WO2020193055A1 - Bipolar plate for a fuel cell stack, and fuel cell stack - Google Patents

Bipolar plate for a fuel cell stack, and fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
WO2020193055A1
WO2020193055A1 PCT/EP2020/055175 EP2020055175W WO2020193055A1 WO 2020193055 A1 WO2020193055 A1 WO 2020193055A1 EP 2020055175 W EP2020055175 W EP 2020055175W WO 2020193055 A1 WO2020193055 A1 WO 2020193055A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
bipolar plate
bipolar plates
cell stack
positioning aid
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/055175
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Dallinger
Arnold Gente
Sebastian Fritz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2020193055A1 publication Critical patent/WO2020193055A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a bipolar plate for a fuel cell stack which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode.
  • the invention also relates to a
  • Fuel cell stack which comprises a plurality of membrane-electrode units with a first electrode and a second electrode and a plurality of bipolar plates according to the invention.
  • a fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical
  • Reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent converts into electrical energy.
  • a fuel cell is therefore an electrochemical energy converter.
  • hydrogen (H2) and oxygen (02) in particular are converted into water (H20), electrical energy and heat.
  • PEM proton exchange membrane
  • Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions.
  • the oxidizing agent in particular
  • Oxygen in the air is therefore spatially away from the fuel, in particular
  • Proton exchange membrane fuel cells also have an electrode called an anode and an electrode called a cathode.
  • the fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized to protons, releasing electrons.
  • the protons pass through the membrane to the cathode.
  • the released electrons are diverted from the fuel cell and flow via an external circuit to the cathode, or via an adjacent bipolar plate to the cathode of the neighboring fuel cell.
  • the oxidizing agent is fed to the cathode of the fuel cell and it reacts to water by absorbing electrons from the external circuit or the neighboring fuel cell and protons that have passed through the membrane to the cathode. That so
  • the bipolar plates have, for example, channel-like structures for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes.
  • the channel-like structures also serve to drain off the water produced during the reaction.
  • the bipolar plates can also have structures for conducting a cooling liquid through the fuel cell in order to dissipate heat.
  • a voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell during operation.
  • several fuel cells can be mechanically arranged one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series.
  • the bipolar plate represents one of the poles of the fuel cell and is therefore electrically conductive, in particular made of metal. Two adjacent bipolar plates must not touch each other, otherwise an electrical short circuit occurs.
  • the bipolar plates are designed as relatively stable components and can thus also be used as support elements for
  • the bipolar plates have beads that function as sealing seats, the beads of adjacent bipolar plates receiving a sealing element between them.
  • the bipolar plates When manufacturing a fuel cell stack, the bipolar plates must be precisely stacked on top of one another. On the one hand, fluidic connections between the structures for distributing the fuel and the oxidizing agent of the individual bipolar plates must be aligned with one another. On the other hand the beads of adjacent bipolar plates must also be correctly aligned with one another so that a sealing element provided between them is accommodated in a sealing manner.
  • a bipolar plate for a fuel cell stack comprises a first distribution structure for distributing a fuel, in particular hydrogen, to a first electrode, referred to as the anode, and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent, in particular oxygen, to a second electrode, referred to as the cathode. Between the first distribution structure and the second distribution structure of the
  • a third distribution structure for the passage of a coolant can also be provided for the bipolar plate.
  • At least one first positioning aid which has a convex bulge on a first side of the bipolar plate and a concave recess on a second side of the bipolar plate.
  • the first side of the bipolar plate is opposite the second side of the bipolar plate.
  • the convex bulge and the concave recess of the first positioning aid are designed such that when several bipolar plates are stacked to form a fuel cell stack, the convex bulge of the first positioning aid of one bipolar plate engages positively in the concave recess of the first positioning aid of an adjacent bipolar plate.
  • the first positioning aid preferably has a conical cross section.
  • the first positioning aid can have a trapezoidal or conical cross section.
  • the fuel cell stack according to the invention comprises a plurality of membrane electrode units with a first electrode called the anode and with a second electrode called the cathode, which are separated from one another by a membrane, and a plurality of inventive
  • Bipolar plates stacked alternately.
  • the first distribution structures of the bipolar plates are located on the first electrodes of the membrane-electrode units on, and the second distribution structures of the bipolar plates are in contact with the second electrodes of the membrane-electrode units.
  • the membrane electrode units and the bipolar plates of the fuel cell stack are advantageously stacked in such a way that the convex
  • each bipolar plate of the fuel cell stack additionally has a second positioning aid which has a convex bulge on the second side of the bipolar plate and a concave recess on the first side of the bipolar plate.
  • the convex bulges of the first are thus on the first side of the bipolar plate
  • Positioning aid and the concave recess of the second positioning aid provided first.
  • On the second side of the bipolar plate are the convex ones
  • two adjacent bipolar plates each have a bead.
  • the membrane electrode units and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the beads of two adjacent bipolar plates are directed towards each other and that the membrane electrode unit arranged between the adjacent bipolar plates rests on the two beads.
  • the membrane-electrode unit acts as a sealing element.
  • the membrane-electrode unit also prevents electrical contact between the beads of the neighboring bipolar plates and thus an electrical short circuit.
  • the first surface of the insulation film is opposite the second surface of the insulation film.
  • the convex projection of the insulation film engages in the concave recess of a first or second positioning aid of an adjacent bipolar plate in a form-fitting manner, and the convex bulge of a first or second positioning aid of an adjacent bipolar plate engages in the concave
  • the insulation film thus prevents electrical contact between the beads of the adjacent bipolar plates and thus an electrical short circuit.
  • Two adjacent bipolar plates advantageously each have a bead.
  • the insulation foils and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the beads of two adjacent bipolar plates are directed towards one another and that the insulation foil arranged between the adjacent bipolar plates rests against the two beads.
  • the insulation film also functions as a sealing element.
  • the surface and / or the second surface of the insulation film has an electrically conductive, in particular metallic, coating. They are there
  • Insulation foils and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the electrically conductive coating is in electrical contact with an adjacent bipolar plate.
  • An electrical conductor is preferably connected to the electrically conductive coating.
  • the electrically conductive coating of the insulation film is preferably arranged in a region of a convex projection of the insulation film or in a region of a concave recess of the insulation film. As a result, reliable electrical contact is obtained between the electrically conductive coating and the adjacent bipolar plate.
  • Bipolar plates according to the invention can be stacked on top of one another relatively quickly and precisely to produce a fuel cell stack according to the invention.
  • the positioning aids automatically adjust the bipolar plates correctly to one another.
  • a use of camera systems to increase the positioning accuracy is not required, whereby the
  • Assembly time is shortened.
  • the embossing of the bipolar plates and the assembly of the fuel cell stack take place at a constant temperature, tolerances are minimized and the fuel cell stack can be assembled quickly and precisely. Due to the precise alignment, the fluidic connections between the structures are aligned to distribute the
  • Fuel and the oxidizing agent of the individual bipolar plates and the sealing elements provided between the bipolar plates are accommodated in a sealing manner.
  • the positioning accuracy can be increased even further. If an insulating film with an electrically conductive coating is arranged between the bipolar plates and an electrical conductor is connected to the electrically conductive coating, the output voltage of each individual fuel cell of the fuel cell stack can be measured by means of said conductors. This advantageously enables monitoring of each individual fuel cell when the fuel cell stack is in operation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel cell stack with several fuel cells
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a fuel cell in one
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell in one
  • FIG. 4 is a schematic exploded view of the fuel cell according to the second embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of an edge region of a
  • Figure 6 is a schematic sectional view of a modified
  • Fuel cell stack with fuel cells according to the third embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack 5 with a plurality of fuel cells 2.
  • Each fuel cell 2 has a membrane-electrode unit 10, which comprises a first electrode 21, a second electrode 22 and a membrane 18.
  • the two electrodes 21, 22 are arranged on opposite sides of the membrane 18 and are thus separated from one another by the membrane 18.
  • the first electrode 21 is also referred to below as the anode 21 and the second electrode 22 is also referred to as the cathode 22 below.
  • the membrane 18 is designed as a polymer electrolyte membrane.
  • the membrane 18 is permeable to hydrogen ions, that is to say H + ions.
  • Each fuel cell 2 also has two bipolar plates 40, which are connected to the membrane-electrode unit 10 on both sides.
  • each of the bipolar plates 40 can be regarded as belonging to two fuel cells 2 arranged adjacent to one another.
  • the bipolar plates 40 and the membrane-electrode units 10 are each stacked alternately in a vertical direction z to the fuel cell stack 5.
  • a longitudinal direction x extends at right angles to the vertical direction z.
  • a transverse direction y extends at right angles to the longitudinal direction x and to the vertical direction z.
