DE10236997B4

DE10236997B4 - Electrochemical cell stack

Info

Publication number: DE10236997B4
Application number: DE10236997A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing.(FH) Beckmann; Markus Dipl.-Ing. Schudy
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: DE10236997A1

Abstract

Elektrochemischer Zellenstapel,
mit einer Kanalstruktur für die Zufuhr, Zirkulation und Abfuhr von Betriebsmitteln, wobei die Kanalstruktur Verteilerbereiche (6, 7) zur Fluidverteilung zwischen Sammelkanälen (12–17) und einem aktiven Kanalbereich (3, 26) der einzelnen Zellen aufweist,
wobei ferner die Kanalstruktur in mindestens einem Verteilerbereich (6, 7) und im aktiven Kanalbereich (3, 26) jeweils aus separaten Bauteilen (1, 2, 18, 22, 23) besteht, wobei im Verteilerbereich (6, 7) mindestens ein separates Bauteil (18, 22, 23) angeordnet ist, welches einzelne Kanäle (21, 27, 28) aufweist, die eine Verbindung zu den Kanälen (5) des aktiven Kanalbereiches (3, 26) besitzen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanalstrukturen in zwei separate Separatorplatten (1, 2) eingeprägt sind, die so aufeinander gefügt sind, dass zwischen den Separatorplatten (1, 2) Kanäle (5) zur Verteilung eines Kühlfluids gegeben sind.Electrochemical cell stack,
with a channel structure for the supply, circulation and discharge of resources, the channel structure having distribution areas (6, 7) for fluid distribution between collecting channels (12-17) and an active channel area (3, 26) of the individual cells,
wherein furthermore the channel structure in at least one distributor region (6, 7) and in the active channel region (3, 26) consists respectively of separate components (1, 2, 18, 22, 23), wherein in the distributor region (6, 7) at least one separate one Component (18, 22, 23) is arranged, which has individual channels (21, 27, 28) which have a connection to the channels (5) of the active channel region (3, 26),
characterized,
in that the channel structures are embossed in two separate separator plates (1, 2), which are joined to one another such that channels (5) for distributing a cooling fluid are present between the separator plates (1, 2).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Zellenstapel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einen PEM-Brennstoffzellenstapel.The The invention relates to an electrochemical cell stack according to the The preamble of claim 1, in particular a PEM fuel cell stack.

In einer Elektrolysezelle mit einer Kathode und einer Anode wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Durch elektrischen Strom wird durch eine Ionenentladung eine chemische Verbindung zerlegt. Beim Anlegen einer äußeren Spannung werden an der Kathode im Rahmen eines Reduktionsvorganges von den Ionen Elektronen aufgenommen. An der Anode werden im Rahmen eines Oxidationsvorganges von den Ionen Elektronen abgegeben. Die Elektrolysezelle ist so aufgebaut, dass Reduktion und Oxidation voneinander getrennt ablaufen.In an electrolytic cell with a cathode and an anode is electrical Energy converted to chemical energy. By electric current is broken down by an ion discharge a chemical compound. When applying an external voltage be at the cathode in the context of a reduction process of the Ions electrons recorded. At the anode will be part of a Oxidation process of the ions emitted electrons. The electrolytic cell It is designed in such a way that reduction and oxidation proceed separately.

Brennstoffzellen sind galvanische Elemente mit Plus- und Minuspol, bzw. mit einer Kathode und einer Anode, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Hierzu werden Elektroden verwendet, die mit einem Elektrolyten und vorzugsweise einem Katalysator zusammenwirken. Am Pluspol findet eine Reduktion statt, wodurch Elektronenmangel besteht. Am Minuspol findet eine Oxidation statt, wodurch Elektronenüberschuß besteht. Die elektrochemischen Vorgänge laufen in der Brennstoffzelle ab, sobald ein äußerer Stromkreis geschlossen ist.fuel cells are galvanic elements with plus and minus pole, or with a Cathode and an anode, the chemical energy into electrical energy convert. For this purpose, electrodes are used that are filled with an electrolyte and preferably a catalyst. At the positive pole finds a reduction, whereby there is a lack of electrons. At the negative pole an oxidation takes place, whereby there is excess of electrons. The electrochemical operations run off in the fuel cell as soon as an external circuit is closed is.

