WO2024008395A2 - Bipolarplatte, brennstoffzellensystem und elektrolyseur - Google Patents

Bipolarplatte, brennstoffzellensystem und elektrolyseur Download PDF

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WO2024008395A2 PCT/EP2023/065638 EP2023065638W WO2024008395A2 WO 2024008395 A2 WO2024008395 A2 WO 2024008395A2 EP 2023065638 W EP2023065638 W EP 2023065638W WO 2024008395 A2 WO2024008395 A2 WO 2024008395A2
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Jan Willem LENDERINK
Lucas Prinsen
Ulrich Sauter
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Definitions

  • the invention presented relates to a bipolar plate, a fuel cell system and an electrolyzer.
  • respective operating media such as educts
  • educts In cells of an energy converter, such as an electrolyzer or a fuel cell system, respective operating media, such as educts, must be evenly distributed over a reactive surface of respective cells in order to achieve the best possible performance of the energy converter.
  • distribution channels are used, which are usually arranged in a distribution field.
  • bipolar plate As part of the presented invention, a bipolar plate, a fuel cell system and an electrolyzer are presented. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the bipolar plate according to the invention apply, of course also in connection with the fuel cell system according to the invention or the electrolyzer according to the invention and vice versa, so that reference to the individual aspects of the invention is or can always be made mutually with regard to the disclosure.
  • the invention presented serves in particular to enable efficient and robust operation of an energy converter.
  • a bipolar plate for a chemical energy converter such as a fuel cell or an electrolyzer
  • the bipolar plate presented comprises a plurality of channels for conducting operating media of the energy converter, a plurality of supply openings for supplying the plurality of channels with operating media and a plurality of supply openings for distributing operating media provided by the plurality of supply openings to the plurality of channels, with respective distribution channels of the plurality of distribution channels being between respective supply openings of the plurality of supply openings and respective channels of the plurality of channels extend, and wherein respective supply openings of the plurality of supply openings have an at least partially curved edge region at least on a distribution channel side which faces respective distribution channels of the plurality of distribution channels.
  • a supply opening is to be understood as a so-called “port” which supplies the bipolar plate with operating media, such as fuel or water, during operation.
  • a distribution channel is to be understood as meaning a flow guide device which directs operating medium flowing out of a supply opening to respective channels or a reactive field of the bipolar plate.
  • a distribution channel can be formed in one piece from a channel or as a separate unit, in particular from a different material exist as a respective channel of the bipolar plate.
  • a distribution channel can also be made of the same material as a respective channel of the bipolar plate.
  • the presented invention is based on the principle that respective supply openings of the plurality of supply openings have a curved edge region at least on a distribution channel side that faces respective distribution channels of the plurality of distribution channels.
  • the curved edge area of the supply channels of the bipolar plate presented makes it possible to arrange the distribution channels in such a way that they are evenly supplied with operating media, even if the distribution channels are guided around respective webs to stabilize the bipolar plate. Accordingly, a so-called “flow shadow”, i.e. a negative influence on the flow behavior of operating medium flowing out of a distribution opening, is prevented or minimized.
  • the curved edge region of the supply channels enables particularly advantageous flow dynamics in the distribution field with a particularly compact distribution field geometry.
  • Distribution channels are of the same length. Distribution channels of equal length ensure an even supply of channels of the bipolar plate presented through the distribution channels.
  • the curved edge area of the supply openings enables the distribution channels to be of the same length and to be guided around respective stabilization webs.
  • respective supply openings adjoin the respective distribution channels with their distribution channel side and the respective distribution channels extend from the respective supply openings to the respective channels.
  • Supply openings to respective distribution channels are due to the bend of the edge region of the supply openings compared to a straight edge region, additional space or additional area is provided in which the distribution channels can extend.
  • the respective distribution channels run at least partially obliquely between the distribution channel side and respective channels.
  • Oblique distribution channels i.e. distribution channels which, for example, run at an acute angle or an angle of less than 90° to a vertical axis of the bipolar plate, make it possible for respective distribution channels in the edge regions of a stabilization web to be guided around the stabilization web or past the stabilization web can be so that an influence of the stabilization web on the flow behavior of medium flowing through the distribution channels is minimized.