  • the bipolar plates 40 each include a first distribution structure 50 for
  • the bipolar plates 40 each also include a second distribution structure 60 for distributing an oxidizing agent, which structure faces the cathode 22.
  • the second distribution structure 60 serves at the same time to divert water that is produced during a reaction in the fuel cell 2.
  • the bipolar plates 40 further include a third distribution structure 70, which is arranged between the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60.
  • the third distribution structure 70 serves to pass through a
  • the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60 are electrically connected to one another.
  • Two adjacent bipolar plates 40 are electrically insulated by a circumferential separating layer 75 and enclose a membrane-electrode unit 10 lying between them.
  • a gas diffusion layer 15 is arranged between the electrodes 21, 22 of the membrane-electrode units 10 and the bipolar plates 40.
  • the gas diffusion layers 15 ensure a uniform distribution of the fuel from the first distribution structure 50 to the adjacent anode 21 and a uniform distribution of the oxidizing agent from the second
  • Distribution structure 60 passed to cathode 22.
  • the fuel herein
  • Hydrogen is catalytically oxidized at the anode 21, releasing electrons into protons.
  • the protons pass through the membrane 18 to the cathode 22.
  • the released electrons flow through the distribution structures 50, 60 to the Cathode 22 of the neighboring fuel cell 2, or from the anode 21 of the fuel cell 2 located on one edge via an external circuit to the cathode 22 of the one on the other edge
  • Fuel cell 2 The oxidizing agent, in this case atmospheric oxygen, reacts by absorbing the electrons guided in this way and the protons generated by the
  • Membrane 18 have reached the cathode 22, to water.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a first exemplary embodiment.
  • the adjacent bipolar plates 40 which surround the membrane-electrode unit 10 and the gas diffusion layers 15, each have a first one
  • Positioning aid 81 which has a convex bulge 85 on a first side 41 of the bipolar plate 40 and a concave recess 86 on a second side 42 of the bipolar plate 40. Furthermore, the two bipolar plates 40 each have a second positioning aid 82, which has a convex bulge 85 on a second side 42 of the bipolar plate 40 and a concave depression 86 on a first side 41 of the bipolar plate 40.
  • the positioning aids 81, 82 each have a conical cross section.
  • the membrane-electrode units 10 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the convex bulge 85 of the first positioning aid 81 of a bipolar plate 40 engages in a form-fitting manner in the concave recess 86 of the first positioning aid 81 of an adjacent bipolar plate 40, and that the convex bulge 85 of the second positioning aid 82 of a bipolar plate 40 engages in a form-fitting manner in the concave recess 86 of the second positioning aid 82 of an adjacent bipolar plate 40.
  • the bipolar plates 40 also each have a bead 45.
  • the membrane electrode units 10 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the beads 45 of two adjacent bipolar plates 40 are directed towards one another, and that the membrane electrode unit 10 arranged between the adjacent bipolar plates 40 rests against the two beads 45 .
  • the membrane-electrode unit 10 thus serves as an insulator between the bipolar plates 40 and as a sealing element.
  • the bipolar plates 40 lie against one another in the area of the positioning aids 81, 82 and would therefore be in later operation cause an electrical short circuit. Therefore, after assembly, the fuel cells 2 of the fuel cell stack 5 are pressed and fixed, for example by threaded rods, bands or potting, and then the bipolar plates 40 are cut along the cutting lines A shown. This removes the areas with the positioning aids 81, 82.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a second exemplary embodiment.
  • An insulation film 30 is arranged between two adjacent bipolar plates 40.
  • the insulation film 30 has a convex projection 35 on a first surface 31 of the insulation film 30 and a concave recess 36 on a second surface 32 of the insulation film 30.
  • the bipolar plates 40 and the insulation foils 30 are stacked in such a way that the convex projection 35 of the insulation foil 30 engages with a positive fit in the concave recess 86 of the positioning aid 81, 82 of an adjacent bipolar plate 40, and the convex bulge 85 of a positioning aid 81, 82 of an adjacent bipolar plate 40 engages positively in the concave recess 36 of the insulation film 30.
  • the insulation film 30 serves as an insulator between the bipolar plates 40.
  • the two adjacent bipolar plates 40 each have a bead 45.
  • the insulation foils 30 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the beads 45 of two adjacent bipolar plates 40 are directed towards one another and that the insulation foil 30 arranged between the adjacent bipolar plates 40 rests on the two beads 45.
  • the insulation film 30 thus also serves as a sealing element.
  • FIG. 4 shows a schematic exploded view of the fuel cell 2 according to the second exemplary embodiment shown in FIG.
  • the bipolar plates 40 are alternately stacked on top of one another in the vertical direction z.
  • An insulation film 30 is arranged between two adjacent bipolar plates 40 in each case.
  • the insulation film 30 has an opening 38.
  • the membrane-electrode units 10 and the gas diffusion layers 15 are arranged in the cutout 38.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of an edge region of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a third Embodiment.
  • the fuel cell 2 according to the third exemplary embodiment is similar to that shown in FIGS. 3 and 4
  • Fuel cell 2 according to the second embodiment. The differences are discussed below. The membrane electrode unit 10 and the gas diffusion layers 15 are not shown here.
  • the second surface 32 of the insulation film 30 has an electrically conductive coating 90.
  • the insulation films 30 and the bipolar plates 40 are stacked such that the coating 90 is in electrical contact with one another
  • the coating 90 is arranged, inter alia, in a region of a concave recess 36 of the insulation film 30.
  • the convex bulge 85 of the first positioning aid 81 of the adjacent bipolar plate 40 engages in the concave recess 36 of the insulation film 30 and ensures electrical contact between the bipolar plate 40 and the coating 90.
  • An electrical conductor 92 is electrically connected to the electrically conductive coating 90, for example by means of a soldering point 94.
  • the electrical conductor 92 is thus also electrically connected to the adjacent bipolar plate 40, which is in contact with the electrically conductive coating 90.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of a modified one
  • Gas diffusion layers 15 are not shown here.
  • An insulation film 30 with an electrically conductive coating 90 is arranged between two adjacent bipolar plates 40, and an electrical conductor 92 is connected to the electrically conductive coating 90.
  • each electrical conductor 92 is electrically connected to one of the bipolar plates 40.
  • An output voltage U of an individual fuel cell 2 of the fuel cell stack 5 can be measured between every two conductors 92. This means that each individual fuel cell 2 is monitored during operation of the
  • Fuel cell stack 5 possible.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a bipolar plate (40) for a fuel cell stack, comprising a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode. At least one first positioning aid (81) is provided which has a convex bulge (85) on a first face (41) of the bipolar plate (40) and a concave depression (86) on a second face (42) of the bipolar plate (40). The convex bulge (85) and the concave depression (86) of the first positioning aid (81) are designed such that when multiple bipolar plates (40) are stacked, the convex bulge (85) of the first positioning aid (81) of one bipolar plate (40) engages into the concave depression (86) of the first positioning aid (81) of an adjacent bipolar plate (40) in a formfitting manner. The invention also relates to a fuel cell stack with a plurality of membrane-electrode units (10), comprising a first electrode and a second electrode which are separated by a membrane and comprising a plurality of bipolar plates (40) according to the invention, said membrane-electrode units (10) and bipolar plates (40) being stacked in an alternating manner.

Description

Bipolarplate für einen Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellenstapel Bipolar plate for a fuel cell stack and a fuel cell stack
Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenstapel, welche eine erste Verteilstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode umfasst. Die Erfindung betrifft auch einen The invention relates to a bipolar plate for a fuel cell stack which comprises a first distribution structure for distributing a fuel to a first electrode and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent to a second electrode. The invention also relates to a
Brennstoffzellenstapel, welcher eine Mehrzahl von Membran-Elektroden- Einheiten mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode und eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bipolarplatten umfasst. Fuel cell stack which comprises a plurality of membrane-electrode units with a first electrode and a second electrode and a plurality of bipolar plates according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische A fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical
Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (02) in Wasser (H20), elektrische Energie und Wärme gewandelt. Reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent converts into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells, hydrogen (H2) and oxygen (02) in particular are converted into water (H20), electrical energy and heat.
Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Proton- Exchange-Membrane = PEM) -Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also für Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Among other things, proton exchange membrane (PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane that is permeable to protons, i.e. hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular
Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Oxygen in the air is therefore spatially away from the fuel, in particular
Wasserstoff, getrennt. Hydrogen, separately.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen ferner eine als Anode bezeichnete Elektrode und eine als Kathode bezeichnete Elektrode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran zu der Kathode. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zu der Kathode, beziehungsweise über eine benachbarte Bipolarplatte zur Kathode der benachbarten Brennstoffzelle. Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und es reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis oder der benachbarten Brennstoffzelle und Protonen, die durch die Membran zur Kathode gelangt sind, zu Wasser. Das so Proton exchange membrane fuel cells also have an electrode called an anode and an electrode called a cathode. The fuel is fed to the anode of the fuel cell and is catalytically oxidized to protons, releasing electrons. The protons pass through the membrane to the cathode. The released electrons are diverted from the fuel cell and flow via an external circuit to the cathode, or via an adjacent bipolar plate to the cathode of the neighboring fuel cell. The oxidizing agent is fed to the cathode of the fuel cell and it reacts to water by absorbing electrons from the external circuit or the neighboring fuel cell and protons that have passed through the membrane to the cathode. That so
entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet:the resulting water is drained from the fuel cell. The gross response is:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
Zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode sind For even distribution of the fuel to the anode and for even distribution of the oxidizing agent to the cathode
Bipolarplatten vorgesehen. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels an die Elektroden auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des bei der Reaktion entstandenen Wassers. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Durchleitung einer Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle zur Abführung von Wärme aufweisen. Bipolar plates provided. The bipolar plates have, for example, channel-like structures for distributing the fuel and the oxidizing agent to the electrodes. The channel-like structures also serve to drain off the water produced during the reaction. The bipolar plates can also have structures for conducting a cooling liquid through the fuel cell in order to dissipate heat.
Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt im Betrieb eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Die Bipolarplatte stellt dabei einen der Pole der Brennstoffzelle dar und ist daher elektrisch leitfähig, insbesondere metallisch, ausgeführt. Zwei benachbarte Bipolarplatten dürfen sich also nicht berühren, da es sonst zu einem elektrischen Kurzschluss kommt. A voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell during operation. To increase the voltage, several fuel cells can be mechanically arranged one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series. The bipolar plate represents one of the poles of the fuel cell and is therefore electrically conductive, in particular made of metal. Two adjacent bipolar plates must not touch each other, otherwise an electrical short circuit occurs.
In einem Brennstoffzellenstapel ist dabei die Abdichtung der besagten Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels gegeneinander sowie gegenüber der Umgebung wichtig. Die Bipolarplatten sind als verhältnismäßig stabile Bauteile ausgeführt auch können somit als Trägerelemente für In a fuel cell stack, the sealing of the said structures for distributing the fuel and the oxidizing agent against one another and against the environment is important. The bipolar plates are designed as relatively stable components and can thus also be used as support elements for
Dichtungen dienen. Beispielsweise weisen die Bipolarplatten Sicken auf, welche als Dichtsitze fungieren, wobei die Sicken von benachbarten Bipolarplatten ein Dichtelement zwischen sich aufnehmen. Seals are used. For example, the bipolar plates have beads that function as sealing seats, the beads of adjacent bipolar plates receiving a sealing element between them.
Bei der Herstellung eines Brennstoffzellenstapels müssen die Bipolarplatten präzise übereinander gestapelt werden. Dabei müssen einerseits fluidische Verbindungen zwischen den Strukturen zur Verteilung des Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels der einzelnen Bipolarplatten miteinander fluchten. Andererseits müssen auch die Sicken von benachbarten Bipolarplatten korrekt zueinander ausgerichtet sein, damit ein dazwischen vorgesehenes Dichtelement dichtend aufgenommen wird. When manufacturing a fuel cell stack, the bipolar plates must be precisely stacked on top of one another. On the one hand, fluidic connections between the structures for distributing the fuel and the oxidizing agent of the individual bipolar plates must be aligned with one another. On the other hand the beads of adjacent bipolar plates must also be correctly aligned with one another so that a sealing element provided between them is accommodated in a sealing manner.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird eine Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen. Die Bipolarplatte umfasst dabei eine erste Verteilstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, an eine als Anode bezeichnete erste Elektrode und eine zweite Verteilstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, an eine als Kathode bezeichnete zweite Elektrode. Zwischen der ersten Verteilstruktur und der zweiten Verteilstruktur der A bipolar plate for a fuel cell stack is proposed. The bipolar plate comprises a first distribution structure for distributing a fuel, in particular hydrogen, to a first electrode, referred to as the anode, and a second distribution structure for distributing an oxidizing agent, in particular oxygen, to a second electrode, referred to as the cathode. Between the first distribution structure and the second distribution structure of the
Bipolarplatte kann ferner eine dritte Verteilstruktur zur Durchleitung eines Kühlmittels vorgesehen sein. A third distribution structure for the passage of a coolant can also be provided for the bipolar plate.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine erste Positionierhilfe vorgesehen, welche eine konvexe Ausbuchtung an einer ersten Seite der Bipolarplatte und eine konkave Vertiefung an einer zweiten Seite der Bipolarplatte aufweist. Die erste Seite der Bipolarplatte liegt dabei der zweiten Seite der Bipolarplatte gegenüber. Die konvexe Ausbuchtung und die konkave Vertiefung der ersten Positionierhilfe sind derart ausgebildet, dass beim Stapeln mehrerer Bipolarplatten zu einem Brennstoffzellenstapel die konvexe Ausbuchtung der ersten Positionierhilfe einer Bipolarplatte in die konkave Vertiefung der ersten Positionierhilfe einer benachbarten Bipolarplatte formschlüssig eingreift. According to the invention, at least one first positioning aid is provided which has a convex bulge on a first side of the bipolar plate and a concave recess on a second side of the bipolar plate. The first side of the bipolar plate is opposite the second side of the bipolar plate. The convex bulge and the concave recess of the first positioning aid are designed such that when several bipolar plates are stacked to form a fuel cell stack, the convex bulge of the first positioning aid of one bipolar plate engages positively in the concave recess of the first positioning aid of an adjacent bipolar plate.
Vorzugsweise weist die erste Positionierhilfe einen konischen Querschnitt auf. Insbesondere kann die erste Positionierhilfe einen trapezförmigen oder kegelförmigen Querschnitt aufweisen. The first positioning aid preferably has a conical cross section. In particular, the first positioning aid can have a trapezoidal or conical cross section.
Es wird auch ein Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel umfasst eine Mehrzahl von Membran-Elektroden- Einheiten mit einer als Anode bezeichneten ersten Elektrode und mit einer als Kathode bezeichneten zweiten Elektrode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen A fuel cell stack is also proposed. The fuel cell stack according to the invention comprises a plurality of membrane electrode units with a first electrode called the anode and with a second electrode called the cathode, which are separated from one another by a membrane, and a plurality of inventive
Bipolarplatten. Dabei sind die Membran-Elektroden-Einheiten und die Bipolar plates. Here are the membrane electrode units and the
Bipolarplatten abwechselnd gestapelt. Dabei liegen die ersten Verteilstrukturen der Bipolarplatten an den ersten Elektroden der Membran-Elektroden-Einheiten an, und die zweiten Verteilstrukturen der Bipolarplatten liegen an den zweiten Elektroden der Membran-Elektroden-Einheiten an. Bipolar plates stacked alternately. The first distribution structures of the bipolar plates are located on the first electrodes of the membrane-electrode units on, and the second distribution structures of the bipolar plates are in contact with the second electrodes of the membrane-electrode units.
Insbesondere sind die Membran-Elektroden-Einheiten und die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels vorteilhaft derart gestapelt, dass die konvexe In particular, the membrane electrode units and the bipolar plates of the fuel cell stack are advantageously stacked in such a way that the convex
Ausbuchtung der ersten Positionierhilfe einer Bipolarplatte in die konkave Vertiefung der ersten Positionierhilfe einer benachbarten Bipolarplatte formschlüssig eingreift. Bulge of the first positioning aid of a bipolar plate engages positively in the concave recess of the first positioning aid of an adjacent bipolar plate.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist jede Bipolarplatte des Brennstoffzellenstapels zusätzlich eine zweite Positionierhilfe auf, welche eine konvexe Ausbuchtung an der zweiten Seite der Bipolarplatte und eine konkave Vertiefung an der ersten Seite der Bipolarplatte aufweist. An der ersten Seite der Bipolarplatte sind somit die konvexe Ausbuchtung der ersten According to an advantageous embodiment of the invention, each bipolar plate of the fuel cell stack additionally has a second positioning aid which has a convex bulge on the second side of the bipolar plate and a concave recess on the first side of the bipolar plate. The convex bulges of the first are thus on the first side of the bipolar plate
Positionierhilfe und die konkave Vertiefung der zweiten Positionierhilfe ersten vorgesehen. An der zweiten Seite der Bipolarplatte sind die konvexe Positioning aid and the concave recess of the second positioning aid provided first. On the second side of the bipolar plate are the convex ones
Ausbuchtung der zweiten Positionierhilfe und die konkave Vertiefung der ersten Positionierhilfe vorgesehen. Bulge of the second positioning aid and the concave recess of the first positioning aid are provided.