In DE 100 47 248 A1 ist ein typischer Aufbau einer Brennstoffzelle gezeigt. Die Brennstoffzelle besteht aus einer Kathode, einer Anode und einer Matrix, die zusammen eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA) bilden. Die Kathode und die Anoden bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Körper, der als Träger für einen Katalysatorstoff dient. Die Matrix ist zwischen der Kathode und der Anode angeordnet und dient als Träger für einen Elektrolyten. Mehrere Brennstoffzellen werden unter Zwischenlage von Separatorplatten aufeinandergestapelt. Die Zuführung, Zirkulation und Abführung von Oxidanten, Brennstoffen und Kühlmitteln erfolgt über Kanalsysteme, welche mit den Separatorplatten erzeugt sind. Für jedes flüssige oder gasförmige Betriebsmittel sind in den Brennstoffzellenstapeln Zufuhrsammelkanäle, Verteilerkanäle und Abfuhrsammelkanäle vorgesehen, die durch Dichtmittel voneinander getrennt sind. Die Zufuhrsammelkanäle und Abfuhrsammelkanäle werden im englischsprachigen Raum als Ports bezeichnet. Über mindestens einen Zufuhrsammelkanal werden die Zellen eines Stapels parallel mit einem Oxidant-Fluid, einem Brennstoff-Fluid und einem Kühlmittel versorgt. Die Reaktionsprodukte, überschüssiges Brennstoff- und Oxidant-Fluid und erwärmtes Kühlmittel werden aus den Zellen über mindestens einem Abfuhrsammelkanal aus dem Stapel geführt. Die Verteilerkanäle bilden eine Verbindung zwischen dem Zu- und Abfuhrsammelkanal und den einzelnen aktiven Kanälen einer Brennstoffzelle. Die Brennstoffzellen können zur Spannungserhöhung in Reihe geschaltet sein. Die Stapel sind durch Endplatten abgeschlossen und in einem Gehäuse untergebracht, wobei Plus- und Minuspol nach außen zu einem Verbraucher geführt sind.In DE 100 47 248 A1 a typical structure of a fuel cell is shown. The fuel cell consists of a cathode, an anode and a matrix, which together form a membrane-electrode assembly (MEA). The cathode and the anodes each consist of an electrically conductive body, which serves as a carrier for a catalyst material. The matrix is disposed between the cathode and the anode and serves as a carrier for an electrolyte. Several fuel cells are stacked with the interposition of Separatorplatten. The supply, circulation and removal of oxidants, fuels and coolants via channel systems, which are produced with the Separatorplatten. For each liquid or gaseous resource, supply collection channels, distribution channels and discharge collection channels are provided in the fuel cell stacks separated by sealing means. The feed collection channels and collection collection channels are referred to as ports in English-speaking countries. Via at least one supply collection channel, the cells of a stack are supplied in parallel with an oxidant fluid, a fuel fluid and a coolant. The reaction products, excess fuel and oxidant fluid, and heated coolant are removed from the cells from the stack via at least one discharge collection channel. The distribution channels form a connection between the supply and discharge collection channel and the individual active channels of a fuel cell. The fuel cells can be connected in series for increasing the voltage. The stacks are closed by end plates and housed in a housing, with positive and negative poles are led to the outside to a consumer.

