[go: up one dir, main page]

DE102024201244A1 - Electrochemical energy converter - Google Patents

Electrochemical energy converter

Info

Publication number
DE102024201244A1
DE102024201244A1 DE102024201244.0A DE102024201244A DE102024201244A1 DE 102024201244 A1 DE102024201244 A1 DE 102024201244A1 DE 102024201244 A DE102024201244 A DE 102024201244A DE 102024201244 A1 DE102024201244 A1 DE 102024201244A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrochemical energy
energy converter
fluid
bipolar plate
transport layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102024201244.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Mandl
Reinhard Eckerstorfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
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
Priority to DE102024201244.0A priority Critical patent/DE102024201244A1/en
Publication of DE102024201244A1 publication Critical patent/DE102024201244A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiewandler (10), insbesondere eine Brennstoffzelle oder ein Elektrolyseur. Der elektrochemische Energiewandler (10) weist
- eine erste Bipolarplatte (20),
- eine zweite Bipolarplatte (30),
- eine Rahmenstruktur (40),
- eine Membran-Elektroden-Einheit (50),
- eine elastisch verformbare Schicht (60) und
- eine Fluid durchströmbare Transportschicht (70) auf.
Die Rahmenstruktur (40) weist eine zentrale Öffnung (45) auf und ist zwischen der ersten Bipolarplatte (20) und der zweiten Bipolarplatte (30) angeordnet. Die elastisch verformbare Schicht (60) und die Fluid durchströmbare Transportschicht (70) sind innerhalb der zentralen Öffnung (45) der Rahmenstruktur (40) angeordnet. Die Membran-Elektroden-Einheit (50) ist unmittelbar oberhalb der zweiten Bipolarplatte (30) und unmittelbar unterhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht (70) angeordnet. Die elastisch verformbare Schicht (60) ist unmittelbar oberhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht (70) angeordnet.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrochemischen Energiewandlerstapel (100) mit einer Vielzahl von derartigen elektrochemischen Energiewandlern (10).
The invention relates to an electrochemical energy converter (10), in particular a fuel cell or an electrolyzer. The electrochemical energy converter (10) has
- a first bipolar plate (20),
- a second bipolar plate (30),
- a frame structure (40),
- a membrane electrode assembly (50),
- an elastically deformable layer (60) and
- a fluid-permeable transport layer (70).
The frame structure (40) has a central opening (45) and is arranged between the first bipolar plate (20) and the second bipolar plate (30). The elastically deformable layer (60) and the fluid-permeable transport layer (70) are arranged within the central opening (45) of the frame structure (40). The membrane electrode assembly (50) is arranged directly above the second bipolar plate (30) and directly below the fluid-permeable transport layer (70). The elastically deformable layer (60) is arranged directly above the fluid-permeable transport layer (70).
The invention further relates to an electrochemical energy converter stack (100) comprising a plurality of such electrochemical energy converters (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiewandler, insbesondere eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur, gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrochemischen Energiewandlerstapel mit einer Vielzahl derartiger elektrochemischer Energiewandler.The invention relates to an electrochemical energy converter, in particular a fuel cell or an electrolyzer, according to claim 1. The invention further relates to an electrochemical energy converter stack having a plurality of such electrochemical energy converters.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind generell elektrochemische Energiewandler in Form von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren bekannt.Electrochemical energy converters in the form of fuel cells or electrolyzers are generally known from the state of the art.

Eine Brennstoffzelle wandelt eine chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in eine elektrische Energie um. Bei den bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser, elektrische Energie und Wärme umgewandelt.A fuel cell converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizer into electrical energy. In conventional fuel cells, hydrogen and oxygen are converted into water, electrical energy, and heat.

Bei Elektrolyseuren läuft der elektrochemische Prozess in die andere Richtung. Gegenüber einer Brennstoffzelle ist ein Elektrolyseur ein Energiewandler, der unter Anlegen einer elektrischer Spannung Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff spaltet.In electrolyzers, the electrochemical process runs in the other direction. Unlike a fuel cell, an electrolyzer is an energy converter that splits water into hydrogen and oxygen by applying an electrical voltage.

Typischerweise weisen derartige elektrochemische Energiewandler zur Durchführung des elektrochemischen Prozesses eine Vielzahl von Komponenten wie beispielsweise eine Membran-Elektroden-Einheit, eine Gasdiffusionslage, ein Carbonvlies, ein Stretchmaterial, eine Sinter-Titan-Schicht etc. auf, wobei die genannten Komponenten zwischen zwei gegenüberliegenden Bipolarplatten angeordnet sind.Typically, such electrochemical energy converters comprise a plurality of components for carrying out the electrochemical process, such as a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer, a carbon fleece, a stretch material, a sintered titanium layer, etc., wherein said components are arranged between two opposing bipolar plates.

Die elektrochemischen Energiewandler werden für den Einsatz in System zu einem elektrochemischen Energiewandlerstapel aufeinandergestapelt, wobei die einzelnen elektrochemischen Energiewandler, insbesondere die genannten Komponenten, durch die Endplatten des elektrochemischen Energiewandlerstapels miteinander verpresst werden. Durch die Verpressung werden die Komponenten, insbesondere die Gasdiffusionslage plastisch verformt. Dadurch ist die Reinigung einzelner Komponenten, insbesondere der porösen Komponenten, sehr erschwert bzw. teilweise unmöglich.The electrochemical energy converters are stacked on top of each other for use in a system to form an electrochemical energy converter stack. The individual electrochemical energy converters, particularly the aforementioned components, are pressed together by the end plates of the electrochemical energy converter stack. This pressing process causes the components, particularly the gas diffusion layer, to undergo plastic deformation. This makes cleaning individual components, particularly the porous components, very difficult or even impossible.