  • the vertical axis can, for example, extend parallel to a long side of the bipolar plate.
  • the plurality of distribution channels provided according to the invention can include straight distribution channels, i.e. distribution channels running parallel to the vertical axis, and oblique distribution channels.
  • respective distribution channels bordering a stabilization web can run obliquely and respective distribution channels arranged in a central region of a respective distribution field can run straight.
  • an angle between a respective distribution channel and a vertical axis of the bipolar plate differs from an angle between a further distribution channel and the vertical axis.
  • an inclination of the distribution channels can be coordinated with a radius of curvature of a respective distribution opening, so that all, regardless of the slope of a respective distribution channel Distribution channels direct an equal or comparable volume flow of operating medium to the channels of the bipolar plate presented. It can also be provided that the distribution channels and the channels consist of different materials.
  • the distribution channels are made of plastic and the channels are made of metal.
  • the distribution channels can consist of a material that is particularly easy to shape, such as a plastic. Accordingly, the distribution channels can be preconfigured in the form of a distribution field in a base body of the bipolar plate presented, which consists, for example, of a metal.
  • edge region of a respective supply opening is bent towards a center of the supply opening.
  • An area for distribution channels running between the edge area and respective channels of the bipolar plate presented is maximized by an edge region bent towards a center of the supply opening.
  • the bipolar plate comprises a number of stabilization webs, which in particular include a number of compensation channels for pressure and/or flow compensation between the supply openings.
  • Stabilizing bars maximize the mechanical strength of the bipolar plate.
  • a uniform distribution of pressure and/or flow forces is achieved between respective areas of the bipolar plate separated by the stabilization webs.
  • the presented invention relates to a fuel cell system with a possible embodiment of the presented bipolar plate.
  • the presented invention relates to an electrolyzer with a possible embodiment of the presented bipolar plate.
  • Figure 1 is a schematic representation of a possible embodiment of the bipolar plate presented
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the fuel cell system presented
  • Figure 3 shows a possible embodiment of the electrolyzer presented.
  • FIG. 1 shows a bipolar plate 100 for an energy converter, such as a fuel cell system or an electrolyzer.
  • the bipolar plate 100 includes a plurality of channels 101 for conducting operating media of the energy converter.
  • the channels 101 form a reactive field or a reactive area of the bipolar plate 100.
  • the bipolar plate 100 includes a plurality of supply openings 103 for supplying the channels 101 with operating media or an operating medium and a plurality of distribution channels 105 which extend between the supply openings 103 and the channels 101.
  • the supply openings 103 are bent in an edge region 107 on a distribution channel side that faces the distribution channels 105.
  • the stabilization webs 111 can include compensation channels 117, which enable pressure and flow compensation between the supply openings 103.
  • a distribution field 113 only includes straight distribution channels 105 and otherwise oblique distribution channels 105 in a central region, i.e. parallel to the vertical axis 109, in a distribution field 115 oblique distribution channels 105 and otherwise straight distribution channels 105 are arranged only in the outer edge region.
  • the channels 101 are evenly supplied with operating media.
  • a fuel cell system 200 is shown in FIG.
  • the fuel cell system 200 includes a fuel cell stack 201 with a plurality of bipolar plates 100, such as those shown in Figure 1.
  • the electrolyzer 300 comprises a cell stack 301 with a large number of bipolar plates 100, as shown, for example, in Figure 1.

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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (100) für einen chemischen Energiewandler (200, 300). Die Bipolarplatte (100) umfasst: - eine Vielzahl Kanäle (101) zum Leiten von Betriebsmedien des Energiewandlers (200, 300), - eine Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) zum Versorgen der Vielzahl Kanäle (101) mit Betriebsmedien, - eine Vielzahl Verteilerkanäle (105), zum Verteilen von Betriebsmedien auf die Vielzahl Kanäle (101), wobei jeweilige Verteilerkanäle (105) der Vielzahl Verteilerkanäle (105) sich zwischen jeweiligen Versorgungsöffnungen (103) der Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) und jeweiligen Kanälen (101) der Vielzahl Kanäle (101) erstrecken, und wobei jeweilige Versorgungsöffnungen (103) der Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) zumindest auf einer Verteilerkanalseite, die jeweiligen Verteilerkanälen (105) der Vielzahl Verteilerkanäle (105) zugewandt ist, zumindest bereichsweise einen gebogenen Randbereich aufweisen.