Separatorplatten können aus einem Graphitblock hergestellt sein, in den eine Struktur aus Verteilerkanälen gefräst wurde. Des weiteren können Separatorplatten aus metallischen Platten hergestellt sein, wobei durch Prägen eine Kanalstruktur gebildet ist. Beim Prägen einer Separatorplatte entsteht zwangsläufig zu einer an der Oberseite geprägten positiven Kanalstruktur eine negative Kanalstruktur auf der Unterseite. Weil die Kanalstruktur im elektrochemisch aktiven Kanalbereich relativ gleichmäßig ausgebildet ist, lassen sich die Kanalstrukturen relativ einfach durch Hohlprägen herstellen. Im Bereich der Verteilerkanäle, wo die Fluide von den Sammelkanälen zu den Kanälen des aktiven Kanalbereiches geführt werden ist im allgemeinen auf der Oberseite einer Separatorplatte eine andere Führung der Kanäle notwendig als auf der Unterseite, was im Prägeprozeß problematisch ist. Die Strukturen im Verteilerkanalbereich können beliebig kompliziert ausfallen, so dass ein Prägewerkzeug in diesem Bereich nur kostenaufwendig zu fertigen ist. Derartige Prägewerkzeuge sind Sonderwerkzeuge, die unflexibel sind und stark verschleißanfällig.separator can be made of a graphite block, in the structure out distribution channels milled has been. Furthermore, you can Separator plates be made of metal plates, wherein by embossing a channel structure is formed. When embossing a separator plate inevitably arises a stamped on the top positive Channel structure a negative channel structure on the bottom. Because the channel structure in the electrochemically active channel region relative evenly formed is, the channel structures can be relatively easily produced by hollow stamping. In the area of distribution channels, where the fluids from the collection channels to the channels guided the active channel area is generally on top of a separator plate another guide of the channels necessary as on the bottom, which is problematic in the stamping process. The structures in the distribution channel area Any complicated, so that an embossing tool in this area only expensive to manufacture. Such embossing tools are special tools that are inflexible and very susceptible to wear.

In der japanischen Patentanmeldung JP 63105474 A ist eine bipolare Platte für eine Brennstoffzelle dargestellt, die eine Kanalstruktur für die Verteilung, d.h. Einleitung, Zirkulation und Ableitung von Reaktionsgasen (Brennstoff und Luft) aufweist. Die bipolare Platte ist in einen aktiven Kanalbereich und einen Verteilerbereich unterteilt. Im Verteilerbereich ist ein separates Bauteil angeordnet, das eigene Öffnungen beinhaltet, welche mit den Kanalöffnungen des aktiven Kanalbereichs verbunden sind.In the Japanese patent application JP 63105474 A a bipolar plate for a fuel cell is shown, which has a channel structure for the distribution, ie, introduction, circulation and discharge of reaction gases (fuel and air). The bipolar plate is divided into an active channel region and a manifold region. In the distributor area a separate component is arranged, which contains its own openings, which are connected to the channel openings of the active channel area.

In dem amerikanischen Patent US 6,329,094 B1 wird ein Separator für eine PEM-Brennstoffzelle beschrieben, welcher Kanalstrukturen für die Zufuhr, Zirkulation und Abfuhr von Reaktionsgasen besitzt. Im Zentrum des Separatorrrahmens ist z.B. eine anodenseitige Kanalstruktur angeordnet, welche den aktiven Kanalbereich kennzeichnet. Der Separator weist Bohrungen auf, die in einem Stapel fluchtend übereinander angeordneter Einzelzellen Verteilungs- bzw. Sammelrohre ergeben, die mit Verteilungsbereichen der Separatoren fluidisch verbunden sind.In the American patent US 6,329,094 B1 describes a separator for a PEM fuel cell, which has channel structures for the supply, circulation and removal of reaction gases. In the center of the Separatorrrahmens example, an anode-side channel structure is arranged, which identifies the active channel area. The separator has bores which, in a stack of individual cells arranged one above the other, result in distribution or collecting pipes which are fluidically connected to distribution areas of the separators.

In der japanischen Patentanmeldung JP 61128469 A wird ein Separator mit einer Kanalstruktur für die Zufuhr, Zirkulation und Abfuhr von Betriebsmitteln beschrieben, wobei die Kanalstruktur Verteilerbereiche zur Fluidverteilung zwischen Sammelkanälen und einem aktiven Kanalbereich der einzelnen Zellen aufweist.In the Japanese patent application JP 61128469 A is a separator with a channel structure for the supply, circulation and discharge of Be The channel structure has distribution areas for fluid distribution between collecting channels and an active channel area of the individual cells.