Dabei sind die Membran-Elektroden-Einheiten und die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels vorteilhaft derart gestapelt, dass die konvexe The membrane electrode units and the bipolar plates of the fuel cell stack are advantageously stacked in such a way that the convex
Ausbuchtung der zweiten Positionierhilfe einer Bipolarplatte in die konkave Vertiefung der zweiten Positionierhilfe einer benachbarten Bipolarplatte formschlüssig eingreift. Bulge of the second positioning aid of a bipolar plate engages positively in the concave recess of the second positioning aid of an adjacent bipolar plate.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen zwei benachbarte Bipolarplatten jeweils eine Sicke auf. Dabei sind die Membran-Elektroden- Einheiten und die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels derart gestapelt, dass die Sicken von zwei benachbarten Bipolarplatten aufeinander zu gerichtet sind, und dass die zwischen den benachbarten Bipolarplatten angeordnete Membran-Elektroden-Einheit an den beiden Sicken anliegt. Die Membran- Elektroden-Einheit fungiert dabei als Dichtelement. Die Membran-Elektroden- Einheit verhindert auch einen elektrischen Kontakt der Sicken der benachbarten Bipolarplatten und damit einen elektrischen Kurzschluss. According to an advantageous development of the invention, two adjacent bipolar plates each have a bead. The membrane electrode units and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the beads of two adjacent bipolar plates are directed towards each other and that the membrane electrode unit arranged between the adjacent bipolar plates rests on the two beads. The membrane-electrode unit acts as a sealing element. The membrane-electrode unit also prevents electrical contact between the beads of the neighboring bipolar plates and thus an electrical short circuit.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels jeweils eine Isolationsfolie angeordnet, welche eine konvexen Vorsprung an einer ersten Oberfläche der Isolationsfolie und einen konkaven Rücksprung an einer zweiten Oberfläche der Isolationsfolie aufweist. Die erste Oberfläche der Isolationsfolie liegt dabei der zweiten Oberfläche der Isolationsfolie gegenüber. According to a further advantageous development of the invention, there is one between two adjacent bipolar plates of the fuel cell stack Arranged insulation film, which has a convex projection on a first surface of the insulation film and a concave recess on a second surface of the insulation film. The first surface of the insulation film is opposite the second surface of the insulation film.
Dabei greift der konvexe Vorsprung der Isolationsfolie in die konkave Vertiefung einer ersten oder zweiten Positionierhilfe einer benachbarten Bipolarplatte formschlüssig ein, und die konvexe Ausbuchtung einer ersten oder zweiten Positionierhilfe einer benachbarten Bipolarplatte greift in den konkaven The convex projection of the insulation film engages in the concave recess of a first or second positioning aid of an adjacent bipolar plate in a form-fitting manner, and the convex bulge of a first or second positioning aid of an adjacent bipolar plate engages in the concave
Rücksprung der Isolationsfolie formschlüssig ein. Die Isolationsfolie verhindert somit einen elektrischen Kontakt der Sicken der benachbarten Bipolarplatten und damit einen elektrischen Kurzschluss. Return of the insulation film in a form-fitting manner. The insulation film thus prevents electrical contact between the beads of the adjacent bipolar plates and thus an electrical short circuit.
Vorteilhaft weisen zwei benachbarten Bipolarplatten jeweils eine Sicke auf. Dabei sind die Isolationsfolien und die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels derart gestapelt, dass die Sicken von zwei benachbarten Bipolarplatten aufeinander zu gerichtet sind, und dass die zwischen den benachbarten Bipolarplatten angeordnete Isolationsfolie an den beiden Sicken anliegt. Die Isolationsfolie fungiert dabei auch als Dichtelement. Two adjacent bipolar plates advantageously each have a bead. The insulation foils and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the beads of two adjacent bipolar plates are directed towards one another and that the insulation foil arranged between the adjacent bipolar plates rests against the two beads. The insulation film also functions as a sealing element.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste According to an advantageous embodiment of the invention, the first
Oberfläche und/oder die zweite Oberfläche der Isolationsfolie eine elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Beschichtung auf. Dabei sind die The surface and / or the second surface of the insulation film has an electrically conductive, in particular metallic, coating. They are there
Isolationsfolien und die Bipolarplatten des Brennstoffzellenstapels derart gestapelt, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung in elektrischem Kontakt zu einer benachbarten Bipolarplatte steht. Vorzugsweise ist ein elektrischer Leiter mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung verbunden. Insulation foils and the bipolar plates of the fuel cell stack are stacked in such a way that the electrically conductive coating is in electrical contact with an adjacent bipolar plate. An electrical conductor is preferably connected to the electrically conductive coating.
Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Beschichtung der Isolationsfolie in einem Bereich eines konvexen Vorsprungs der Isolationsfolie oder in einem Bereich eines konkaven Rücksprungs der Isolationsfolie angeordnet. Dadurch wird ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Beschichtung und der benachbarten Bipolarplatte erhalten. The electrically conductive coating of the insulation film is preferably arranged in a region of a convex projection of the insulation film or in a region of a concave recess of the insulation film. As a result, reliable electrical contact is obtained between the electrically conductive coating and the adjacent bipolar plate.
Vorteile der Erfindung Erfindungsgemäße Bipolarplatten können verhältnismäßig schnell und präzise zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels übereinander gestapelt werden. Die Positionierhilfen verursachen eine automatische korrekte Justierung der Bipolarplatten zueinander. Ein Einsatz von Kamerasystemen zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit ist nicht erforderlich, wodurch die Advantages of the invention Bipolar plates according to the invention can be stacked on top of one another relatively quickly and precisely to produce a fuel cell stack according to the invention. The positioning aids automatically adjust the bipolar plates correctly to one another. A use of camera systems to increase the positioning accuracy is not required, whereby the
Montagezeit verkürzt wird. Insbesondere wenn die Prägung der Bipolarplatten und die Montage des Brennstoffzellenstapels bei konstanter Temperatur erfolgen werden Toleranzen minimiert und der Brennstoffzellenstapel kann schnell und präzise zusammengesetzt werden. Durch die präzise Ausrichtung fluchten die fluidischen Verbindungen zwischen den Strukturen zur Verteilung des Assembly time is shortened. In particular when the embossing of the bipolar plates and the assembly of the fuel cell stack take place at a constant temperature, tolerances are minimized and the fuel cell stack can be assembled quickly and precisely. Due to the precise alignment, the fluidic connections between the structures are aligned to distribute the
Brennstoffs sowie des Oxidationsmittels der einzelnen Bipolarplatten und die zwischen den Bipolarplatten vorgesehenen Dichtelemente sind dichtend aufgenommen. Durch das Vorsehen einer zweiten Positionierhilfe und gegebenenfalls weiterer Positionierhilfen kann die Positioniergenauigkeit noch weiter erhöht werden. Wenn eine Isolationsfolie mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung zwischen den Bipolarplatten angeordnet wird, und ein elektrischer Leiter mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung verbunden wird, so kann die Ausgangsspannung jeder einzelnen Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels mittels der besagten Leiter gemessen werden. Dadurch ist vorteilhaft ein Monitoring jeder einzelnen Brennstoffzelle im Betrieb des Brennstoffzellenstapels ermöglicht. Fuel and the oxidizing agent of the individual bipolar plates and the sealing elements provided between the bipolar plates are accommodated in a sealing manner. By providing a second positioning aid and possibly further positioning aids, the positioning accuracy can be increased even further. If an insulating film with an electrically conductive coating is arranged between the bipolar plates and an electrical conductor is connected to the electrically conductive coating, the output voltage of each individual fuel cell of the fuel cell stack can be measured by means of said conductors. This advantageously enables monitoring of each individual fuel cell when the fuel cell stack is in operation.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren Brennstoffzellen, Figure 1 is a schematic representation of a fuel cell stack with several fuel cells,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle in einem Figure 2 is a schematic sectional view of a fuel cell in one
Brennstoffzellenstapel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fuel cell stack according to a first embodiment,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle in einem FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell in one
Brennstoffzellenstapel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine schematische Explosionsdarstellung der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, Fuel cell stack according to a second embodiment, Figure 4 is a schematic exploded view of the fuel cell according to the second embodiment,
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Randbereichs einer FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of an edge region of a
Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellenstapel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und Fuel cell in a fuel cell stack according to a third embodiment and
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung eines modifizierten Figure 6 is a schematic sectional view of a modified
Brennstoffzellenstapels mit Brennstoffzellen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Fuel cell stack with fuel cells according to the third embodiment.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels 5 mit mehreren Brennstoffzellen 2. Jede Brennstoffzelle 2 weist eine Membran- Elektroden-Einheit 10 auf, die eine erste Elektrode 21, eine zweite Elektrode 22 und eine Membran 18 umfasst. Die beiden Elektroden 21, 22 sind auf einander gegenüber liegenden Seiten der Membran 18 angeordnet und somit voneinander durch die Membran 18 getrennt. Die erste Elektrode 21 wird im Folgenden auch als Anode 21 bezeichnet und die zweite Elektrode 22 wird im Folgenden auch als Kathode 22 bezeichnet. Die Membran 18 ist als Polymerelektrolytmembran ausgebildet. Die Membran 18 ist für Wasserstoffionen, also H+-lonen, durchlässig. FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell stack 5 with a plurality of fuel cells 2. Each fuel cell 2 has a membrane-electrode unit 10, which comprises a first electrode 21, a second electrode 22 and a membrane 18. The two electrodes 21, 22 are arranged on opposite sides of the membrane 18 and are thus separated from one another by the membrane 18. The first electrode 21 is also referred to below as the anode 21 and the second electrode 22 is also referred to as the cathode 22 below. The membrane 18 is designed as a polymer electrolyte membrane. The membrane 18 is permeable to hydrogen ions, that is to say H + ions.