Des Weiteren ist der Aufbau derartiger elektrochemischen Energiewandler sehr teuer, aufwendig und nimmt einen großen Bauraum ein. Beispielsweise muss die Sinter-Titan-Schicht durch ein sehr komplexes Verfahren hergestellt und innerhalb des elektrochemischen Energiewandlers angeordnet werden.Furthermore, the construction of such electrochemical energy converters is very expensive, complex, and requires a large amount of space. For example, the sintered titanium layer must be manufactured using a very complex process and positioned within the electrochemical energy converter.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein elektrochemischer Energiewandler, insbesondere eine Brennstoffzelle oder ein Elektrolyseur, vorgestellt. Der elektrochemische Energiewandler weist

  • - eine erste Bipolarplatte,
  • - eine zweite Bipolarplatte,
  • - eine Rahmenstruktur,
  • - eine Membran-Elektroden-Einheit,
  • - eine elastisch verformbare Schicht und
  • - eine Fluid durchströmbare Transportschicht auf.
According to a first aspect of the invention, an electrochemical energy converter, in particular a fuel cell or an electrolyzer, is presented. The electrochemical energy converter has
  • - a first bipolar plate,
  • - a second bipolar plate,
  • - a framework structure,
  • - a membrane electrode assembly,
  • - an elastically deformable layer and
  • - a fluid-permeable transport layer.

Die Rahmenstruktur weist eine zentrale Öffnung auf und ist zwischen der ersten Bipolarplatte und der zweiten Bipolarplatte angeordnet. Die elastisch verformbare Schicht und die Fluid durchströmbare Transportschicht sind innerhalb der zentralen Öffnung der Rahmenstruktur angeordnet. Die Membran-Elektroden-Einheit ist unmittelbar oberhalb der zweiten Bipolarplatte und unmittelbar unterhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht angeordnet. Die elastisch verformbare Schicht ist unmittelbar oberhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht angeordnet.The frame structure has a central opening and is arranged between the first bipolar plate and the second bipolar plate. The elastically deformable layer and the fluid-permeable transport layer are arranged within the central opening of the frame structure. The membrane electrode assembly is arranged directly above the second bipolar plate and directly below the fluid-permeable transport layer. The elastically deformable layer is arranged directly above the fluid-permeable transport layer.

Die Kernidee der Erfindung ist es, die Komponenten des elektrochemischen Energiewandlers derart auszugestalten und relativ zueinander anzuordnen, dass auf den Einsatz einer Vielzahl von Komponenten verzichtet werden kann. Insbesondere soll ein elektrochemischer Energiewandler ohne eine Gasdiffusionslage bereitgestellt werden, welcher eine elastische Montage gestattet.The core idea of the invention is to design the components of the electrochemical energy converter and arrange them relative to one another in such a way that the use of a large number of components can be dispensed with. In particular, an electrochemical energy converter without a gas diffusion layer is to be provided, which allows for elastic assembly.

Mit anderen Worten zeichnet sich also der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler gegenüber dem Stand der Technik durch seinen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau aus.In other words, the electrochemical energy converter according to the invention is distinguished from the prior art by its simpler and more cost-effective design.

Durch die Reduzierung der Anzahl der Komponenten innerhalb des elektrochemischen Energiewandlers können einerseits die Kosten, insbesondere die Serienfertigungskosten, drastisch gesenkt werden. Andererseits können dünnere Stapelanordnungen geschaffen werden, um die Effizienz des anschließenden elektrochemischen Energiewandlerstapels insgesamt zu erhöhen.By reducing the number of components within the electrochemical energy converter, costs, especially series production costs, can be drastically reduced. On the other hand, thinner stack arrangements can be created to increase the overall efficiency of the subsequent electrochemical energy converter stack.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend angegeben.Further features and advantages of the invention are set forth below.

Es hat sich gezeigt, dass sich die Anzahl der Komponenten und dadurch die Bauhöhe des elektrochemischen Energiewandlers durch eine gezielte Anordnung der Membran-Elektroden-Einheit reduzieren lässt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Membran-Elektroden-Einheit kleiner ausgebildet und vorzugsweise innerhalb der Rahmenstruktur angeordnet ist.It has been shown that the number of components and thus the overall height of the electrochemical energy converter can be reduced through a targeted arrangement of the membrane electrode assembly. It is particularly advantageous if the membrane electrode assembly is designed to be smaller and preferably arranged within the frame structure.

Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass ferner die Materialkosten reduziert werden können, wenn die Membran-Elektroden-Einheit vorzugsweise unterhalb der Rahmenstruktur angeordnet ist.Further investigations have shown that material costs can be reduced if the membrane electrode assembly is preferably arranged below the frame structure.

Um eine homogene Druckverteilung während des Verpressens sicherzustellen, ist die elastisch verformbare Schicht vorzugsweise als Federplatte ausgebildet. In order to ensure a homogeneous pressure distribution during pressing, the elastically deformable layer is preferably designed as a spring plate.

Durch die Federplatte kann insbesondere der Anpressdruck gleichmäßig über die gesamte Fläche der Fluid durchströmbaren Transportschicht verteilt werden.The spring plate allows the contact pressure to be distributed evenly over the entire surface of the transport layer through which the fluid can flow.

Da die elastisch verformbare Schicht, insbesondere die Federplatte, nicht unmittelbar an der Membran-Elektroden-Einheit anliegen kann, ist eine zwischengeordnete Anlagefläche für die elastisch verformbare Schicht, insbesondere die Federplatte, vorteilhaft, welche formstabil bzw. nicht nachgiebig sein darf und insbesondere eine hohe Durchlässigkeit aufweisen muss. Daher ist die Fluid durchströmbare Transportschicht vorzugsweise als perforierte Platte oder als Sinterplatte ausgebildet.Since the elastically deformable layer, in particular the spring plate, cannot be in direct contact with the membrane electrode assembly, an intermediate contact surface for the elastically deformable layer, in particular the spring plate, is advantageous. This contact surface must be dimensionally stable and non-compliant and, in particular, must have high permeability. Therefore, the fluid-permeable transport layer is preferably designed as a perforated plate or a sintered plate.