Aus der internationalen Anmeldung WO 98/47197 A1 ist eine Fluidströmungsplatte für eine Brennstoffzelle bekannt, wobei in dem Verteilerbereich der Fluidströmungsplatte ein separates Bauteil positioniert ist, das einzelne Kanäle aufweist. Die Kanäle des separaten Bauteils stehen in Kontakt mit den Kanälen der Fluidströmungsplatte.Out International Application WO 98/47197 A1 is a fluid flow plate for a fuel cell known, wherein in the distributor region of the fluid flow plate a separate component is positioned having individual channels. The channels of the separate component are in contact with the channels of the Fluid flow plate.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrochemischen Zellenstapel zu entwickeln, dessen Kanalstrukturen mit einem geringen Aufwand an Kosten und Material herstellbar sind.task the invention is to develop an electrochemical cell stack its channel structures with a low cost of costs and Material can be produced.

Die Aufgabe wird mit einem elektrochemischen Zellenstapel gelöst, der die Merkmale nach dem Patentanspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Task is solved with an electrochemical cell stack, the having the features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Gemäß der Erfindung bestehen die Kanalstrukturen in einem Verteilerbereich und im aktiven Kanalbereich jeweils aus separaten Bauteilen. Bei Brennstoffzellen mit Separatorplatten können diese aus zwei separaten Teilplatten bestehen, die mit Bauteilen zusammenwirken, welche eigene Kanäle aufweisen, die die Fluidverteilung von oder zu einem Sammelkanal bewirken. Diese Teilplatten lassen sich jeweils getrennt durch Hohlprägen herstellen, wobei nur zwei unabhängige Strukturen realisiert werden müssen, bei denen die Struktur auf der Vorderseite mit der auf der Rückseite korrespondiert. Bei Brennstoffzellenstapeln, bei denen drei unabhängige Kanalstrukturen für drei verschiedene Fluide vorgesehen werden müssen, kann eine zusätzliche Kanalstruktur für ein Reaktionsgas oder ein Kühlfluid jeweils in eine Membran-Elektroden-Einheit integriert werden oder als separates Bauteil ausgeführt sein, wobei die anderen zwei Kanalstrukturen durch die Separatorplatten gebildet werden.According to the invention The channel structures consist of a distributor area and the active channel area each from separate components. For fuel cells with separator plates can These consist of two separate sub-panels, with components interact, which have their own channels, the fluid distribution from or to a collection channel effect. Leave these part plates each separately prepared by hollow stamping, with only two independent Structures must be realized where the structure is on the front with the one on the back corresponds. For fuel cell stacks, where three independent channel structures for three Different fluids must be provided, an additional Channel structure for a reaction gas or a cooling fluid each integrated in a membrane-electrode unit or executed as a separate component be, with the other two channel structures through the Separatorplatten be formed.

Eine Möglichkeit besteht darin, ein separates strukturiertes Bauteil zwischen zwei geprägte Separatorplatten zu legen, damit die Verteilung eines Kühlmediums zu den Kanälen im aktiven Bereich gewährleistet ist und der Verteilerbereich für ein Brenngas und ein Oxidationsmittel separat ausgeführt werden kann, ohne Kanäle für ein Kühlfluid berücksichtigen zu müssen. Durch die Erfindung wird eine flexible Gestaltung der Kanalstrukturen ermöglicht. Die Kanalstruktur kann dabei im Verteilerbereich jeweils auf der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ausgebildet sein und aus Gasverteilerpapier bestehen. Eine Kombination aus den beschriebenen Ausführungen ist möglich.A possibility consists of a separate structured component between two embossed Separator plates to lay, so that the distribution of a cooling medium to the channels guaranteed in the active area is and the distribution area for a fuel gas and an oxidant can be carried out separately, without channels for a cooling fluid take into account have to. The invention provides a flexible design of the channel structures allows. The channel structure can in each case in the distributor area on the Membrane electrode unit (MEA) be formed and gas distribution paper consist. A combination of the described embodiments is possible.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden, es zeigen:The Invention will be explained below with reference to exemplary embodiments, show it:

1: zwei komplementäre Separatorplatten einer Brennstoffzelle in Draufsicht; 1 two complementary separator plates of a fuel cell in plan view;

2: eine ausschnittsweise Darstellung einer Brennstoffzelle im Verteilerbereich für Brennstoff oder Oxidationsmittel; 2 a fragmentary representation of a fuel cell in the distribution area for fuel or oxidant;

3–5: strukturierte Bauteile zur Fluidverteilung; 3 - 5 : structured components for fluid distribution;

6: eine ausschnittsweise Darstellung einer Brennstoffzelle im Verteilerbereich für ein Kühlfluid; 6 a partial view of a fuel cell in the distributor region for a cooling fluid;

7: ein Schema einer Membran-Elektroden-Einheit mit strukturiertem Gasverteilerpapier; 7 a schematic of a membrane electrode assembly with structured gas distribution paper;

8: eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts einer Gruppe bestehend aus einer Membran-Elektroden-Einheit und zweier Separatorplatten. 8th : An exploded view of a section of a group consisting of a membrane-electrode assembly and two separator plates.