Jede Brennstoffzelle 2 weist ferner zwei Bipolarplatten 40 auf, die sich beidseitig an die Membran-Elektroden-Einheit 10 anschließen. Bei der hier gezeigten Anordnung mehrerer Brennstoffzellen 2 in dem Brennstoffzellenstapel 5 kann jede der Bipolarplatten 40 als zu zwei zueinander benachbart angeordneten Brennstoffzellen 2 gehörig betrachtet werden. Die Bipolarplatten 40 und die Membran-Elektroden-Einheiten 10 sind jeweils abwechselnd in eine Vertikalrichtung z zu dem Brennstoffzellenstapel 5 gestapelt. Eine Längsrichtung x erstreckt sich rechtwinklig zu der Vertikalrichtung z. Eine Querrichtung y erstreckt sich rechtwinklig zu der Längsrichtung x und zu der Vertikalrichtung z. Each fuel cell 2 also has two bipolar plates 40, which are connected to the membrane-electrode unit 10 on both sides. With the arrangement of a plurality of fuel cells 2 shown here in the fuel cell stack 5, each of the bipolar plates 40 can be regarded as belonging to two fuel cells 2 arranged adjacent to one another. The bipolar plates 40 and the membrane-electrode units 10 are each stacked alternately in a vertical direction z to the fuel cell stack 5. A longitudinal direction x extends at right angles to the vertical direction z. A transverse direction y extends at right angles to the longitudinal direction x and to the vertical direction z.
Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils eine erste Verteilstruktur 50 zur The bipolar plates 40 each include a first distribution structure 50 for
Verteilung eines Brennstoffs, die der Anode 21 zugewandt ist. Die Bipolarplatten 40 umfassen jeweils auch eine zweite Verteilstruktur 60 zur Verteilung eines Oxidationsmittels, die der Kathode 22 zugewandt ist. Die zweite Verteilstruktur 60 dient gleichzeitig zur Ableitung von bei einer Reaktion in der Brennstoffzelle 2 entstandenem Wasser. Distribution of a fuel facing the anode 21. The bipolar plates 40 each also include a second distribution structure 60 for distributing an oxidizing agent, which structure faces the cathode 22. The second distribution structure 60 serves at the same time to divert water that is produced during a reaction in the fuel cell 2.
Die Bipolarplatten 40 umfassen ferner eine dritte Verteilstruktur 70, welche zwischen der ersten Verteilstruktur 50 und der zweiten Verteilstruktur 60 angeordnet ist. Die dritte Verteilstruktur 70 dient zur Durchleitung eines The bipolar plates 40 further include a third distribution structure 70, which is arranged between the first distribution structure 50 and the second distribution structure 60. The third distribution structure 70 serves to pass through a
Kühlmittels durch die Bipolarplatte 40 und damit zur Kühlung der Brennstoffzellen 2 und des Brennstoffzellenstapels 5. Coolant through the bipolar plate 40 and thus for cooling the fuel cells 2 and the fuel cell stack 5.
Die erste Verteilstruktur 50 und die zweite Verteilstruktur 60 sind elektrisch miteinander verbunden. Zwei benachbarte Bipolarplatten 40 sind durch eine umlaufende Trennschicht 75 elektrisch isoliert und umschließen eine dazwischen liegende Membran-Elektroden-Einheit 10. The first distribution structure 50 and the second distribution structure 60 are electrically connected to one another. Two adjacent bipolar plates 40 are electrically insulated by a circumferential separating layer 75 and enclose a membrane-electrode unit 10 lying between them.
Zwischen den Elektroden 21, 22 der Membran-Elektroden-Einheiten 10 und den Bipolarplatten 40 ist jeweils eine Gasdiffusionsschicht 15 angeordnet. Die Gasdiffusionsschichten 15 gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs von der ersten Verteilstruktur 50 an die benachbarte Anode 21 sowie eine gleichmäßige Verteilung des Oxidationsmittels von der zweiten A gas diffusion layer 15 is arranged between the electrodes 21, 22 of the membrane-electrode units 10 and the bipolar plates 40. The gas diffusion layers 15 ensure a uniform distribution of the fuel from the first distribution structure 50 to the adjacent anode 21 and a uniform distribution of the oxidizing agent from the second
Verteilstruktur 60 an die benachbarte Kathode 22. Distribution structure 60 to the adjacent cathode 22.
Im Betrieb der Brennstoffzelle 2 wird Brennstoff über die erste Verteilstruktur 50 zu der Anode 21 geleitet. Ebenso wird Oxidationsmittel über die zweite When the fuel cell 2 is in operation, fuel is conducted to the anode 21 via the first distribution structure 50. Likewise, oxidizer is on the second
Verteilstruktur 60 zu der Kathode 22 geleitet. Der Brennstoff, vorliegend Distribution structure 60 passed to cathode 22. The fuel, here
Wasserstoff, wird an der Anode 21 katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran 18 zu der Kathode 22. Die abgegebenen Elektronen fließen durch die Verteilstrukturen 50, 60 zu der Kathode 22 der benachbarten Brennstoffzelle 2, beziehungsweise aus der Anode 21 der an einem Rand befindlichen Brennstoffzelle 2 über einen externen Stromkreis zu der Kathode 22 der an dem anderen Rand befindlichen Hydrogen is catalytically oxidized at the anode 21, releasing electrons into protons. The protons pass through the membrane 18 to the cathode 22. The released electrons flow through the distribution structures 50, 60 to the Cathode 22 of the neighboring fuel cell 2, or from the anode 21 of the fuel cell 2 located on one edge via an external circuit to the cathode 22 of the one on the other edge
Brennstoffzelle 2. Das Oxidationsmittel, vorliegend Luftsauerstoff, reagiert durch Aufnahme der so geleiteten Elektronen und der Protonen, die durch die Fuel cell 2. The oxidizing agent, in this case atmospheric oxygen, reacts by absorbing the electrons guided in this way and the protons generated by the
Membran 18 zu der Kathode 22 gelangt sind, zu Wasser. Membrane 18 have reached the cathode 22, to water.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle 2 in einem Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die benachbarten Bipolarplatten 40, welche die Membran-Elektroden-Einheit 10 und die Gasdiffusionsschichten 15 umgeben, weisen jeweils eine erste FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a first exemplary embodiment. The adjacent bipolar plates 40, which surround the membrane-electrode unit 10 and the gas diffusion layers 15, each have a first one
Positionierhilfe 81 auf, welche eine konvexe Ausbuchtung 85 an einer ersten Seite 41 der Bipolarplatte 40 und eine konkave Vertiefung 86 an einer zweiten Seite 42 der Bipolarplatte 40 aufweist. Ferner weisen die beiden Bipolarplatten 40 jeweils eine zweite Positionierhilfe 82 auf, welche eine konvexe Ausbuchtung 85 an einer zweiten Seite 42 der Bipolarplatte 40 und eine konkave Vertiefung 86 an einer ersten Seite 41 der Bipolarplatte 40 aufweist. Die Positionierhilfen 81, 82 weisen jeweils einen konischen Querschnitt auf. Positioning aid 81, which has a convex bulge 85 on a first side 41 of the bipolar plate 40 and a concave recess 86 on a second side 42 of the bipolar plate 40. Furthermore, the two bipolar plates 40 each have a second positioning aid 82, which has a convex bulge 85 on a second side 42 of the bipolar plate 40 and a concave depression 86 on a first side 41 of the bipolar plate 40. The positioning aids 81, 82 each have a conical cross section.