Um das durchströmbare Fluid gleichmäßig verteilen zu können, weisen die erste Bipolarplatte und/oder die zweite Bipolarplatte jeweils zumindest bereichsweise einen als Säulenstruktur ausgebildeten Fluidverteilerbereich auf.In order to be able to distribute the fluid through which it can flow evenly, the first bipolar plate and/or the second bipolar plate each have, at least in some areas, a fluid distribution area designed as a column structure.

Es hat sich gezeigt, dass sich die Dichte der Säulenstruktur besonders vorteilhaft auf die Effizienz der Durchströmung des Fluides auswirkt. Demnach weisen die Säulenstrukturen jeweils eine Vielzahl von beabstandet zueinander angeordneten Säulen auf.It has been shown that the density of the column structure has a particularly beneficial effect on the efficiency of fluid flow. Accordingly, the column structures each comprise a plurality of columns arranged at a distance from one another.

Vorzugsweise weisen die Säulen einen rechteckigen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf.Preferably, the columns have a rectangular, circular or oval cross-section.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein elektrochemischer Energiewandlerstapel mit einer Vielzahl von derartigen elektrochemischen Energiewandlern vorgestellt. Vorteile, die ausführlich zu dem elektrochemischen Energiewandler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben werden, gelten gleichermaßen bei dem elektrochemischen Energiewandlerstapel gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.According to a second aspect of the invention, an electrochemical energy converter stack comprising a plurality of such electrochemical energy converters is presented. Advantages described in detail for the electrochemical energy converter according to the first aspect of the invention equally apply to the electrochemical energy converter stack according to the second aspect of the invention.

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. Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description, which describes exemplary embodiments of the invention in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description may be essential to the invention individually or in any combination.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigen jeweils schematisch:

  • 1 einen Schnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten elektrochemischen Energiewandler;
  • 2 einen Schnitt durch einen elektrochemischen Energiewandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 einen Schnitt durch einen elektrochemischen Energiewandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
The diagrams show:
  • 1 a section through an electrochemical energy converter known from the prior art;
  • 2 a section through an electrochemical energy converter according to a first embodiment of the present invention; and
  • 3 a section through an electrochemical energy converter according to a second embodiment of the present invention.

An dieser Stelle wird festgehalten, dass die in den 1 bis 3 gezeigten elektrochemischen Energiewandler 10 bzw. 10S beispielhaft als Brennstoffzellen zu verstehen sind. Es wird ausdrücklich erklärt, dass der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler 10 in weiteren Ausführungsformen auch als Elektrolyseur beschrieben und verstanden werden kann.At this point it is noted that the 1 to 3 The electrochemical energy converters 10 and 10S shown are to be understood as fuel cells by way of example. It is expressly stated that the electrochemical energy converter 10 according to the invention can also be described and understood as an electrolyzer in further embodiments.

1 zeigt einen Schnitt durch einen elektrochemischen Energiewandler 10S, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. 1 shows a section through an electrochemical energy converter 10S, as known from the state of the art.

Der bekannte elektrochemische Energiewandler 10S weist eine erste Bipolarplatte 20S, eine zweite Bipolarplatte 30S, eine erste Rahmenstruktur 41S, eine zweite Rahmenstruktur 42S, eine Membran-Elektroden-Einheit 50S, ein Stretchmaterial 60S, eine Sinter-Titan-Schicht 70S sowie eine Gasdiffusionslage 80S auf.The known electrochemical energy converter 10S comprises a first bipolar plate 20S, a second bipolar plate 30S, a first frame structure 41S, a second frame structure 42S, a membrane electrode assembly 50S, a stretch material 60S, a sintered titanium layer 70S and a gas diffusion layer 80S.

Wie in 1 gut zu erkennen ist, weist der bekannte elektrochemische Energiewandler 10S eine Vielzahl von Komponenten und dadurch eine erhöhte Bauhöhe auf. Dies ist insbesondere auf den „Dual-Core-Frame-Aufbau“ des bekannten elektrochemische Energiewandlers 10S zurückzuführen.As in 1 As can be clearly seen, the well-known 10S electrochemical energy converter has a large number of components and therefore a higher overall height. This is primarily due to the "dual-core frame" design of the well-known 10S electrochemical energy converter.

Zudem weist der bekannte elektrochemische Energiewandler 10S eine plastisch verformbare Gasdiffusionslage 80S auf, sodass die Reinigung der einzelnen Komponenten, sehr erschwert und teilweise unmöglich ist.In addition, the well-known electrochemical energy converter 10S has a plastically deformable gas diffusion layer 80S, so that the cleaning of the individual components is very difficult and sometimes impossible.

2 zeigt einen Schnitt durch einen elektrochemischen Energiewandler 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows a section through an electrochemical energy converter 10 according to a first embodiment of the present invention.

Wie in 2 gut zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler 10 einen einfacheren Aufbau gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten elektrochemischen Energiewandler 10S auf. Dies ist insbesondere auf den „Single-Core-Frame-Aufbau“ des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlers 10 zurückzuführen.As in 2 As can be clearly seen, the electrochemical energy converter 10 according to the invention has a simpler structure than the electrochemical energy converter 10S known from the prior art. This is due in particular to the "single-core frame structure" of the electrochemical energy converter 10 according to the invention.

Der Kerngedanke der Erfindung ist es, weg von einer unkontrollierten plastischen Verformung eines „Dual-Core-Frame-Aufbaus“ zu einer kontrollierten elastischen reversiblen Verformung eines „Single-Core-Frame-Aufbaus“ zu gelangen.The core idea of the invention is to move away from an uncontrolled plastic deformation of a “dual-core frame structure” to a controlled elastic reversible deformation of a “single-core frame structure”.