In 1 sind zwei komplementäre Separatorplatten 1, 2 einer Brennstoffzelle dargestellt. Die durch Prägen hergestellten Separatorplatten 1, 2 besitzen jeweils in einem aktivem Kanalbereich 3 eine strukturierte Oberfläche aus Stegen 4 und Kanälen 5. Beim Aufeinanderfügen der zwei Separatorplatten 1, 2 liegen diese mit den Stegen 4 aneinander. Die Stege 4 und Kanäle 5 sind gerade ausgerichtet, was einer kostengünstigen Herstellung durch Prägen entgegenkommt. Den aktiven Kanalbereichen 3 schließen sich in Längsrichtung der Stege 4 und Kanäle 5 Verteilerbereiche 6, 7 an. In den Verteilerbereichen 6, 7 besitzen die Separatorplatten 1, 2 Freiräume 8–11 zum Einlegen von separaten strukturierten Bauteilen für die Brennstoff-, Oxidanten- bzw. Kühlfluidverteilung von Sammelkanälen 12–17 zu den Kanälen 5. Die Freiräume 8–11 sind in der 1 gestrichelt gezeichnet. Die Freiräume 8–11 weisen keine besondere Struktur auf, sind deshalb einfach durch Prägen herstellbar.In 1 are two complementary separator plates 1 . 2 a fuel cell shown. The separator plates made by stamping 1 . 2 each have an active channel area 3 a structured surface of webs 4 and channels 5 , When assembling the two separator plates 1 . 2 these lie with the webs 4 together. The bridges 4 and channels 5 are aligned, which accommodates a cost-effective production by embossing. The active channel areas 3 close in the longitudinal direction of the webs 4 and channels 5 distribution areas 6 . 7 at. In the distribution areas 6 . 7 own the separator plates 1 . 2 Free rooms 8th - 11 for inserting separate structured components for the fuel, oxidant or cooling fluid distribution of collecting ducts 12 - 17 to the channels 5 , The open spaces 8th - 11 are in the 1 drawn dashed. The open spaces 8th - 11 have no special structure, are therefore easy to produce by embossing.

In der nachstehenden Beschreibung, werden für Elemente mit äquivalenter Funktion die vorgehend bereits eingeführten Bezugszeichen verwendet.In The following description will be used for equivalent elements Function the previously used previously used reference numerals.

Aus 2 geht näher hervor, wie ein separates Bauteil 18 zur Verteilung eines Brenngases in den Freiraum 8 der Separatorplatte 1 eingelegt ist. Die Elemente in 2 sind in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Der aktive Kanalbereich 3 der Separatorplatte 1 liegt eng an dem aktiven Bereich einer Membran-Elektroden-Einheit 19 an. Ein Bauteil 18 füllt den Freiraum 8 voll aus.Out 2 goes further, like a separate component 18 for distributing a fuel gas into the free space 8th the separator plate 1 is inserted. The elements in 2 are shown in an exploded view. The active channel area 3 the separator plate 1 is close to the active area of a membrane-electrode assembly 19 at. A component 18 fills the free space 8th fully out.