Die Membran-Elektroden-Einheiten 10 und die Bipolarplatten 40 sind derart gestapelt, dass die konvexe Ausbuchtung 85 der ersten Positionierhilfe 81 einer Bipolarplatte 40 in die konkave Vertiefung 86 der ersten Positionierhilfe 81 einer benachbarten Bipolarplatte 40 formschlüssig eingreift, und dass die konvexe Ausbuchtung 85 der zweiten Positionierhilfe 82 einer Bipolarplatte 40 in die konkave Vertiefung 86 der zweiten Positionierhilfe 82 einer benachbarten Bipolarplatte 40 formschlüssig eingreift. The membrane-electrode units 10 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the convex bulge 85 of the first positioning aid 81 of a bipolar plate 40 engages in a form-fitting manner in the concave recess 86 of the first positioning aid 81 of an adjacent bipolar plate 40, and that the convex bulge 85 of the second positioning aid 82 of a bipolar plate 40 engages in a form-fitting manner in the concave recess 86 of the second positioning aid 82 of an adjacent bipolar plate 40.
Die Bipolarplatten 40 weisen auch jeweils eine Sicke 45 auf. Die Membran- Elektroden-Einheiten 10 und die Bipolarplatten 40 sind derart gestapelt, dass die Sicken 45 von zwei benachbarten Bipolarplatten 40 aufeinander zu gerichtet sind, und dass die zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordnete Membran-Elektroden-Einheit 10 an den beiden Sicken 45 anliegt. Somit dient die Membran-Elektroden-Einheit 10 als Isolator zwischen den Bipolarplatten 40 und als Dichtelement. The bipolar plates 40 also each have a bead 45. The membrane electrode units 10 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the beads 45 of two adjacent bipolar plates 40 are directed towards one another, and that the membrane electrode unit 10 arranged between the adjacent bipolar plates 40 rests against the two beads 45 . The membrane-electrode unit 10 thus serves as an insulator between the bipolar plates 40 and as a sealing element.
In der hier gezeigten Darstellung liegen die Bipolarplatten 40 im Bereich der Positionierhilfen 81, 82 aneinander an und würden daher im späteren Betrieb einen elektrischen Kurzschluss verursachen. Daher werden die Brennstoffzellen 2 des Brennstoffzellenstapels 5 nach der Montage verpresst und fixiert, beispielsweise durch Gewindestangen, Bänder oder Verguss, und anschließend werden die Bipolarplatten 40 entlang der eingezeichneten Schnittlinien A geschnitten. Dadurch werden die Bereiche mit den Positionierhilfen 81, 82 entfernt. In the illustration shown here, the bipolar plates 40 lie against one another in the area of the positioning aids 81, 82 and would therefore be in later operation cause an electrical short circuit. Therefore, after assembly, the fuel cells 2 of the fuel cell stack 5 are pressed and fixed, for example by threaded rods, bands or potting, and then the bipolar plates 40 are cut along the cutting lines A shown. This removes the areas with the positioning aids 81, 82.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle 2 in einem Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten 40 ist jeweils eine Isolationsfolie 30 angeordnet. Die Isolationsfolie 30 weist einen konvexen Vorsprung 35 an einer ersten Oberfläche 31 der Isolationsfolie 30 und einen konkaven Rücksprung 36 an einer zweiten Oberfläche 32 der Isolationsfolie 30 auf. Die Bipolarplatten 40 und die Isolationsfolien 30 sind derart gestapelt, dass der konvexe Vorsprung 35 der Isolationsfolie 30 in die konkave Vertiefung 86 der Positionierhilfe 81, 82 einer benachbarten Bipolarplatte 40 formschlüssig eingreift, und die konvexe Ausbuchtung 85 einer Positionierhilfe 81, 82 einer benachbarten Bipolarplatte 40 in den konkaven Rücksprung 36 der Isolationsfolie 30 formschlüssig eingreift. Die Isolationsfolie 30 dient als Isolator zwischen den Bipolarplatten 40. FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a second exemplary embodiment. An insulation film 30 is arranged between two adjacent bipolar plates 40. The insulation film 30 has a convex projection 35 on a first surface 31 of the insulation film 30 and a concave recess 36 on a second surface 32 of the insulation film 30. The bipolar plates 40 and the insulation foils 30 are stacked in such a way that the convex projection 35 of the insulation foil 30 engages with a positive fit in the concave recess 86 of the positioning aid 81, 82 of an adjacent bipolar plate 40, and the convex bulge 85 of a positioning aid 81, 82 of an adjacent bipolar plate 40 engages positively in the concave recess 36 of the insulation film 30. The insulation film 30 serves as an insulator between the bipolar plates 40.
Die zwei benachbarten Bipolarplatten 40 weisen jeweils eine Sicke 45 auf. Dabei sind die Isolationsfolien 30 und die Bipolarplatten 40 derart gestapelt, dass die Sicken 45 von zwei benachbarten Bipolarplatten 40 aufeinander zu gerichtet sind, und dass die zwischen den benachbarten Bipolarplatten 40 angeordnete Isolationsfolie 30 an den beiden Sicken 45 anliegt. Die Isolationsfolie 30 dient somit auch als Dichtelement. The two adjacent bipolar plates 40 each have a bead 45. The insulation foils 30 and the bipolar plates 40 are stacked in such a way that the beads 45 of two adjacent bipolar plates 40 are directed towards one another and that the insulation foil 30 arranged between the adjacent bipolar plates 40 rests on the two beads 45. The insulation film 30 thus also serves as a sealing element.
Figur 4 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung der Brennstoffzelle 2 gemäß dem in Figur 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. Die Bipolarplatten 40 werden abwechselnd in der Vertikalrichtung z übereinander gestapelt. Dabei wird jeweils eine Isolationsfolie 30 zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten 40 angeordnet. Die Isolationsfolie 30 weist einen Ausbruch 38 auf. In dem Ausbruch 38 sind die Membran-Elektroden-Einheiten 10 sowie die Gasdiffusionsschichten 15 angeordnet. FIG. 4 shows a schematic exploded view of the fuel cell 2 according to the second exemplary embodiment shown in FIG. The bipolar plates 40 are alternately stacked on top of one another in the vertical direction z. An insulation film 30 is arranged between two adjacent bipolar plates 40 in each case. The insulation film 30 has an opening 38. The membrane-electrode units 10 and the gas diffusion layers 15 are arranged in the cutout 38.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Randbereichs einer Brennstoffzelle 2 in einem Brennstoffzellenstapel 5 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Brennstoffzelle 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gleicht der in den Figuren 3 und 4 dargestellten FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of an edge region of a fuel cell 2 in a fuel cell stack 5 according to a third Embodiment. The fuel cell 2 according to the third exemplary embodiment is similar to that shown in FIGS. 3 and 4
Brennstoffzelle 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Folgenden wird auf die Unterschiede eingegangen. Die Membran-Elektroden-Einheit 10 sowie die Gasdiffusionsschichten 15 sind hier nicht dargestellt. Fuel cell 2 according to the second embodiment. The differences are discussed below. The membrane electrode unit 10 and the gas diffusion layers 15 are not shown here.
Die zweite Oberfläche 32 der Isolationsfolie 30 weist eine elektrisch leitfähige Beschichtung 90 auf. Die Isolationsfolien 30 und die Bipolarplatten 40 sind derart gestapelt, dass die Beschichtung 90 in elektrischem Kontakt zu einer The second surface 32 of the insulation film 30 has an electrically conductive coating 90. The insulation films 30 and the bipolar plates 40 are stacked such that the coating 90 is in electrical contact with one another
benachbarten Bipolarplatte 40 steht. Die Beschichtung 90 ist vorliegend unter anderem in einem Bereich eines konkaven Rücksprungs 36 der Isolationsfolie 30 angeordnet. Die konvexe Ausbuchtung 85 der ersten Positionierhilfe 81 der benachbarten Bipolarplatte 40 greift in den konkaven Rücksprungs 36 der Isolationsfolie 30 ein und gewährleistet einen elektrischen Kontakt zwischen der Bipolarplatte 40 und der Beschichtung 90. adjacent bipolar plate 40 is. In the present case, the coating 90 is arranged, inter alia, in a region of a concave recess 36 of the insulation film 30. The convex bulge 85 of the first positioning aid 81 of the adjacent bipolar plate 40 engages in the concave recess 36 of the insulation film 30 and ensures electrical contact between the bipolar plate 40 and the coating 90.