Dies wird insbesondere dadurch erreicht, indem eine gezielte Ausgestaltung und relative Anordnung der Komponenten zueinander vorgenommen wird, sodass dadurch die Anzahl der Komponenten sowie die Bauhöhe des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlers 10 wesentlich reduziert wird.This is achieved in particular by carrying out a targeted design and relative arrangement of the components to one another, so that the number of components and the overall height of the electrochemical energy converter 10 according to the invention are significantly reduced.

Daher weist der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler 10 lediglich eine erste Bipolarplatte 20, eine zweite Bipolarplatte 30, eine Rahmenstruktur 40, eine Membran-Elektroden-Einheit 50, eine elastisch verformbare Schicht 60 und eine Fluid durchströmbare Transportschicht 70 auf. Die elastisch verformbare Schicht 60 ist wie die Transportschicht 70 Fluid durchströmbar.Therefore, the electrochemical energy converter 10 according to the invention comprises only a first bipolar plate 20, a second bipolar plate 30, a frame structure 40, a membrane electrode assembly 50, an elastically deformable layer 60, and a fluid-permeable transport layer 70. Like the transport layer 70, the elastically deformable layer 60 is fluid-permeable.

Die Rahmenstruktur 40 weist eine zentrale Öffnung 45 auf und ist zwischen der ersten Bipolarplatte 20 und der zweiten Bipolarplatte 30 angeordnet.The frame structure 40 has a central opening 45 and is arranged between the first bipolar plate 20 and the second bipolar plate 30.

Die Rahmenstruktur 40 dient insbesondere der Steifigkeit und der Dichtheit der Membran-Elektroden-Einheit 50 und ist ein nicht-aktiver Bereich des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiewandlers 10.The frame structure 40 serves in particular to ensure the rigidity and tightness of the membrane electrode assembly 50 and is a non-active region of the electrochemical energy converter 10 according to the invention.

Die elastisch verformbare Schicht 60 und die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 sind innerhalb der zentralen Öffnung 45 der Rahmenstruktur 40 angeordnet.The elastically deformable layer 60 and the fluid-permeable transport layer 70 are arranged within the central opening 45 of the frame structure 40.

Die Membran-Elektroden-Einheit 50 ist unmittelbar oberhalb der zweiten Bipolarplatte 30 und unmittelbar unterhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht 70 angeordnet.The membrane electrode unit 50 is arranged directly above the second bipolar plate 30 and directly below the fluid-permeable transport layer 70.

Die Membran-Elektroden-Einheit 50 ist innerhalb der Rahmenstruktur 40 angeordnet. Hierfür weist die Rahmenstruktur 40 eine stufenförmige oder nutförmige Aussparung 43 auf, in die die Membran-Elektroden-Einheit 50 umlaufend eingebettet bzw. umlaufend eingefasst ist.The membrane electrode assembly 50 is arranged within the frame structure 40. For this purpose, the frame structure 40 has a stepped or groove-shaped recess 43 into which the membrane electrode assembly 50 is circumferentially embedded or enclosed.

Dieser Konstruktionsansatz hat insbesondere den Vorteil, dass die Membran-Elektroden-Einheit 50 nicht über die gesamte Breite der Rahmenstruktur 40 ausgebildet werden muss, sondern lediglich in etwa über die Breite der zentralen Öffnung 45 der Rahmenstruktur 40 ausgebildet werden kann.This design approach has the particular advantage that the membrane electrode unit 50 does not have to be formed over the entire width of the frame structure 40, but can only be formed approximately over the width of the central opening 45 of the frame structure 40.

Die Membran-Elektroden-Einheit 50 umfasst eine Membran, beispielsweise eine Polymerelektrolytmembran (PEM), und zwei porösen Elektrodenschichten mit jeweils einer Katalysatorschicht, wobei die Elektrodenschichten jeweils an einer Seite bzw. Fläche der Membran angeordnet sind.The membrane electrode assembly 50 comprises a membrane, for example a polymer electrolyte membrane (PEM), and two porous electrode layers, each with a catalyst layer, wherein the electrode layers are each arranged on one side or surface of the membrane.

Die elastisch verformbare, insbesondere Fluid durchströmbare, Schicht 60 ist unmittelbar oberhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht 70 angeordnet.The elastically deformable, in particular fluid-permeable, layer 60 is arranged directly above the fluid-permeable transport layer 70.

3 zeigt einen Schnitt durch einen elektrochemischen Energiewandler 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, den „Single-Core-Frame-Aufbau“ noch kompakter auszubilden, indem die Membran-Elektroden-Einheit 50 unterhalb der Rahmenstruktur 40 angeordnet wird. 3 shows a section through an electrochemical energy converter 10 according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, it is possible to make the "single-core frame structure" even more compact by arranging the membrane electrode assembly 50 below the frame structure 40.

Dieser Konstruktionsansatz hat den Vorteil, dass insbesondere die Dicke bzw. Höhe der Rahmenstruktur 40 weiter reduziert werden kann, sodass noch dünnere Stapelanordnungen geschaffen werden können, um die Effizienz, insbesondere die Leistungsdichte pro erfindungsgemäßem elektrochemischem Energiewandler 10, des elektrochemischen Energiewandlerstapels 100 insgesamt zu erhöhen.This design approach has the advantage that, in particular, the thickness or height of the frame structure 40 can be further reduced, so that even thinner stack arrangements can be created in order to increase the efficiency, in particular the power density per electrochemical energy converter 10 according to the invention, of the electrochemical energy converter stack 100 as a whole.

Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler 10 zeichnet sich insbesondere durch seinen Aufbau ohne eine Gasdiffusionslage 80S sowie seinen elastischen Eigenschaften aus.The electrochemical energy converter 10 according to the invention is characterized in particular by its structure without a gas diffusion layer 80S and its elastic properties.