Wenn durch den Sammelkanal 12 Brennstoff 20, wie z.B. Wasserstoff, geleitet wird, dann tritt der Brennstoff 20 auf der dem Sammelkanal 12 zugewandten Seite in Kanäle 21 des Bauteils 18 ein, die zu den Kanälen 5.1 der Separatorplatte 1 führen. Im weiteren Verlauf durchströmt der Brennstoff 20 die Kanäle 5.1 der Separatorplatte 1. Beim Vorbeiströmen an der Membran-Elektroden-Einheit 19 wird der Brennstoff 20 weitestgehend verbraucht. Restlicher Brennstoff 20 gelangt am anderen Ende der Kanäle 5.1 zu einem weiteren separaten Bauteil im Freiraum 9 der Separatorplatte 1. Dieses Bauteil besitzt ebenfalls einzelne Kanäle, die das Restgas von den Kanälen 5.1 zum Sammelkanal 17 leiten.If through the collection channel 12 fuel 20 , such as hydrogen, is passed, then enters the fuel 20 on the collecting duct 12 facing side in channels 21 of the component 18 one to the channels 5.1 the separator plate 1 to lead. In the further course flows through the fuel 20 the channels 5.1 the separator plate 1 , When flowing past the membrane-electrode unit 19 becomes the fuel 20 largely consumed. Remaining fuel 20 arrives at the other end of the channels 5.1 to another separate component in the free space 9 the separator plate 1 , This component also has individual channels that remove the residual gas from the channels 5.1 to the collection channel 17 conduct.

Jedem Sammelkanal 12–17 sind eigene Bauteile 18 zugeordnet, die in separaten Freiräumen 8–11 zwischen zwei Separatorplatten 1, 2 oder zwischen einer Separatorplatte 1, 2 und einer benachbarten Membran-Elektroden-Einheit 19 untergebracht sind.Each collection channel 12 - 17 are their own components 18 assigned in separate open spaces 8th - 11 between two separator plates 1 . 2 or between a separator plate 1 . 2 and an adjacent membrane-electrode assembly 19 are housed.

In den 3–5 sind Ausführungsbeispiele für separate Bauteile 18, 22, 23 dargestellt.In the 3 - 5 are exemplary embodiments of separate components 18 . 22 . 23 shown.

Das Bauteil 18 nach 3 dient zur Verteilung von Brennstoff über den Sammelkanal 12. Auf der Seite des Sammelkanals 12 sind die Kanäle 21 des Bauteils 18 so zusammengeführt, dass sie sicher in den Sammelkanal 12 münden. Auf der Seite der Separatorplatte 1 bzw. auf der Seite des aktiven Kanalbereiches der Membran-Elektroden-Einheit 19 sind die Kanäle 21 des Bauteils 18 so verteilt angeordnet, dass sie in die Kanäle 5.1 der Separatorplatte 1 münden. Im Bauteil 18 können ebensoviel Kanäle 21 ausgebildet sein, wie Kanäle 5.1 in der Separatorplatte 1 geprägt sind.The component 18 to 3 serves to distribute fuel through the collecting duct 12 , On the side of the collecting channel 12 are the channels 21 of the component 18 merged so that they are safe in the collection channel 12 lead. On the side of the separator plate 1 or on the side of the active channel region of the membrane-electrode assembly 19 are the channels 21 of the component 18 arranged so that they are in the channels 5.1 the separator plate 1 lead. In the component 18 can have as many channels 21 be formed, like channels 5.1 in the separator plate 1 are characterized.

Die Bauteile 22, 23 in den 4 und 5 dienen zur Verteilung von Oxidationsmittel und Kühlmittel über die Sammelkanäle 14, 15 und 13, 16. Entsprechend der Lage der Sammelkanäle 14–16 sind die Kanäle 21 der Bauteile 22, 23 in der entsprechenden Höhe zusammengeführt.The components 22 . 23 in the 4 and 5 serve to distribute oxidant and coolant through the collection channels 14 . 15 and 13 . 16 , According to the location of the collection channels 14 - 16 are the channels 21 of the components 22 . 23 merged in the appropriate height.

Aus 6 geht aus einer Explosionsdarstellung näher hervor, wie das separate Bauteil 23 zur Verteilung eines Kühlfluids 24 in den Freiraum 10 zwischen den Separatorplatten 1, 2 eingelegt ist. Das Kühlfluid 24 wird über den Sammelkanal 13 der Brennstoffzelle zugeleitet. Die Bauteile 23 zwischen den Separatorplatten 1, 2 übernehmen die Verteilung des Kühlfluids 24 zu den Kanälen 5 zwischen den an den Stegen 4 zusammengebrachten Separatorplatten 1, 2. Weitere Bauteile 23 auf der Seite des Sammelkanals 16 führen erwärmtes Kühlfluid 24 aus den Kanälen 5 in den Sammelkanal 16 zusammen.Out 6 is more apparent from an exploded view, as the separate component 23 for distributing a cooling fluid 24 in the open space 10 between the separator plates 1 . 2 is inserted. The cooling fluid 24 is via the collection channel 13 fed to the fuel cell. The components 23 between the separator plates 1 . 2 take over the distribution of the cooling fluid 24 to the channels 5 between the on the jetties 4 matched separator plates 1 . 2 , Other components 23 on the side of the collecting channel 16 lead heated cooling fluid 24 from the channels 5 in the collection channel 16 together.

Anhand der 7 und 8 soll nachstehend eine weitere Variante der Erfindung beschrieben werden. 7 zeigt eine Membran-Elektroden-Einheit 25 mit Durchbrüchen für die Sammelkanäle 12–17. Der elektrochemisch aktive Bereich 26 erstreckt sich zwischen den Sammelkanälen 12–17, so dass die Verteilerbereiche 6, 7 ebenfalls elektrochemisch aktiv sind. Die Membran-Elektroden-Einheit 25 besitzt als Elektrode eine poröse Gasdiffusionselektrode aus einem kohlenstoffhaltigen Pressverbund. Die Membran-Elektroden-Einheit 25 weist in den Verteilungsbereichen 6, 7 Kanalstrukturen in der Gasdiffusionselektrode auf, die ein Fluid verteilen und elektrochemisch aktiv sind. Die Kanäle 27, 28 in den Verteilerbereichen 6, 7 können beim Herstellen der Gasdiffusionselektrode durch Pressen oder Sintern erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Plattenmaterial für die Herstellung der Gasdiffusionselektrode, wobei einzelne Platten mit Ausschnitten versehen werden, die beim Übereinanderschichten zusammen mit nicht ausgeschnittenen Platten die Kanalstrukturen ergeben. Eine weitere Möglichkeit besteht in der spanenden Fertigung der Kanalstrukturen, beispielsweise durch Fräsen. Die Kanäle 27 führen jeweils von einem Sammelkanal 12 in den aktiven Bereich 26 der Membran-Elektroden-Einheit 25. Die Kanäle 28 leiten ein Fluid aus dem aktiven Bereich 26 der Membran-Elektroden-Einheit 25 zum Sammelkanal 15. Die Kanäle 27, 28 liegen über die Höhe des aktiven Bereiches 26 annähernd gleichmäßig verteilt.Based on 7 and 8th will be described below, a further variant of the invention. 7 shows a membrane electrode assembly 25 with openings for the collecting ducts 12 - 17 , The electrochemically active area 26 extends between the collection channels 12 - 17 so that the distributor areas 6 . 7 are also electrochemically active. The membrane-electrode unit 25 has as an electrode a porous gas diffusion electrode made of a carbon-containing composite press. The membrane-electrode unit 25 points in the distribution areas 6 . 7 Channel structures in the gas diffusion electrode, which distribute a fluid and are electrochemically active. The channels 27 . 28 in the distribution areas 6 . 7 can be generated by pressing or sintering in the manufacture of the gas diffusion electrode. Another possibility is the use of plate material for the production of the gas diffusion electrode, wherein individual plates are provided with cut-outs which, when stacked together with non-cut-out plates, give the channel structures. Another possibility is the machining of the channel structures, for example by milling. The channels 27 each lead from a collection channel 12 in the active area 26 the membrane-electrode unit 25 , The channels 28 conduct a fluid out of the active area 26 the membrane-electrode unit 25 to the collection channel 15 , The channels 27 . 28 are above the height of the active area 26 distributed approximately evenly.

Die Explosionsdarstellung in 8 zeigt einen Ausschnitt aus einer Gruppe bestehend aus einer Membran-Elektroden-Einheit 25 nach 7 und zweier Separatorplatten 1, 2 nach 1. Im Verteilerbereich 6 ist die Membran-Elektroden-Einheit 25 mit einer Überhöhung 29 ausgeführt, die in den Freiraum 8 passt, der an der Separatorplatte 1 ausgebildet ist. In der Überhöhung 29 befinden sich die Kanäle 27.The exploded view in 8th shows a section of a group consisting of a membrane-electrode unit 25 to 7 and two separator plates 1 . 2 to 1 , In the distribution area 6 is the membrane-electrode unit 25 with an elevation 29 Running in the open space 8th fits that on the separator plate 1 is trained. In the elevation 29 are the channels 27 ,

1, 21, 2: Separatorplatteseparator
33: Kanalbereichchannel area
44: Stegweb
55: Kanalchannel
6, 76 7: Verteilerbereichdistribution area
8–118-11: Freiraumfree space
12–1712-17: Sammelkanalcollecting duct
1818: Bauteilcomponent
1919: Membran-Elektroden-Einheit (MEA)Membrane-electrode assembly (MEA)
2020: Brennstofffuel
2121: Kanalchannel
22, 2322 23: Bauteilcomponent
2424: Kühlfluidcooling fluid
2525: Membran-Elektroden-Einheit (MEA)Membrane-electrode assembly (MEA)
2626: BereichArea
27, 2827 28: Kanalchannel
2929: Überhöhungcamber

Claims

Electrochemical cell stack, having a channel structure for the supply, circulation and removal of resources, wherein the channel structure distribution areas ( 6 . 7 ) for fluid distribution between collecting channels ( 12 - 17 ) and an active channel area ( 3 . 26 ) of the individual cells, wherein furthermore the channel structure in at least one distribution area ( 6 . 7 ) and in the active channel area ( 3 . 26 ) each of separate components ( 1 . 2 . 18 . 22 . 23 ), where in the distribution area ( 6 . 7 ) at least one separate component ( 18 . 22 . 23 ), which individual channels ( 21 . 27 . 28 ) which connects to the channels ( 5 ) of the active channel area ( 3 . 26 ), characterized in that the channel structures are divided into two separate separator plates ( 1 . 2 ), which are joined to one another in such a way that between the separator plates ( 1 . 2 ) Channels ( 5 ) are given for the distribution of a cooling fluid.

Electrochemical cell stack according to Claim 1, characterized in that, in the case of a stack formed as a fuel cell stack, a plurality of membrane-electrode units (MEA) (MEA) (US Pat. 19 . 25 ) in each case by separator plates ( 1 . 2 ) are separated from each other, the channel structure ( 21 ) in the distribution area ( 6 ) in a separate component ( 18 ), which between a Separatorplatte ( 1 ) and an adjacent membrane-electrode assembly (MEA) ( 19 ) is arranged.

Electrochemical cell stack according to Claim 1, characterized in that, in the case of a stack formed as a fuel cell stack, a plurality of membrane-electrode units (MEA) (MEA) (US Pat. 19 ) in each case by separator plates ( 1 . 2 ), wherein the channel structure in the distributor area ( 6 ) for a cooling fluid ( 24 ) in a separate component ( 23 ), which between the Separatorplatten ( 1 . 2 ) is arranged.

Electrochemical cell stack according to Claim 1, characterized in that, in the case of a stack formed as a fuel cell stack, a plurality of membrane-electrode units (MEA) (MEA) (US Pat. 25 ) in each case by separator plates ( 1 . 2 ) are separated from each other, the channel structure ( 27 . 28 ) in the distribution area ( 6 . 7 ) each on the membrane-electrode unit (MEA) ( 25 ) is trained.

Electrochemical cell stack according to claim 4, characterized in that the channel structure ( 27 . 28 ) on the membrane electrode assembly (MEA) ( 25 ) consists of introduced in the production of the unit surface structures.

Electrochemical cell stack according to claim 4, characterized in that the channel structure ( 27 . 28 ) on the membrane electrode assembly (MEA) ( 25 ) consists of gas distribution paper.

Electrochemical cell stack according to claim 6, characterized in that the channel structure ( 27 . 28 ) consists of smooth and structured gas distribution paper, which is stacked.

Electrochemical cell stack according to claim 1, characterized in that the separate component ( 18 . 22 . 23 ) in the distribution area ( 6 . 7 ) individual separate channels ( 21 . 27 . 28 ), each at a collecting channel ( 12 - 17 ) converge on the collecting duct ( 12 - 17 ) facing away from a channel ( 5 ) of the active channel area ( 3 . 26 ) to lead.