Description

Beschreibung
Titel
Bipolarplatte, Brennstoffzellensystem und Elektrolyseur
Die vorgestellte Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, ein Brennstoffzellensystem und einen Elektrolyseur.
Stand der Technik
In Zellen eines Energiewandlers, wie bspw. einem Elektrolyseur oder einem Brennstoffzellensystem, müssen jeweilige Betriebsmedien, wie bspw. Edukte, gleichmäßig über eine reaktive Fläche jeweiliger Zellen verteilt werden, um eine bestmögliche Leistung des Energiewandlers zu erreichen. Zum Verteilen von durch Versorgungsöffnungen, d.h. sogenannte „Ports“ bereitgestellten Betriebsmedien auf eine reaktive Fläche werden Verteilerkanäle verwendet, die in der Regel in einem Verteilerfeld angeordnet sind.
Versorgungsöffnungen, die dieselbe Größe haben, wie ein Verteilerfeld führen in der Regel zu mechanisch schwachen Bipolarplatten, sodass derartige Versorgungsöffnungen mittels Stegen verstärkt werden müssen. Derartige Stege wirken jedoch abträglich für einen aus einer jeweiligen Versorgungsöffnung ausströmenden Volumenstrom.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden eine Bipolarplatte, ein Brennstoffzellensystem und ein Elektrolyseur vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem bzw. dem erfindungsgemäßen Elektrolyseur und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein effizientes und robustes Betreiben eines Energiewandlers zu ermöglichen.
Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung eine Bipolarplatte für einen chemischen Energiewandler, wie bspw. eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur, vorgestellt.
Die vorgestellte Bipolarplatte umfasst eine Vielzahl Kanäle zum Leiten von Betriebsmedien des Energiewandlers, eine Vielzahl Versorgungsöffnungen zum Versorgen der Vielzahl Kanäle mit Betriebsmedien und eine Vielzahl Versorgungsöffnungen zum Verteilen von durch die Vielzahl Versorgungsöffnungen bereitgestellten Betriebsmedien auf die Vielzahl Kanäle, wobei jeweilige Verteilerkanäle der Vielzahl Verteilerkanäle sich zwischen jeweiligen Versorgungsöffnungen der Vielzahl Versorgungsöffnungen und jeweiligen Kanälen der Vielzahl Kanäle erstrecken, und wobei jeweilige Versorgungsöffnungen der Vielzahl Versorgungsöffnungen zumindest auf einer Verteilerkanalseite, die jeweiligen Verteilerkanälen der Vielzahl Verteilerkanäle zugewandt ist, einen zumindest bereichsweise gebogenen Randbereich aufweisen.
Unter einer Versorgungsöffnung ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein sogenannter „port“ zu verstehen, der die Bipolarplatte im Betrieb mit Betriebsmedien, wie bspw. Brennstoff oder Wasser versorgt.
Unter einem Verteilerkanal ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Strömungsleiteinrichtung zu verstehen, die aus einer Versorgungsöffnung ausströmendes Betriebsmedium zu jeweiligen Kanälen bzw. einem reaktiven Feld der Bipolarplatte leitet. Ein Verteilerkanal kann einstückig aus einem Kanal gebildet sein oder als separate Einheit insbesondere aus einem anderen Material bestehen als ein jeweiliger Kanal der Bipolarplatte. Selbstverständlich kann ein Verteilerkanal auch aus dem gleichen Material wie ein jeweiliger Kanal der Bipolarplatte.
Die vorgestellte Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass jeweilige Versorgungsöffnungen der Vielzahl Versorgungsöffnungen zumindest auf einer Verteilerkanalseite, die jeweiligen Verteilerkanälen der Vielzahl Verteilerkanäle zugewandt ist, einen gebogenen Randbereich aufweisen.