Ein elektrischer Leiter 92 ist mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 90 elektrisch verbunden, beispielhaft mittels einer Lötstelle 94. Somit ist der elektrische Leiter 92 auch mit der benachbarten Bipolarplatte 40, welche in Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 90 steht, elektrisch verbunden. An electrical conductor 92 is electrically connected to the electrically conductive coating 90, for example by means of a soldering point 94. The electrical conductor 92 is thus also electrically connected to the adjacent bipolar plate 40, which is in contact with the electrically conductive coating 90.
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines modifizierten Figure 6 shows a schematic sectional view of a modified one
Brennstoffzellenstapels 5 mit Brennstoffzellen 2 gemäß dem dritten Fuel cell stack 5 with fuel cells 2 according to the third
Ausführungsbeispiel. Die Membran-Elektroden-Einheiten 10 sowie die Embodiment. The membrane electrode units 10 and the
Gasdiffusionsschichten 15 sind hier nicht dargestellt. Gas diffusion layers 15 are not shown here.
Es jeweils eine Isolationsfolie 30 mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 90 zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten 40 angeordnet, und ein elektrischer Leiter 92 ist jeweils mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 90 verbunden. Somit ist jeder elektrische Leiter 92 einer der Bipolarplatten 40 elektrisch verbunden. An insulation film 30 with an electrically conductive coating 90 is arranged between two adjacent bipolar plates 40, and an electrical conductor 92 is connected to the electrically conductive coating 90. Thus, each electrical conductor 92 is electrically connected to one of the bipolar plates 40.
Zwischen je zwei Leitern 92 kann eine Ausgangsspannung U einer einzelnen Brennstoffzelle 2 des Brennstoffzellenstapels 5 gemessen werden. Dadurch ist ein Monitoring von jeder einzelnen Brennstoffzelle 2 im Betrieb des An output voltage U of an individual fuel cell 2 of the fuel cell stack 5 can be measured between every two conductors 92. This means that each individual fuel cell 2 is monitored during operation of the
Brennstoffzellenstapels 5 möglich. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Fuel cell stack 5 possible. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Bipolarplatte (40) für einen Brennstoffzellenstapel (5), umfassend 1. Bipolar plate (40) for a fuel cell stack (5), comprising
eine erste Verteilstruktur (50) zur Verteilung eines Brennstoffs an eine erste Elektrode (21) und a first distribution structure (50) for distributing a fuel to a first electrode (21) and
eine zweite Verteilstruktur (60) zur Verteilung eines Oxidationsmittels an eine zweite Elektrode (22), a second distribution structure (60) for distributing an oxidizing agent to a second electrode (22),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mindestens eine erste Positionierhilfe (81) vorgesehen ist, welche eine konvexe Ausbuchtung (85) an einer ersten Seite (41) der at least one first positioning aid (81) is provided which has a convex bulge (85) on a first side (41) of the
Bipolarplatte (40) und Bipolar plate (40) and
eine konkave Vertiefung (86) an einer zweiten Seite (42) der a concave recess (86) on a second side (42) of the
Bipolarplatte (40) aufweist, wobei Has bipolar plate (40), wherein
die konvexe Ausbuchtung (85) und die konkave Vertiefung (86) der ersten Positionierhilfe (81) derart ausgebildet sind, dass beim Stapeln mehrerer Bipolarplatten (40) the convex bulge (85) and the concave depression (86) of the first positioning aid (81) are designed in such a way that when several bipolar plates (40) are stacked
die konvexe Ausbuchtung (85) der ersten Positionierhilfe (81) einer Bipolarplatte (40) in die konkave Vertiefung (86) der ersten the convex bulge (85) of the first positioning aid (81) of a bipolar plate (40) into the concave recess (86) of the first
Positionierhilfe (81) einer benachbarten Bipolarplatte (40) formschlüssig eingreift. Positioning aid (81) of an adjacent bipolar plate (40) engages in a form-fitting manner.
2. Bipolarplatte (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionierhilfe (81) einen konischen Querschnitt aufweist. 2. Bipolar plate (40) according to claim 1, characterized in that the first positioning aid (81) has a conical cross section.
3. Brennstoffzellenstapel (5), umfassend 3. Fuel cell stack (5) comprising
eine Mehrzahl von Membran-Elektroden-Einheiten (10) mit einer ersten Elektrode (21) und einer zweiten Elektrode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und a plurality of membrane-electrode units (10) having a first electrode (21) and a second electrode (22) which are separated from one another by a membrane (18), and
eine Mehrzahl von Bipolarplatten (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei a plurality of bipolar plates (40) according to any preceding claim, wherein
die Membran-Elektroden-Einheiten (10) und die Bipolarplatten (40) abwechselnd gestapelt sind. the membrane-electrode units (10) and the bipolar plates (40) are stacked alternately.
4. Brennstoffzellenstapel (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 4. fuel cell stack (5) according to claim 3, characterized in that
die Membran-Elektroden-Einheiten (10) und die Bipolarplatten (40) derart gestapelt sind, dass the membrane-electrode units (10) and the bipolar plates (40) are stacked in such a way that
die konvexe Ausbuchtung (85) der ersten Positionierhilfe (81) einer Bipolarplatte (40) in die konkave Vertiefung (86) der ersten the convex bulge (85) of the first positioning aid (81) of a bipolar plate (40) into the concave recess (86) of the first
Positionierhilfe (81) einer benachbarten Bipolarplatte (40) formschlüssig eingreift. Positioning aid (81) of an adjacent bipolar plate (40) engages in a form-fitting manner.
5. Brennstoffzellenstapel (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5. fuel cell stack (5) according to any one of claims 3 to 4, characterized in that
jede Bipolarplatte (40) eine zweite Positionierhilfe (82) aufweist, welche eine konvexe Ausbuchtung (85) an der zweiten Seite (42) der each bipolar plate (40) has a second positioning aid (82) which has a convex bulge (85) on the second side (42) of the
Bipolarplatte (40) und Bipolar plate (40) and
eine konkave Vertiefung (86) an der ersten Seite (41) der Bipolarplatte (40) aufweist, wobei has a concave recess (86) on the first side (41) of the bipolar plate (40), wherein
die Membran-Elektroden-Einheiten (10) und die Bipolarplatten (40) derart gestapelt sind, dass die konvexe Ausbuchtung (85) der zweiten Positionierhilfe (82) einer Bipolarplatte (40) in die konkave Vertiefung (86) der zweiten Positionierhilfe (82) einer benachbarten Bipolarplatte (40) formschlüssig eingreift. the membrane-electrode units (10) and the bipolar plates (40) are stacked in such a way that the convex bulge (85) of the second positioning aid (82) of a bipolar plate (40) into the concave recess (86) of the second positioning aid (82) an adjacent bipolar plate (40) engages positively.
6. Brennstoffzellenstapel (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 6. fuel cell stack (5) according to any one of claims 3 to 5, characterized in that
zwei benachbarte Bipolarplatten (40) jeweils eine Sicke (45) aufweisen, wobei two adjacent bipolar plates (40) each have a bead (45), wherein
die Membran-Elektroden-Einheiten (10) und die Bipolarplatten (40) derart gestapelt sind, dass die Sicken (45) von zwei benachbarten Bipolarplatten (40) aufeinander zu gerichtet sind, und dass the membrane-electrode units (10) and the bipolar plates (40) are stacked in such a way that the beads (45) of two adjacent bipolar plates (40) are directed towards one another, and that
die zwischen den benachbarten Bipolarplatten (40) angeordnete Membran-Elektroden-Einheit (10) an den beiden Sicken (45) anliegt. the membrane-electrode unit (10) arranged between the adjacent bipolar plates (40) rests against the two beads (45).
7. Brennstoffzellenstapel (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Fuel cell stack (5) according to one of claims 3 to 6, characterized in that
zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten (40) jeweils eine between two adjacent bipolar plates (40) each one
Isolationsfolie (30) angeordnet ist, welche Isolation film (30) is arranged, which
einen konvexen Vorsprung (35) an einer ersten Oberfläche (31) der Isolationsfolie (30) und a convex projection (35) on a first surface (31) of the insulating film (30) and
einen konkaven Rücksprung (36) an einer zweiten Oberfläche (32) der Isolationsfolie (30) aufweist, wobei has a concave recess (36) on a second surface (32) of the insulating film (30), wherein
der konvexe Vorsprung (35) der Isolationsfolie (30) in die konkave Vertiefung (86) einer Positionierhilfe (81, 82) einer benachbarten Bipolarplatte (40) formschlüssig eingreift, und wobei the convex projection (35) of the insulation film (30) engages with a positive fit in the concave recess (86) of a positioning aid (81, 82) of an adjacent bipolar plate (40), and wherein
die konvexe Ausbuchtung (85) einer Positionierhilfe (81, 82) einer benachbarten Bipolarplatte (40) in den konkaven Rücksprung (36) der Isolationsfolie (30) formschlüssig eingreift. the convex bulge (85) of a positioning aid (81, 82) of an adjacent bipolar plate (40) engages positively in the concave recess (36) of the insulation film (30).
8. Brennstoffzellenstapel (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 8. fuel cell stack (5) according to claim 7, characterized in that
zwei benachbarten Bipolarplatten (40) jeweils eine Sicke (45) aufweisen, wobei two adjacent bipolar plates (40) each have a bead (45), wherein
die Isolationsfolien (30) und die Bipolarplatten (40) derart gestapelt sind, dass die Sicken (45) von zwei benachbarten Bipolarplatten (40) aufeinander zu gerichtet sind, und dass the insulating films (30) and the bipolar plates (40) are stacked in such a way that the beads (45) of two adjacent bipolar plates (40) are directed towards one another, and that
die zwischen den benachbarten Bipolarplatten (40) angeordnete that arranged between the adjacent bipolar plates (40)
Isolationsfolie (30) an den beiden Sicken (45) anliegt. The insulation film (30) rests against the two beads (45).
9. Brennstoffzellenstapel (5) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. fuel cell stack (5) according to any one of claims 7 to 8, characterized in that
die erste Oberfläche (31) und/oder die zweite Oberfläche (32) der Isolationsfolie (30) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (90) aufweist, wobei die Isolationsfolien (30) und die Bipolarplatten (40) derart gestapelt sind, dass the first surface (31) and / or the second surface (32) of the insulating film (30) has an electrically conductive coating (90), the insulating films (30) and the bipolar plates (40) being stacked in such a way that
die Beschichtung (90) in elektrischem Kontakt zu einer benachbarten Bipolarplatte (40) steht. the coating (90) is in electrical contact with an adjacent bipolar plate (40).
10. Brennstoffzellenstapel (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10. fuel cell stack (5) according to claim 9, characterized in that
die Beschichtung (90) in einem Bereich eines konvexen Vorsprungs (35) oder in einem Bereich eines konkaven Rücksprungs (36) der the coating (90) in a region of a convex projection (35) or in a region of a concave recess (36) of the
Isolationsfolie (30) angeordnet ist. Isolation film (30) is arranged.
PCT/EP2020/055175 2019-03-27 2020-02-27 Bipolar plate for a fuel cell stack, and fuel cell stack WO2020193055A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019204240.6A DE102019204240A1 (en) 2019-03-27 2019-03-27 Bipolar plate for a fuel cell stack and a fuel cell stack
DE102019204240.6 2019-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020193055A1 true WO2020193055A1 (en) 2020-10-01

Family

ID=69714055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/055175 WO2020193055A1 (en) 2019-03-27 2020-02-27 Bipolar plate for a fuel cell stack, and fuel cell stack

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019204240A1 (en)
WO (1) WO2020193055A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112599810A (en) * 2020-12-18 2021-04-02 南京大学昆山创新研究院 Embedded fuel cell water-cooling electric pile polar plate and membrane electrode
CN112635784A (en) * 2020-12-18 2021-04-09 南京大学昆山创新研究院 Embedded air-cooled fuel cell stack electrode plate and membrane electrode
CN113881957A (en) * 2021-11-02 2022-01-04 合肥工业大学 Electric pile for preparing formic acid by electrolyzing carbon dioxide
CN114695909A (en) * 2020-12-30 2022-07-01 上海德迩新能源技术有限公司 Unipolar plate, bipolar plate and fuel cell
CN115020740A (en) * 2022-07-01 2022-09-06 一汽解放汽车有限公司 Fuel cell and vehicle

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020203069A1 (en) 2020-03-11 2021-09-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fuel cell, fuel cell stack
CN113328126B (en) * 2021-08-04 2021-10-26 爱德曼氢能源装备有限公司 Fuel cell plate structure for accounting for component tolerance differences
CN115000439B (en) * 2022-06-13 2023-02-03 爱德曼氢能源装备有限公司 Metal polar plate structure for improving fuel cell multilayer stack spacing reliability

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012123972A (en) * 2010-12-07 2012-06-28 Atect Corp Fuel battery separator
GB2494879A (en) * 2011-09-21 2013-03-27 Intelligent Energy Ltd Cell voltage monitoring connector system for a fuel cell stack
US20180226663A1 (en) * 2017-02-08 2018-08-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell metal separator, method of producing the fuel cell metal separator, and power generation cell
CN108767290A (en) * 2018-05-28 2018-11-06 上海治臻新能源装备有限公司 A kind of self-positioning package assembly for fuel cell assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012123972A (en) * 2010-12-07 2012-06-28 Atect Corp Fuel battery separator
GB2494879A (en) * 2011-09-21 2013-03-27 Intelligent Energy Ltd Cell voltage monitoring connector system for a fuel cell stack
US20180226663A1 (en) * 2017-02-08 2018-08-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell metal separator, method of producing the fuel cell metal separator, and power generation cell
CN108767290A (en) * 2018-05-28 2018-11-06 上海治臻新能源装备有限公司 A kind of self-positioning package assembly for fuel cell assembly

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112599810A (en) * 2020-12-18 2021-04-02 南京大学昆山创新研究院 Embedded fuel cell water-cooling electric pile polar plate and membrane electrode
CN112635784A (en) * 2020-12-18 2021-04-09 南京大学昆山创新研究院 Embedded air-cooled fuel cell stack electrode plate and membrane electrode
CN112599810B (en) * 2020-12-18 2023-08-29 南京大学昆山创新研究院 Embedded fuel cell water-cooled pile polar plate and membrane electrode
CN112635784B (en) * 2020-12-18 2023-10-31 南京大学昆山创新研究院 Embedded air-cooled fuel cell pile electrode plate and membrane electrode
CN114695909A (en) * 2020-12-30 2022-07-01 上海德迩新能源技术有限公司 Unipolar plate, bipolar plate and fuel cell
CN113881957A (en) * 2021-11-02 2022-01-04 合肥工业大学 Electric pile for preparing formic acid by electrolyzing carbon dioxide
CN113881957B (en) * 2021-11-02 2024-04-02 合肥工业大学 Pile loading device of galvanic pile for preparing formic acid by carbon dioxide electrolysis
CN115020740A (en) * 2022-07-01 2022-09-06 一汽解放汽车有限公司 Fuel cell and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019204240A1 (en) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020193055A1 (en) Bipolar plate for a fuel cell stack, and fuel cell stack
DE10225210B4 (en) Sealing structure of a fuel cell
DE10336510B4 (en) Separator for fuel cell and fuel cell stack
WO2018108546A2 (en) Method for producing a bipolar plate, bipolar plate for a fuel cell, and fuel cell
DE102014210358A1 (en) FUEL CELL STACK WITH A DUMMY CELL
DE102019218380A1 (en) Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly
DE102014202215A1 (en) Fuel cell stack and method for its assembly
WO2008046487A1 (en) Fuel cell module and its use
EP2130256A2 (en) Lightweight fuel cell stack
DE102011010607A1 (en) PLATE CONNECTION METHOD FOR AN EMBEDDED FUEL CELL SENSOR
WO2017215872A1 (en) Method for manufacturing a flow field plate for a fuel cell, and fuel cell
EP1394877B1 (en) Plate element for fuel cell stacks
DE102016125355A1 (en) Separator plate, membrane-electrode assembly and fuel cell
DE102010011206A1 (en) Fuel cell stack i.e. proton exchange membrane fuel cell stack, for producing power, has bipolar plates whose edges rest against outer structure, where supply of fuel and oxidant and removal of products takes place over edges of plates
WO2018054580A1 (en) Fuel cell
WO2022111922A1 (en) Bipolar plate for an electrochemical cell, arrangement of electrochemical cells, and method for operating said arrangement of electrochemical cells
WO2018130388A1 (en) Method for producing a bipolar plate, bipolar plate for a fuel cell and fuel cell
WO2018114271A1 (en) Flow field plate for a fuel cell, and fuel cell
WO2022111924A1 (en) Bipolar plate for an electrochemical cell, arrangement of electrochemical cells, and method for operating an arrangement of electrochemical cells
DE102017101515A1 (en) Fuel cell stack and fuel cell system with such
DE102016206140A1 (en) Bipolar plate and fuel cell stack
DE202020102088U1 (en) Cell for an electrochemical system with a flexible electrical line for tapping an electrical voltage
WO2019145197A1 (en) Fuel cell and fuel cell stack
EP3552262A1 (en) Fuel cell
WO2021219301A1 (en) System comprising a fuel cell stack and a clamping device, and method for clamping the system

Legal Events

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

Ref document number: 20707429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20707429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1