Im Gegensatz zum bekannten elektrochemischen Energiewandler 10S, welcher aufgrund des Stretchmaterials 60S und der Gasdiffusionslage 80S plastisch verformbare Eigenschaften aufweist, weist der erfindungsgemäße elektrochemische Energiewandler 10 aufgrund der elastisch verformbaren Schicht 60 elastisch reversible Eigenschaften auf.In contrast to the known electrochemical energy converter 10S, which has plastically deformable properties due to the stretch material 60S and the gas diffusion layer 80S, the electrochemical energy converter 10 according to the invention has elastically reversible properties due to the elastically deformable layer 60.

Im Stand der Technik werden insbesondere „Low-Cost-Gasdiffusionslagen“, auch „LCGDL“ genannt, verwendet. Diese basieren typischerweise auf einer Vlies-, Gewebe- oder Papierbasis.The state of the art particularly uses "low-cost gas diffusion layers," also called "LCGDLs." These are typically based on nonwoven, woven, or paper.

Durch ihre spezifischen Materialeigenschaften weisen derartige Gasdiffusionslagen 80S beim Zellaufbau und im Zellbetrieb ein anderes Verhalten auf als bisher verbreitete, thermisch gebundene Papiere. So zeigen sie durch ihre vergleichsweise geringe Steifigkeit eine deutlich verringerte Kompression in den Kanalbereichen des Flussfeldes, was in Folge des Materialaufbaus zu erhöhten elektrischen Widerständen im Material und an den Grenzflächen zu benachbarten Schichten führt. Als Folge dieser Effekte steigt der ohmsche Widerstandsverlust innerhalb des bekannten elektrochemischen Energiewandler 10S und die Leistung der Stapelanordnung sinkt.Due to their specific material properties, such 80S gas diffusion layers exhibit different behavior during cell construction and cell operation than previously common thermally bonded papers. Due to their comparatively low stiffness, they exhibit significantly reduced compression in the channel regions of the flow field, which, as a result of the material structure, leads to increased electrical resistances within the material and at the interfaces between neighboring layers. As a result of these effects, the ohmic resistance loss within the known 10S electrochemical energy converter increases, and the performance of the stack arrangement decreases.

Durch die elastisch verformbare Schicht 60 kann die Kompression erhöht werden, insbesondere der Anpressdruck gleichmäßig über die gesamte Fläche der Fluid durchströmbaren Transportschicht 70 verteilt werden. Durch die elastisch verformbare Schicht 60 können insbesondere die Toleranzen in einem elektrochemischen Energiewandlerstapel 100 ausgeglichen werden, wobei die einzelnen aufgestapelten elektrochemischen Energiewandler 10 untereinander weitestgehend homogen verspannt sind.The elastically deformable layer 60 allows compression to be increased, in particular the contact pressure to be distributed evenly over the entire surface of the fluid-permeable transport layer 70. The elastically deformable layer 60 allows, in particular, the tolerances in an electrochemical energy converter stack 100 to be compensated, wherein the individual stacked electrochemical energy converters 10 are clamped to one another in a largely homogeneous manner.

Insbesondere in der Ausbildung der elastisch verformbaren Schicht 60 als Federplatte kann der zuvor fixe Abstand der ersten Bipolarplatte 20 zu der zweiten Bipolarplatte 30 derart verändert werden und können somit Toleranzen ausgeglichen werden, sodass in einer Ebene eine möglichst homogene Flächenpressung erreicht wird.In particular, in the design of the elastically deformable layer 60 as a spring plate, the previously fixed distance between the first bipolar plate 20 and the second bipolar plate 30 can be changed in such a way that tolerances can be compensated so that the most homogeneous surface pressure possible is achieved in one plane.

Mit anderen Worten werden also plastisch verformte starre Strukturen (Stretchmaterial 60S, Gasdiffusionslage 80S), die eine feste, nicht veränderbare Höhe der Bipolarplatten 20, 30 zueinander verursachen, durch flexible Strukturen (Federplatte) ergänzt bzw. ersetzt.In other words, plastically deformed rigid structures (stretch material 60S, gas diffusion layer 80S), which cause a fixed, non-changeable height of the bipolar plates 20, 30 relative to each other, are supplemented or replaced by flexible structures (spring plate).

Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass durch den gleichmäßigen Anpressdruck der Federplatte über die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 des Weiteren eine homogene Stromverteilung erreicht und dadurch die Zellalterung minimiert werden kann.Further investigations have shown that the uniform contact pressure of the spring plate over the fluid-permeable transport layer 70 can also achieve a homogeneous current distribution and thus minimize cell aging.

Es ist denkbar, dass die elastisch verformbare Schicht 60 als eine Platte ausgebildet ist, die einzelne voneinander beabstandete Federelemente umfasst. Dabei können die einzelnen Federelemente jeweils dieselbe oder jeweils unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Federelemente als Gummielemente ausgebildet sind oder bereichsweise Gummielemente umfassen. Es ist ferner denkbar, dass die Federelemente aus strukturiertem Polymer ausgebildet sind. Es ist auch ferner denkbar, dass die Federelemente als kompressionselastische Elemente, insbesondere elastische Druckelemente, insbesondere Druckfederstrukturen oder elastische Körper einer Nicht-Federstruktur ausgebildet sind. Es ist ferner denkbar, dass die Druckfederstrukturen als zylindrische Druckfedern, konische Druckfedern, Wellenfedern, Tellerfedern oder Kunststoffdruckfedern ausgebildet sind.It is conceivable for the elastically deformable layer 60 to be designed as a plate comprising individual spring elements spaced apart from one another. The individual spring elements can each have the same or different spring stiffnesses. It is also conceivable for the spring elements to be designed as rubber elements or to comprise rubber elements in some regions. It is further conceivable for the spring elements to be made of structured polymer. It is also further conceivable for the spring elements to be designed as compression-elastic elements, in particular elastic compression elements, in particular compression spring structures or elastic bodies of a non-spring structure. It is further conceivable for the compression spring structures to be designed as cylindrical compression springs, conical compression springs, wave springs, disc springs or plastic compression springs.

