngsöff n u ng (15, 15') hin strömenden Reaktionsme diums aufweisen.
7. Separatorplatte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte (11, 12) jeweils eine die erste Du rchga ngsöff n u ng (15, 15') umlaufende erste Dicht struktur (15a, 15a') zum Abdichten der ersten Durchgangsöffnung (15, 15') entlang der Plattenebene (10a) aufweisen, wobei die erste Dicht struktur (15a, 15a') mindestens eine erste Durchführung (15b) auf weist, über welche sich die erste Durchgangsöffnung (15, 15') mit dem Verteilbereich (18) und dem aktiven Bereich (17) in Fluidverbindung befindet.
8. Separatorplatte (10) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte (11, 12) eine zweite Dichtstruktur (16a) zum Abdichten der zweiten Durch gangsöffnung (16) entlang der Plattenebene (10a) aufweisen.
9. Separatorplatte (10) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Platte (11, 12) eine dritte Dichtstruktur (17b) aufweist, welche den aktiven Bereich (17), den Verteilbereich (18) und die erste Durchgangsöffnung (15, 15') umläuft und gegenüber der Umgebung entlang der Plattenebene (10a) abdichtet.
10. Separatorplatte (10) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und/oder dritte Dicht struktur (15a, 15a', 16a, 17b) in die erste oder zweite Platte (11, 12) eingeprägt sind oder als in die erste und die zweite Platte (11, 12) ein geprägte Dichtsicken ausgebildet sind.
11. Separatorplatte (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Dichtstruktur (15a, 15a', 16a, 17b) der ersten Platte (11) und die erste, zweite und dritte Dichtstruktur (15a, 15a', 16a, 17b) der zweiten Platte (12) zu entge gengesetzten Seiten aus der Plattenebene (10a) der Separatorplatte (10) herausstehen, und eine Höhe der Ausformungen (11a, 12a), mit welcher die Ausformungen aus der Plattenebene (10a) der
Separatorplatte (10) herausstehen, geringer ist als eine Höhe der ers ten, zweiten und dritten Dichtstruktur (15a, 15a', 16a, 17b), mit wel cher die erste, zweite und dritte Dichtstruktur (15a, 15a', 16a, 17b) aus der Plattenebene (10a) der Separatorplatte (10) herausstehen.
12. Elektrochemisches System (1) mit einer Vielzahl von parallel angeord neten Separatorplatten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che.
13. Elektrochemisches System (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Separatorplatten (10) eine Membran (6) einer elektrochemischen Zelle zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie ange- ordnet ist.
14. Elektrochemisches System (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich der Membran (6) an die mindestens eine längliche Ausformung (11a, 12a) der ersten oder zweiten Platte (11, 12) angrenzt.
15. Elektrochemisches System (1) nach dem vorhergehenden Anspruch weiterhin umfassend eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Zell- Spannung einer Separatorplatte, wobei die Vorrichtung zur Verbin dung mit der Vielzahl von Separatorplatten (10) eine Vielzahl von Steckerstiften (14) umfasst, wobei je ein Steckerstift (14) in je eine Aufnahme (13) für einen Steckerstift (14) einer Separatorplatte (10) einsteckbar ist.
16. Elektrochemisches System (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckerstifte (14) im Wesentlichen zylinderförmig oder quaderförmig, insbesondere mit abgerundeten Ecken, ausgebildet sind.
17. Elektrochemisches System (1) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckerstifte (14) eine zur Einformung (11b, 11c) korrespondierende Ausnehmung (14a) für die kraft- und/oder formschlüssige Fixierung der Steckerstifte (14) in den Aufnahmen (13) aufweisen.
18. Elektrochemisches System (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14a) als Nut und/oder als den Steckerstift (14) in einer Querrichtung umlaufende Nut ausge bildet ist.
19. Elektrochemisches System (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft- und/oder form schlüssige Fixierung der Steckerstifte (14) in den Aufnahmen (13) re versibel oder irreversibel ist.
20. Elektrochemisches System (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Projektion von n benachbarten Separatorplatten (10), wobei n > 1 und/oder n < 4, in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene (10a) der Separatorplatten (10) die Steckerstifte (14) versetzt zueinander in die Separatorplatten (10) einsteckbar sind.
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