Der gebogene Randbereich der Versorgungskanäle der vorgestellten Bipolarplatte ermöglicht es, die Verteilerkanäle derart anzuordnen, dass diese gleichmäßig mit Betriebsmedien versorgt werden, auch wenn die Verteilerkanäle um jeweilige Stege zur Stabilisierung der Bipolarplatte herumgeführt werden. Entsprechend wird ein sogenannter „Flußschatten“, d.h. ein negativer Einfluss auf ein Strömungsverhalten von aus einer Verteilungsöffnung ausströmendem Betriebsmedium verhindert bzw. minimiert.
Weiterhin ermöglicht der gebogene Randbereich der Versorgungskanäle eine besonders vorteilhafte Strömungsdynamik im Verteilerfeld bei einer besonders kompakten Verteilerfeldgeometrie.
Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche Verteilerkanäle gleich lang sind. Durch gleich lange Verteilerkanäle wird eine gleichmäßige Versorgung von Kanälen der vorgestellten Bipolarplatte durch die Verteilerkanäle sichergestellt. Dabei ermöglicht der gebogene Randbereich der Versorgungsöffnungen, dass die Verteilerkanäle gleich lang und um jeweilige Stabilisierungsstege herumgeführt werden können.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die jeweiligen Versorgungsöffnungen mit ihrer Verteilerkanalseite an die jeweiligen Verteilerkanäle angrenzen und die jeweiligen Verteilerkanäle sich von den jeweiligen Versorgungsöffnungen zu den jeweiligen Kanälen erstrecken.
Durch eine Ausrichtung der gebogenen Verteilerkanalseite jeweiliger
Versorgungsöffnungen zu jeweiligen Verteilerkanälen wird aufgrund der Biegung des Randbereichs der Versorgungsöffnungen gegenüber einem geraden Randbereich zusätzlicher Raum bzw. zusätzliche Fläche bereitgestellt, in dem bzw. in der sich die Verteilerkanäle erstrecken können.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die jeweiligen Verteilerkanäle zumindest teilweise schräg zwischen der Verteilerkanalseite und jeweiligen Kanälen verlaufen.
Durch schräg verlaufende Verteilerkanäle, d.h. Verteilerkanäle, die bspw. in einem spitzen Winkel bzw. einem Winkel kleiner 90° zu einer Vertikalachse der Bipolarplatte verlaufen, wird ermöglicht, dass jeweilige Verteilerkanäle im Randbereiche eines Stabilisierungsstegs um den Stabilisierungssteg herum bzw. an dem Stabilisierungssteg vorbei geführt werden können, sodass ein Einfluss des Stabilisierungsstegs auf ein Strömungsverhalten von durch die Verteilerkanäle strömendem Medium minimiert wird. Dabei kann sich die Vertikalachse bspw. parallel zu einer langen Seite der Bipolarplatte erstrecken.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäß vorgesehene Vielzahl Verteilerkanäle gerade, d.h. parallel zu der Vertikalachse verlaufende Verteilerkanäle und schräge Verteilerkanäle umfassen. Insbesondere können jeweilige an einen Stabilisierungssteg grenzende Verteilerkanäle schräg und jeweilige in einem mittleren Bereich eines jeweiligen Verteilerfelds angeordnete Verteilerkanäle gerade verlaufen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass sich ein Winkel zwischen einem jeweiligen Verteilerkanal und einer Vertikalachse der Bipolarplatte von einem Winkel zwischen einem weiteren Verteilerkanal und der Vertikalachse unterscheidet.
Durch in verschiedenen Winkeln zu der Vertikalachse der vorgestellten Bipolarplatte angeordnete Verteilerkanäle, d.h. einer verteilerkanalspezifischen Neigung bzw. Schräge, kann eine Neigung der Verteilerkanäle auf einen Krümmungsradius einer jeweiligen Verteileröffnung abgestimmt werden, sodass unabhängig von der Schräge eines jeweiligen Verteilerkanals sämtliche Verteilerkanäle einen gleichen bzw. vergleichbaren Volumenstrom an Betriebsmedium zu den Kanälen der vorgestellten Bipolarplatte leiten. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Verteilerkanäle und die Kanäle aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Verteilerkanäle aus einem Kunststoff und die Kanäle aus einem Metall bestehen.