Da die elastisch verformbare Schicht 60, insbesondere die Federplatte, unmittelbar oberhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht 70 angeordnet ist, beeinflusst die elastisch verformbare Schicht 60 das Flussfeld strömungsmechanisch.Since the elastically deformable layer 60, in particular the spring plate, is arranged directly above the fluid-permeable transport layer 70, the elastically deformable layer 60 influences the flow field fluidically.

Die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 ist als perforierte Platte ausgebildet. Es ist denkbar, dass Fluid durchströmbare Transportschicht 70 auch als Sinterplatte ausgebildet ist.The fluid-permeable transport layer 70 is designed as a perforated plate. It is also conceivable that the fluid-permeable transport layer 70 is also designed as a sintered plate.

In der Ausbildung als perforierte Platte, weist die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 eine Vielzahl von Hohlräumen 71 auf, durch die ein Medium, beispielsweise Sauerstoff oder Wasser, durchströmbar sind.In the form of a perforated plate, the fluid-permeable transport layer 70 has a plurality of cavities 71 through which a medium, for example oxygen or water, can flow.

Die Fluid durchströmbare Transportschicht 70, insbesondere die perforierte Platte, sollte sehr formstabil bzw. nicht nachgiebig sein, um als Anlagefläche für die Federplatte zu dienen. Des Weiteren sollte sie eine hohe Durchlässigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 hydrophile Eigenschaften aufweist, um den Fluidabtransport, insbesondere den Wasserabtransport, zu begünstigen. Daher ist es denkbar, dass die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 eine hydrophile Beschichtung zur Verbesserung des Wasserabtransports aufweist.The fluid-permeable transport layer 70, in particular the perforated plate, should be very dimensionally stable and non-compliant in order to serve as a contact surface for the spring plate. Furthermore, it should exhibit high permeability. Furthermore, it is advantageous for the fluid-permeable transport layer 70 to have hydrophilic properties to promote fluid removal, particularly water removal. Therefore, it is conceivable for the fluid-permeable transport layer 70 to have a hydrophilic coating to improve water removal.

Wichtig ist, dass die elastisch verformbare Schicht 60, insbesondere die Federplatte, und die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 im Zusammenspiel gute mechanische, thermische sowie elektrische Eigenschafen aufweisen. Die mechanischen Eigenschaften sind entscheidend für die Kontaktierung und Verspannung im elektrochemischen Energiewandler 10. Die hohe Durchlässigkeit und die Kompressibilität wirken sich zwangsläufig direkt auf die strukturellen, elektrischen und thermischen Stofftransporteigenschaften aus.It is important that the elastically deformable layer 60, in particular the spring plate, and the fluid-permeable transport layer 70, together, exhibit good mechanical, thermal, and electrical properties. The mechanical properties are crucial for the contacting and bracing in the electrochemical energy converter 10. The high permeability and compressibility inevitably have a direct impact on the structural, electrical, and thermal mass transport properties.

An dieser Stelle wird nochmals festgehalten, dass der Wassertransport auf der Anodenseite durch die elastisch verformbare Schicht 60, insbesondere durch die Federplatte passieren kann. Bei perforierten Platten und Sintertitan kann man das Wasser nicht in-plane durch die Transportschicht 70 leiten.At this point, it should be noted again that water transport on the anode side can occur through the elastically deformable layer 60, particularly through the spring plate. With perforated plates and sintered titanium, water cannot be transported in-plane through the transport layer 70.

Im Betrieb wird ein variierender Druck über die Membran-Elektroden-Einheit 50 aufgebaut, der die Fluid durchströmbare Transportschicht 70, insbesondere die perforierte Platte, zusätzlich belastet. Das Setzungsverhalten der Fluid durchströmbare Transportschicht 70, sollte über die Laufzeit möglichst konstant bzw. sehr gering sein. Typische Kompressionswerte liegen im Bereich von 1,0 MPa bis 5,0 MPa.During operation, a varying pressure is built up across the membrane electrode assembly 50, which places additional stress on the fluid-permeable transport layer 70, particularly the perforated plate. The settlement behavior of the fluid-permeable transport layer 70 should be as constant as possible or very low over the operating time. Typical compression values are in the range of 1.0 MPa to 5.0 MPa.

Die elektrischen Eigenschaften sind stark von der Auswahl des Materials abhängig. Beispielsweise sind in der Ausbildungsform der Fluid durchströmbaren Transportschicht 70 als kohlefaserverstärke perforierte Platte die Kohlenstofffasern und deren Orientierung maßgeblich für die elektrische Leitfähigkeit der perforierte Platte. Der elektrische Widerstand wird durch die Fasereigenschaften bzw. die Maschinenrichtung bestimmt. Je nach Karbonisierungsgrad, Dicke und Dichte der Kohlenstofffasern ergibt sich der elektrische Widerstand, der sich linear zur Fasermenge und Gewicht verhält. Der elektrische Widerstand ist auch stark kompressionsabhängig, da die elektrischen Kontaktpunkte für die elektrische Leitfähigkeit durch die Faser/Faser-Kontakte bzw. die Binderpunkte gewährleistet werden müssen.The electrical properties are highly dependent on the material selection. For example, in the form of the fluid-permeable transport layer 70 as a carbon fiber-reinforced perforated plate, the carbon fibers and their orientation are crucial for the electrical conductivity of the perforated plate. The electrical resistance is determined by the fiber properties or the machine direction. The electrical resistance depends on the degree of carbonization, thickness, and density of the carbon fibers, which is linearly related to the fiber quantity and weight. The electrical resistance is also highly dependent on compression, since the electrical contact points for electrical conductivity must be ensured by the fiber/fiber contacts or the binder points.

Die thermischen Eigenschaften verhalten sich ähnlich zu den elektrischen Eigenschaften. Aufgrund der exothermen Reaktion in dem elektrochemischen Energiewandler 10 bzw. in der Brennstoffzelle, ist die Wärmeleitung durch die elastisch verformbare Schicht 60 und die Fluid durchströmbare Transportschicht 70 entscheidend. Ein guter Wärmetransport verbessert die Zellleistung und verlängert die Lebensdauer der Zelle. Auch der Wasserhaushalt wird durch die Wärmeleitfähigkeit maßgeblich beeinflusstThe thermal properties are similar to the electrical properties. Due to the exothermic reaction in the electrochemical energy converter 10 or in the fuel cell, heat conduction through the elastically deformable layer 60 and the fluid-permeable transport layer 70 is crucial. Good heat transfer improves cell performance and extends the cell's service life. The water balance is also significantly influenced by thermal conductivity.

Die erste Bipolarplatte 20 einen als Säulenstruktur 25 ausgebildeten Fluidverteilerbereich auf. Die zweite Bipolarplatte 30 weist einen als Säulenstruktur 35 ausgebildeten Fluidverteilerbereich auf. Es ist denkbar, dass nur eine der Bipolarplatten 20, 30 einen als Säulenstruktur 25 ausgebildeten Fluidverteilerbereich aufweist.The first bipolar plate 20 has a fluid distribution region formed as a column structure 25. The second bipolar plate 30 has a fluid distribution region formed as a column structure 35. It is conceivable that only one of the bipolar plates 20, 30 has a fluid distribution region formed as a column structure 25.

Durch die Säulenstruktur 25 der ersten Bipolarplatte 20 werden ein Kathodenflussfeld und durch die Säulenstruktur 35 der zweiten Bipolarplatte 30 ein Anodenflussfeld gebildet. Mit anderen Worten dienen die Säulenstrukturen 25, 35 der Bipolarplatten 20, 30 zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs an die Anode sowie zur gleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels an die Kathode.A cathode flow field is formed by the columnar structure 25 of the first bipolar plate 20, and an anode flow field is formed by the columnar structure 35 of the second bipolar plate 30. In other words, the columnar structures 25, 35 of the bipolar plates 20, 30 serve to evenly distribute the fuel to the anode and to evenly distribute the oxidant to the cathode.

Die Säulenstrukturen 25, 35 weisen jeweils eine Vielzahl von beabstandet zueinander angeordnete Säulen 26, 36 auf. Die Säulenstrukturen 25, 35 können als filigrane Steg-Kanal-Strukturen mit deutlich reduzierter Abstandsbreite verstanden werden. Die Säulen 26, 36 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Es ist denkbar, dass die Säulen 26, 36 auch einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Säulen 26, 36 kann sich über die Höhe verändern und die Säulen eine spitz zulaufende Form haben oder auch einen größeren Querschnitt an der Kontaktstelle zur CCM als an der Basis der Säule.The column structures 25, 35 each comprise a plurality of columns 26, 36 arranged at a distance from one another. The column structures 25, 35 can be understood as filigree web-channel structures with a significantly reduced spacing. The columns 26, 36 have a rectangular cross-section. It is conceivable that the columns 26, 36 also have a circular or oval cross-section. The cross-section of the columns 26, 36 can vary over the height, and the columns can have a tapered shape or a larger cross-section at the contact point with the CCM than at the base of the column.

Die Verteilung der Fluide ist umso effizienter, je dichter die Säulenstrukturen 25, 35 sind, d. h., die Dichte der Säulenstrukturen 25, 35 wirken sich besonders vorteilhaft auf die Effizienz der Durchströmung der Fluide aus.The distribution of the fluids is more efficient the denser the column structures 25, 35 are, i.e., the density of the column structures 25, 35 has a particularly beneficial effect on the efficiency of the flow of the fluids.

Claims (9)