Um eine präzise Ausformung der erfindungsgemäß vorgesehenen Verteilerkanäle gemäß einer vorgegebenen Anordnung sicherzustellen, können die Verteilerkanäle aus einem besonders einfach zu formenden Material, wie bspw. einem Kunststoff bestehen. Entsprechend können die Verteilerkanäle in Form eines Verteilerfelds vorkonfiguriert in einen Grundkörper der vorgestellten Bipolarplatte, der bspw. aus einem Metall besteht eingebracht werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Randbereich einer jeweiligen Versorgungsöffnung in Richtung eines Zentrums der Versorgungsöffnung gebogen ist.
Durch einen in Richtung eines Zentrums der Versorgungsöffnung gebogenen Randbereich wird eine Fläche für zwischen dem Randbereich und jeweiligen Kanälen der vorgestellten Bipolarplatte verlaufende Verteilerkanäle maximiert.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Bipolarplatte eine Anzahl Stabilisierungsstege umfasst, die insbesondere eine Anzahl Ausgleichskanäle zum Druck- und/oder Strömungsausgleich zwischen den Versorgungsöffnungen umfassen.
Stabilisierungsstege maximieren eine mechanische Belastbarkeit der Bipolarplatte. Durch eine Integration von Ausgleichkanälen in den Stabilisierungsstegen wird eine gleichmäßige Verteilung von Druck und/oder Strömungskräften zwischen jeweiligen durch die die Stabilisierungsstege getrennten Bereichen der Bipolarplatte erreicht. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Bipolarplatte.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung einen Elektrolyseur mit einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Bipolarplatte.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Bipolarplatte,
Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems,
Figur 3 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Elektrolyseurs.
In Figur 1 ist eine Bipolarplatte 100 für einen Energiewandler, wie bspw. ein Brennstoffzellensystem oder einen Elektrolyseur dargestellt.
Die Bipolarplatte 100 umfasst eine Vielzahl Kanäle 101 zum Leiten von Betriebsmedien des Energiewandlers. Bspw. bilden die Kanäle 101 ein reaktives Feld bzw. einen reaktiven Bereich der Bipolarplatte 100.
Ferner umfasst die Bipolarplatte 100 eine Vielzahl Versorgungsöffnungen 103 zum Versorgen der Kanäle 101 mit Betriebsmedien bzw. einem Betriebsmedium und eine Vielzahl Verteilerkanäle 105, die sich zwischen den Versorgungsöffnungen 103 und den Kanälen 101 erstrecken. Die Versorgungsöffnungen 103 sind auf einer Verteilerkanalseite, die den Verteilerkanälen 105 zugewandt ist, in einem Randbereich 107 gebogen.
Ferner ist in Figur 1 gut erkennbar, dass die Mehrzahl der Verteilerkanäle 105 schräg zu einer Vertikalachse 109 verlaufen. Dabei sind all Verteilerkanäle 105 gleich lang und um Stabilisierungsstege 111 herumgeführt.
Optional können die Stabilisierungsstege 111 Ausgleichskanäle 117 umfassen, die einen Druck- und Strömungsausgleich zwischen den Versorgungsöffnungen 103 ermöglichen.
Während ein Verteilerfeld 113 lediglich in einem mittleren Bereich gerade, d.h. parallel zu der Vertikalachse 109 verlaufende Verteilerkanäle 105 und sonst schräge Verteilerkanäle 105 umfasst, sind in einem Verteilerfeld 115 lediglich im äußeren Randbereich schräge Verteilerkanäle 105 und sonst gerade Verteilerkanäle 105 angeordnet.
Aufgrund der Geometrie der Verteileröffnungen 103 und der Verteilerkanäle 105 werden die Kanäle 101 gleichmäßig mit Betriebsmedien versorgt.
In Figur 2 ist ein Brennstoffzellensystem 200 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 200 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 201 mit einer Vielzahl Bipolarplatten 100, wie sie bspw. in Figur 1 dargestellt sind.
In Figur 3 ist ein Elektrolyseur 300 dargestellt. Der Elektrolyseur 300 umfasst einen Zellstapel 301 mit einer Vielzahl Bipolarplatten 100, wie sie bspw. in Figur 1 dargestellt sind.

Claims

Ansprüche
1. Bipolarplatte (100) für einen chemischen Energiewandler (200, 300), wobei die Bipolarplatte (100) umfasst:
- eine Vielzahl Kanäle (101) zum Leiten von Betriebsmedien des Energiewandlers (200, 300),
- eine Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) zum Versorgen der Vielzahl Kanäle (101) mit Betriebsmedien,
- eine Vielzahl Verteilerkanäle (105) zum Verteilen von Betriebsmedien auf die Vielzahl Kanäle (101), wobei jeweilige Verteilerkanäle (105) der Vielzahl Verteilerkanäle (105) sich zwischen jeweiligen Versorgungsöffnungen (103) der Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) und jeweiligen Kanälen (101) der Vielzahl Kanäle (101) erstrecken, und wobei jeweilige Versorgungsöffnungen (103) der Vielzahl Versorgungsöffnungen (103) zumindest auf einer Verteilerkanalseite, die jeweiligen Verteilerkanälen (105) der Vielzahl Verteilerkanäle (105) zugewandt ist, einen zumindest bereichsweise gebogenen Randbereich (107) aufweisen.
2. Bipolarplatte (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Verteilerkanäle (105) gleich lang sind.
3. Bipolarplatte (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Versorgungsöffnungen (103) mit ihrer Verteilerkanalseite an die jeweiligen Verteilerkanäle (105) angrenzen und die jeweiligen Verteilerkanäle (105) sich von den jeweiligen Versorgungsöffnungen (103) zu den jeweiligen Kanälen (101) erstrecken. Bipolarplatte (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verteilerkanäle (105) zumindest teilweise schräg zwischen der Verteilerkanalseite und jeweiligen Kanälen (101) verlaufen. Bipolarplatte (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Winkel zwischen einem jeweiligen Verteilerkanal (/105) und einer Vertikalachse (109) der Bipolarplatte (100) von einem Winkel zwischen einem weiteren Verteilerkanal (105) und der Vertikalachse (109) unterscheidet. Bipolarplatte (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkanäle (105) und die Kanäle (101) aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Bipolarplatte (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkanäle (105) aus einem Kunststoff und die Kanäle (101) aus einem Metall bestehen. Bipolarplatte (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich einer jeweiligen Versorgungsöffnung (103) in Richtung eines Zentrums der Versorgungsöffnung (103) gebogen ist. Bipolarplatte (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte eine Anzahl Stabilisierungsstege (111) umfasst, die insbesondere eine Anzahl Ausgleichskanäle (117) zum Druck- und/oder Strömungsausgleich zwischen den Versorgungsöffnungen (103) umfassen. Brennstoffzellensystem (200), wobei das Brennstoffzellensystem (200) eine Anzahl Bipolarplatten (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst. Elektrolyseur (300), wobei der Elektrolyseur (300) eine Anzahl Bipolarplatten (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
PCT/EP2023/065638 2022-07-07 2023-06-12 Bipolarplatte, brennstoffzellensystem und elektrolyseur WO2024008395A2 (de)

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FR2568412B1 (fr) 1984-07-27 1986-10-17 Occidental Chem Co Perfectionnements aux structures des piles a combustible.
AUPS076502A0 (en) * 2002-02-26 2002-03-21 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell gas separator plate
DE102005057044B4 (de) * 2005-11-30 2009-04-09 Daimler Ag Bipolarplatte und deren Verwendung
GB2509319A (en) 2012-12-27 2014-07-02 Intelligent Energy Ltd Fluid flow plate for a fuel cell
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DE202018103058U1 (de) * 2018-05-30 2019-09-02 Reinz-Dichtungs-Gmbh Separatorplatte für ein elektrochemisches System
DE202020103228U1 (de) * 2020-06-04 2021-09-07 Reinz-Dichtungs-Gmbh Bipolarplatte mit verbesserter Temperaturverteilung

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