Elektrochemischer Energiewandler (10), insbesondere eine Brennstoffzelle oder ein Elektrolyseur, der elektrochemische Energiewandler (10) aufweisend: - eine erste Bipolarplatte (20), - eine zweite Bipolarplatte (30), - eine Rahmenstruktur (40), - eine Membran-Elektroden-Einheit (50), - eine elastisch verformbare Schicht (60) und - eine Fluid durchströmbare Transportschicht (70), wobei die Rahmenstruktur (40) eine zentrale Öffnung (45) aufweist und zwischen der ersten Bipolarplatte (20) und der zweiten Bipolarplatte (30) angeordnet ist, wobei die elastisch verformbare Schicht (60) und die Fluid durchströmbare Transportschicht (70) innerhalb der zentralen Öffnung (45) der Rahmenstruktur (40) angeordnet sind, wobei die Membran-Elektroden-Einheit (50) unmittelbar oberhalb der zweiten Bipolarplatte (30) und unmittelbar unterhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht (70) angeordnet ist und wobei die elastisch verformbare Schicht (60) unmittelbar oberhalb der Fluid durchströmbaren Transportschicht (70) angeordnet ist.An electrochemical energy converter (10), in particular a fuel cell or an electrolyzer, comprising: - a first bipolar plate (20), - a second bipolar plate (30), - a frame structure (40), - a membrane-electrode assembly (50), - an elastically deformable layer (60), and - a fluid-permeable transport layer (70), wherein the frame structure (40) has a central opening (45) and is arranged between the first bipolar plate (20) and the second bipolar plate (30), wherein the elastically deformable layer (60) and the fluid-permeable transport layer (70) are arranged within the central opening (45) of the frame structure (40), wherein the membrane-electrode assembly (50) is arranged directly above the second bipolar plate (30) and directly below the fluid-permeable transport layer (70), and wherein the elastically deformable layer (60) is arranged directly above the fluid-flowable transport layer (70). Elektrochemischer Energiewandler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit (50) innerhalb der Rahmenstruktur (40) angeordnet ist.Electrochemical energy converter (10) according to Claim 1 , characterized in that the membrane electrode unit (50) is arranged within the frame structure (40). Elektrochemischer Energiewandler (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit (50) unterhalb der Rahmenstruktur (40) angeordnet ist.Electrochemical energy converter (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the membrane electrode unit (50) is arranged below the frame structure (40). Elektrochemischer Energiewandler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Schicht (60) als Federplatte ausgebildet ist.Electrochemical energy converter (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastically deformable layer (60) is designed as a spring plate. Elektrochemischer Energiewandler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid durchströmbare Transportschicht (70) als perforierte Platte oder als Sinterplatte ausgebildet ist.Electrochemical energy converter (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid-flowable transport layer (70) is designed as a perforated plate or as a sintered plate. Elektrochemischer Energiewandler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bipolarplatte (20) und/oder die zweite Bipolarplatte (30) jeweils zumindest bereichsweise einen als Säulenstruktur (25, 35) ausgebildeten Fluidverteilerbereich aufweisen.Electrochemical energy converter (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first bipolar plate (20) and/or the second bipolar plate (30) each have, at least in some regions, a fluid distribution region designed as a column structure (25, 35). Elektrochemischer Energiewandler (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulenstrukturen (25, 35) jeweils eine Vielzahl von beabstandet zueinander angeordneten Säulen (26, 36) aufweisen.Electrochemical energy converter (10) according to Claim 6 , characterized in that the column structures (25, 35) each have a plurality of columns (26, 36) arranged at a distance from one another. Elektrochemischer Energiewandler (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulen (90) einen rechteckigen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.Electrochemical energy converter (10) according to Claim 7 , characterized in that the columns (90) have a rectangular, circular or oval cross-section. Elektrochemischer Energiewandlerstapel (100) mit einer Vielzahl von elektrochemischen Energiewandlern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Electrochemical energy converter stack (100) comprising a plurality of electrochemical energy converters (10) according to one of the Claims 1 until 8 .
DE102024201244.0A 2024-02-12 2024-02-12 Electrochemical energy converter Pending DE102024201244A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024201244.0A DE102024201244A1 (en) 2024-02-12 2024-02-12 Electrochemical energy converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024201244.0A DE102024201244A1 (en) 2024-02-12 2024-02-12 Electrochemical energy converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102024201244A1 true DE102024201244A1 (en) 2025-08-14

Family

ID=96499774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102024201244.0A Pending DE102024201244A1 (en) 2024-02-12 2024-02-12 Electrochemical energy converter

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102024201244A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110198230A1 (en) 2008-11-25 2011-08-18 Yasuyuki Tanaka Process for producing an active cathode for electrolysis
WO2018139609A1 (en) 2017-01-26 2018-08-02 旭化成株式会社 Bipolar electrolytic cell, bipolar electrolytic vessel, and method for manufacturing hydrogen
CN113474491A (en) 2019-03-18 2021-10-01 旭化成株式会社 Elastic cushion and electrolytic cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110198230A1 (en) 2008-11-25 2011-08-18 Yasuyuki Tanaka Process for producing an active cathode for electrolysis
WO2018139609A1 (en) 2017-01-26 2018-08-02 旭化成株式会社 Bipolar electrolytic cell, bipolar electrolytic vessel, and method for manufacturing hydrogen
CN113474491A (en) 2019-03-18 2021-10-01 旭化成株式会社 Elastic cushion and electrolytic cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3679619B1 (en) Membrane electrode assembly, fuel cell stack, and vehicle comprising such a fuel cell stack
DE102007012495A1 (en) Gas diffusion media and fuel cell
DE102020213574A1 (en) Distribution plate for an electrochemical cell, electrochemical cell and method of operating an electrochemical cell
DE112004001525T5 (en) Diffusion medium for use in a PEM fuel cell
DE102019203373A1 (en) Gas diffusion layer for a fuel cell and fuel cell
DE102011014154A1 (en) Selectively coated bipolar plates for water management and freeze start in pem fuel cells
EP1316121B1 (en) Bipolar plate for a fuel cell
DE102007039467A1 (en) Electroconductive ridges adhered to gas diffusion media and methods of making and using same
DE102016224696A1 (en) Bipolar plate for a fuel cell and fuel cell
DE112006003210B4 (en) POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND GASKET
DE102024201244A1 (en) Electrochemical energy converter
DE112007000540T5 (en) Separator and fuel cell
DE102019215200A1 (en) Fuel cell unit
DE102019219228A1 (en) Fuel cell unit
DE112005002273T5 (en) Graphite / metal foils / polymer substrate laminate for a low resistance bipolar plate application
DE102020213123A1 (en) Membrane electrode assembly for an electrochemical cell and method of making a membrane electrode assembly
DE102009043208A1 (en) Material design to allow fuel cell performance at high center temperature with ultrathin electrodes
DE102020216098A1 (en) Electrochemical cell and method of making an electrochemical cell
WO2022084026A1 (en) Membrane-electrode assembly for an electrochemical cell and method for the production of a membrane-electrode assembly
DE102020213140A1 (en) Membrane electrode assembly for an electrochemical cell and method of making a membrane electrode assembly
WO2017025557A1 (en) Membrane electrode assembly for a fuel cell, and fuel cell
EP4244923B1 (en) Fuel cell stack with compressible fabric structure
DE102019209776A1 (en) Bipolar plate for a fuel cell, method for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell and fuel cell
DE102021214824A1 (en) Media distributor structure, bipolar plate and electrochemical cell
DE112004002566B4 (en) Fuel cell with randomly distributed carbon fibers in a backing layer

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed