[go: up one dir, main page]

DE10245475A1 - Bipolarplatte - Google Patents

Bipolarplatte Download PDF

Info

Publication number
DE10245475A1
DE10245475A1 DE10245475A DE10245475A DE10245475A1 DE 10245475 A1 DE10245475 A1 DE 10245475A1 DE 10245475 A DE10245475 A DE 10245475A DE 10245475 A DE10245475 A DE 10245475A DE 10245475 A1 DE10245475 A1 DE 10245475A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
channels
plate
bipolar plate
supply
plate according
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.)
Granted
Application number
DE10245475A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10245475B4 (de
Inventor
Kai Lemke
Markus Lemm
Raimund Stroebel
Dominique Tasch
Bernd Gaugler
Dieter Grafl
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.)
Reinz Dichtungs GmbH
Original Assignee
Reinz Dichtungs 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 Reinz Dichtungs GmbH filed Critical Reinz Dichtungs GmbH
Priority to DE10245475A priority Critical patent/DE10245475B4/de
Publication of DE10245475A1 publication Critical patent/DE10245475A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10245475B4 publication Critical patent/DE10245475B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Es wird eine Bipolarplatte (1) für Brennstoffzellenstacks, welche zwei elektrisch miteinander verbundene Außenflächen (2, 3) zur elektrischen Kontaktierung sowie Ab- und Zufuhr von Gasen und/oder Flüssigkeiten zu an die Außenflächen benachbarten Flächen (4, 5) von Brennstoffzellen aufweist, vorgeschlagen. Die Bipolarplatte (1) weist eine erste (2) und eine zweite (3) Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte (6) auf. Die Versorgungsplatte weist Kühlkanäle (7) zum Kühlen der Außenplatten (2, 3) sowie erste Kanäle (8), welche in erste Öffnungen (9) der ersten Außenplatte (2) münden, und zweite Kanäle (10), welche in zweite Öffnungen (11) der zweiten Außenplatte (3) münden, auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für Brennstoffzellenstacks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei PEM-Brennstoffzellen (Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen) werden üblicherweise mehrere Brennstoffzellen (bezeichnet auch als Elektroden-Membran-Einheit, EME) aufeinander geschichtet zu einem Brennstoffzellenstack. Die Abtrennung zwischen den einzelnen Zellen erfolgt durch Bipolarplatten, die folgende Funktion übernehmen:
    • – Elektrische Kontaktierung der Elektroden der Brennstoffzellen und Weiterleitung des Stroms zur benachbarten Zelle (Serienschaltung der Zellen),
    • – Versorgung der Zellen mit Reaktionsgasen und Abtransport des erzeugten Wassers über eine entspre chende Kanalstruktur,
    • – Weiterleiten der bei der Reaktion in den Brennstoffzellen entstehenden Abwärme, sowie
    • – Abdichten der verschiedenen Gas- bzw. Kühlkammern gegeneinander und nach außen.
  • Bisher wurden für Bipolarplatten meist grafitischen Werkstoffe eingesetzt. Der Vorteil Werkstoffgruppe lag in ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und in Hinblick auf die mobile Anwendungen auch auf ihrer geringen Materialdichte. Die Anfälligkeit auf Zugspannungen und die damit verbundene Sprödigkeit von Grafit engt jedoch die Wahl des Formgebungsverfahrens für die Strukturierung stark ein. Die spanende Formgebung stellt dabei keine Option für eine kostengünstige Massenproduktion dar.
  • Weiterhin sind dem Design von grafitgebundenen Strukturplatten Grenzen bezüglich der Strukturstärke gesetzt. Der Grund hierfür liegt zum einen an der bereits erwähnten Sprödigkeit von Grafit und andererseits an der Restporosität des Werkstoffes, die stets die Gefahr einer unzulässigen Gaspermeabilität in sich birgt.
  • Als Alternative ist es auch versucht worden, metallische Bipolarplatten aus Edelstahl oder Titan herzustellen. Hierbei ergeben sich Nachteile in Bezug auf Korrosion sowie bezüglich der Kosten. Die Herstellung komplizierter Kanalstrukturen mit metallischen Platten erfordert sehr aufwendige Formgebungsverfahren, welche den Bau dieser Bipolarplatten stark verteuern. Hierbei ist zu beachten, daß bei aus mehreren Teilen aufgebauten Bipolarplatten oft Zusatzprobleme in Be zug auf die Dichtigkeit entstehen können.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine leichtbauende, kleinvolumige und preiswerte Bipolarplatte zur Verfügung zu stellen, welche im Sinne der obigen Anforderungen gute Leitfähigkeit, Korrosionsfestigkeit, funktionierende Medienversorgung, Kühlung sowie Dichtigkeit zeigt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Bipolarplatte nach Anspruch 1 gelöst.
  • Dadurch, daß die Bipolarplatte eine erste und eine zweite Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte aufweist, wobei die Versorgungsplatte Kühlkanäle zum Kühlen der Außenplatten sowie erste Kanäle, welcher in erste Öffnungen der ersten Außenplatte münden, und zweite Kanäle, welche in zweite Öffnungen der zweiten Außenplatte münden, aufweist, werden die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt.
  • Die ersten bzw. zweiten Öffnungen dienen hierbei zur Versorgung des Kathoden- bzw. Anodengasraums mit z.B. molekularem Wasserstoff/Sauerstoff oder Luft bei PEM-Brennstoffzellen. Besonders vorteilhaft ist, daß sich ein einfacher modularer Aufbau für die Bipolarplatte ergibt. Die Versorgungsplatte kann z.B. als Spritzgußteil aus leichten Materialien (insbesondere Kunststoffen) aufgebaut werden. Die Kanalstrukturen sind einfach vorzusehen.
  • Eine zentrale Idee ist, daß die Werkstoff von Außenplatten sowie Versorgungsplatte ihren Anforderungen gemäß variiert werden können, d.h. daß für die Versorgungsplatte ein kostengünstig formbares Material zur Kanalbildung vorgesehen werden kann und für die Außenplatten günstige elektrisch leitfähige Materialien guter Stabilität vorgesehen werden können. Hierbei bildet die der Versorgungsplatte zugewandte Innenseite der jeweiligen Außenplatte vorteilhafterweise eine Begrenzungswand für Kanäle, so daß kein aufwendiges geschlossenes Kanalsystem innerhalb der Versorgungsplatte mit aufwendigen Hinterschneidungen nötig ist. Außerdem ist es einfach möglich, die Kanäle in der Versorgungsplatte mit einem geringen Strömungswiderstand vorzusehen, was eine gute Voraussetzung für eine gleichmäßige Gasversorgung sowie einen hohen Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellenstacks darstellt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- und erste Abführkanäle ausgeführt sind, welche voneinander getrennt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen diesen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen, d.h. durch die erste Außenplatte hindurch möglich ist. Hiermit wird mit einfach aufgebauten Kanalstrukturen eine gezielte Gasführung auf breiter Fläche der der Versorgungsplatte abgewandten Seite der ersten Außenplatte erzielt, wenn diese flächig mit einer Gasdiffusionsschicht zur Gasversorgung einer Membran verbunden ist. (Zur Erläuterung: Die Zu- und Abführkanäle wurden in den Ansprüchen sowie den obigen Ausführungen immer mit Bezug auf die ersten Kanäle geschildert. Die Verhältnisse sind für die zweiten Kanäle völlig analog, es wurde jedoch aus Gründen der verbesserten Lesbarkeit am Beispiel der ersten Kanäle beschrieben) Bei der Aufspaltung der ersten Kanäle in Zu- sowie Abführkanäle ist auch eine gute Integration der Kühlkanäle möglich, etwa im Bereich zwischen den Zuführ- und Abführkanälen.
  • Besonders vorteilhaft ist auch, daß die ersten und zweiten Kanäle jeweils auf einer Seite der Versorgungsplatte von ihrer jeweiligen Außenplatte abgedeckt werden, wobei im Inneren der Versorgungsplatte die ersten und zweiten Kanäle jeweils nur durch im Wesentlichen parallel zu den Außenplatten verlaufende Begrenzungswände getrennt sind. Dennoch ist es möglich, den Kühlkreislauf in Kanälen über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte zu führen, d.h. daß gleichzeitig beide Außenplatten mit einem einzigen Kühlkanal, welcher von den Außenplatten abgedeckt wird, gekühlt werden, so daß sich insgesamt eine recht homogene Temperatur der bipolaren Platte ergibt.
  • Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, daß die erste bzw. zweite Außenplatte aus Metall bestehen (z.B. Titan, Edelstahl, Aluminium, Kupfer. Je nach Metall bietet es sich an, die Außenplatte als zumindest bereichsweise auf der der Versorgungsplatte abgewandten Seite mit einer korrosionsfesten und elektrisch leitfähigen Schicht zu überziehen.
  • Hierbei ist es besonders vorteilhaft, diese korrosionsfeste Schicht als Trägermasse mit darin eingelegten und/oder eingepressten elektrisch leitfähigen Strukturen vorzusehen, wobei die Strukturen einerseits die unbeschichtete Metallplatte berühren und andererseits aus der der Metallplatte abgewandten Seite der korrosionsfesten Schicht herausragen. Hierbei wird der Korrosionsschutz im Wesentlichen durch die Trägermasse erzielt, welche z.B. aus leitfähigen Duro- oder Thermoplasten oder Epoxydharzen oder Lacken bestehen kann (Leitfähigkeit ist aber nicht zwingend). In jedem Fall muß die korrosionsfeste Schicht aber eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, als elektrisch leitende Strukturen kommen hierbei vorteilhafterweise Grafitfasern, Grafitfaservliese, Grafitkörner oder Titanfasern in Frage. Diese Strukturen können in ihrer Anzahl und Länge so abgestimmt sein, daß in der Einbaulage der Bipolarplatte die aus der Trägermasse herausragenden Strukturen gleichzeitig eine Gasdiffusionsschicht zur gleichmäßigen Verteilung von Versorgungsgasen (etwa molekularem Wasserstoff oder molekularem Sauerstoff oder Luft) von der Bipolarplatte zu einer angrenzenden EME bewirken und somit zusätzliche Diffusionslagen überflüssig machen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die aus der Trägermasse herausragenden Strukturen mit einer weiteren Diffusionsschicht zu verbinden bzw. zu verweben.
  • Die vorliegende Erfindung wird wirtschaftlich besonders interessant, wenn die Versorgungsplatte aus spritzformbaren Kunststoffen hergestellt wird. Um eine elektrische Leitung über die Versorgungsplatte auch bei elektrisch nicht leitfähigen Kunststoffen zu erreichen, wird hierzu bei Bedarf ein gesondertes elektrisches Brückenelement vorgesehen, welches die erste und die zweite Außenplatte miteinander elektrisch verbindet. Vorzugsweise können diese Außenplatten aus einem Stück gefertigt und mit Hilfe geeigneter Verfahren umgeformt, die Versorgungsplatte umschließend, ausgeführt werden.
  • In die erfindungsgemäße Bipolarplatte sind außerdem Sensoren zur Messung von Temperatur und/oder Druck in den ersten, zweiten bzw. Kühlkanälen möglich. Nach Maßgabe dieser Einrichtungen können dann in der Versorgungsplatte ebenfalls untergebrachte Einheiten zur Regelung des Flusses von Gasen und/oder Flüssigkeiten durch die Kanäle wie Ventile, Blenden oder dergleichen den Fluß durch die Kanäle beeinflussen. Außerdem ist es z.B. möglich, die ersten Öffnungen der ersten Außenplatte entlang der ersten Kanäle zur gezielten Anpassung des Fluidmassenstroms (also z.B. für eine gleichmäßige Gasverteilung auf der der Versorgungsplatte abgewandten Seite der Außenplatte), in Anzahl, Form und Größe zu variieren, so daß eine gleichmäßige Gasausströmung gegeben ist.
    •
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte, welche zwischen zwei Brennstoffzellen eingespannt ist,
  • 2a bis 2b verschiedene dreidimensionale Ansichten einer erfindungsgemäße Versorgungsplatte.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1, welche zwei Brennstoffhalbzellen mit Membranen 4 bzw. 5 voneinander trennt. Zur seitlichen Abdichtung des Kathoden- bzw. Anodengasraums sind zwischen Bipolarplatte und Membran jeweils Dich tungen 15 vorgesehen.
  • Die Bipolarplatte 1 besteht aus einem Verbund einer Versorgungsplatte 6 sowie zwei damit verbundenen Außenplatten, einer ersten Außenplatte 2 und einer zweiten Außenplatte 3. In der Versorgungsplatte 6 sind Kühlkanäle 7 vorgesehen, welche sich über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte erstrecken und an ihrer Ober- bzw. Unterseite von den Außenplatten abgedeckt bzw. abgedichtet werden. Außerdem sind erste Kanäle 8 in der Versorgungsplatte 6 vorgesehen, welche auf ihrer Oberseite durch die erste Außenplatte 2 abgedeckt sind. In der Außenplatte 2 sind Öffnungen 9 vorgesehen, welche einen Gasfluß zu dem von einer Gasdiffusionslage 13 belegten Gasraum zwischen Außenplatte 2 und Membran 5 zulassen. Dieselben Verhältnisse ergeben sich auf der Unterseite der bipolaren Platte für die zweiten Kanäle 10 sowie die korrespondierenden zweiten Öffnungen 11. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird daher im Folgenden primär anhand der ersten Kanäle die Funktion der Erfindung erläutert, wobei sämtliche Ausführungen auch für die zweiten Kanäle entsprechend zutreffen.
  • Die ersten Kanäle 8 sind als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführkanäle 8.1 sowie erste Abführkanäle 8.2 ausgeführt. Wie in 1 zu sehen ist, erfolgt von den ersten Zuführkanälen 8.1 ein Gasfluß durch die Öffnung 9 in den von der Gasdiffusionslage 13 belegten Gaszwischenraum. In umgekehrter Richtung strömt Gas durch die Öffnung 9 in den ersten Abführkanal 8.2. Somit wird gewährleistet, daß die Gasdiffusionslage 13 und somit die Membran 5 gleichmäßig mit Gas beströmt wird. Hierbei findet ein Gasaustausch zwischen ersten Zuführkanal 8.1 und ersten Abführkanal 8.2 quasi über die Außenseite der Außenplatte 2 statt, d.h. dem Raum, in welchem die Gasdiffusionslage eingelegt ist.
  • Die Öffnungen 9 (selbstverständlich gilt dies auch für die Öffnungen 11) sind als entlang des ersten Kanals verlaufende unterbrochene Schlitze ausgeführt. Erfindungsgemäß kann die Anzahl, die Form und die Größe dieser Schlitze in der Außenplatte 2 entlang des ersten Kanals 8 so variiert werden, daß aus allen Öffnungen, unabhängig davon wie weit diese stromauf- bzw. stromabwärts des Kanals angeordnet sind, ein gleichmäßiger Gasstrom entweicht oder eindringt.
  • Für die erste Außenplatte 2 und die zweite Außenplatte 3 steht eine Auswahl von Materialien zur Verfügung. So können diese z.B. aus polymergebundenem Grafit bestehen. Es ist außerdem möglich, die Außenplatten aus Metall (Titan oder Edelstahl) vorzusehen. Der Vorteil von Metall liegt hierbei in den niedrigen Kosten des Grundmaterials, außerdem ist die Bearbeitung mit üblichen Methoden möglich, so können besonders einfach Prägungen in die Platte eingebracht werden oder auch die Öffnungen 9 bzw. 11, etwa durch Bohren, Stanzen etc. in die Außenplatte eingebracht werden. Insbesondere bei einigen Metallen ist es jedoch aus Korrosionsschutzgründen sinnvoll, eine Grundplatte aus Metall mit einem korrosionsfesten und dennoch elektrisch leitfähigen Überzug zu versehen (dies bietet sich insbesondere bei kostengünstigen Stählen an).
  • Hierbei kann eine korrosionsfeste Schicht mit einer Trägermasse mit darin eingelegten elektrisch leitfähigen Strukturen vorgesehen werden, wobei die Strukturen die metallische Grundplatte berühren und aus der der Grundplatte abgewandten Seite der korrosions festen Schicht herausragen, also in Richtung zu der Membran 5 in 1. Der Vorteil einer solchen Konstruktion ist, daß hohe elektrische Leitfähigkeit zwischen der Grundplatte der Außenplatte 2 sowie einer Membran 5 erzielt wird. Je nach Ausführung der aus der Trägermasse herausragenden leitfähigen Schichten können diese sogar die Funktion der Gasfeinverteilung mit übernehmen und somit eine gesonderte Gasdiffusionslage 13 überflüssig machen.
  • Die Außenplatten 2 und 3 können auf verschiedene Weisen mit der Versorgungsplatte 6 verbunden werden. So ist es möglich, sie durch vollflächiges Kleben, Schweißen oder Löten zu fügen. Abhängig von den Werkstoffpaarungen ist hierbei darauf zu achten, daß durch die Verbindung eine ausreichende Dichtung der Kanäle untereinander gegeben ist.
  • 2a und 2b zeigen unterschiedliche dreidimensionale Ansichten einer erfindungsgemäßen Versorgungsplatte 6. Diese ist aus einem Kunststoff (z.B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polyoxymethylen) in einem Spritzgußverfahren hergestellt. Bei elektrisch nicht leitenden Kunststoffen ist jedoch zu beachten, daß ein gesondertes elektrisches Brückenelement (in 1 mit Bezugszeichen 22 bezeichnet) zur elektrischen Verbindung der beiden umgebenden Außenplatten 2 und 3 für die elektrische Serienschaltung mehrerer Brennstoffzellen vorgesehen wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Versorgungsplatte als ein Metallspritzgussteil (z.B. Aluminiumdruckguss) vorzusehen. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß gegebenenfalls im Bereich der Kanäle eine korrosionsfeste Beschichtung der Metalle vorzusehen ist.
  • 2a zeigt eine schräge Draufsicht einer Versor gungsplatte 6. Hierbei sind die ohne Außenplatte 2 offenen ersten Kanäle 8 auf der Oberseite zu erkennen, welche einerseits als erste Zuführkanäle 8.1 und andererseits als erste Abführkanäle 8.2 ausgeführt sind. Außerdem sind Kühlkanäle 7 vorgesehen, welche zwischen den Zu- und Abführkanälen entlanglaufen und sich zumindest bereichsweise über die volle Höhe der Versorgungsplatte 6 erstrecken.
  • Zur besseren Verdeutlichung der räumlichen Struktur der Versorgungsplatte 6 sind in 2a und 2b Querschnitte in schraffierter Form eingezeichnet. Es ist zu sehen, daß die Versorgungsplatte 6 keine Hinterschneidungen aufweist. Dies ist ein bedeutsamer fertigungstechnischer Vorteil. Das Schließen der Kanäle erfolgt regelmäßig durch das Aufbringen der ersten und zweiten Außenplatte, so daß dann, abgesehen von den Öffnungen zum Gasein- bzw. -ausströmen die Kanalquerschnitte vollkommen geschlossen sind.
  • Zur Erklärung sei hinzugefügt, daß die Kühlmittelzuleitung 16 über Zuführschlitze 7.1 mit den Kühlkanälen 7 verbunden ist, so daß die Zuführung neuen Kühlmittels zu den Kühlkanälen 7 möglich ist. Im Schnitt der Ebene A-A (diese Schnittebene entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 1) sind "H"förmige Schnitte zu sehen. Es sei gesagt, daß die Kühlkanäle 7 sich in dieser Schnittebene über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte 6 ziehen, durch eine Zwischenwand getrennt sind die ersten Kanäle 8 sowie die darunter liegenden zweiten Kanäle 10. Zum vereinfachten Verständnis sei gesagt, daß der dreidimensionale Körper im Wesentlichen bezüglich der in 2a eingezeichneten Achse S symmetrisch ist.
  • Abschließend wird nun mit Fokus auf 2b der Gasfluß in einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte anhand einer dreidimensionalen Zeichnung der Versorgungsplatte 6 am Beispiel der Medien H2, O2 sowie H2O (als Kühlmittel) gezeigt. Die Zuführungen für H2O (16), H2 (18) und O2 (20) sowie die Ableitungen für H2O (17) , H2 (19) sowie O2 (21) Wasserdampf sind mit einem zentralen Medienver- und -entsorgungssystem des Brennstoffzellenstacks verbunden. Dieses ist orthogonal zu den Einzelzellen bzw. Bipolarplatten, entlang der Gesamtlänge des Stacks angeordnet und versorgt so die Einzelzellen des Stacks gleichzeitig mit den Reaktionsgasen und dem Kühlwasser; überschüssige Gase und Reaktionsprodukte werden abgeführt. Das H2O fließt von der Zuleitung 16 ausgehend über die Kanäle 7.1 (siehe 2a) durch die Kanäle 7 etc. zu der Ableitung 17. Von der Zuleitung 18 aus fließt H2 in erste Zuführkanäle 8.1. Da innerhalb der Versorgungsplatte 6 keine Verbindung zu der Ableitung 19 für Wasserstoff gegeben ist, wird der Wasserstoff gezwungen, durch die Öffnungen 9 der ersten Außenplatte 2 hindurch in den darüber liegenden Gasraum zu strömen und von dort aus wieder durch eine Öffnung 9 in den ersten Abführkanal 8.2, welcher sodann zu der Ableitung 19 führt. Für die andere Seite der Bipolarplatte ergibt sich dasselbe entsprechend für Sauerstoff, die Zuleitung erfolgt über 20, die Ableitung über 21. Für den dazwischen liegenden Gasfluß von O2 wird auf die Beschreibung bezüglich des Wasserstoffs voll Bezug genommen.

Claims (23)

  1. Bipolarplatte (1) für Brennstoffzellenstacks, welche zwei elektrisch miteinander verbundene Außenflächen (2, 3) zur elektrischen Kontaktierung sowie Ab- und Zufuhr von Gasen und/oder Flüssigkeiten zu an die Außenflächen benachbarten Flächen (4, 5) von Brennstoffzellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Bipolarplatte eine erste (2) und zweite (3) Außenplatte sowie eine dazwischen liegende Versorgungsplatte (6) aufweist, wobei die Versorgungsplatte – Kühlkanäle (7) zum Kühlen der Außenplatten (2, 3) sowie – erste Kanäle (8), welche in erste Öffnungen (9) der ersten Außenplatte (2) münden und – zweite Kanäle (10), welche in zweite Öffnungen (11) der zweiten Außenplatte (3) münden, aufweist.
  2. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle als voneinander durch Wände der Versorgungsplatte getrennte erste Zuführ- (8.1) und erste Abführkanäle (8.2) ausgeführt sind, wobei ein Gasaustausch zwischen ersten Zuführ- und ersten Abführkanälen über die ersten Öffnungen (9) möglich ist.
  3. Bipolarplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ersten Zuführ- (8.1) und ersten Abführkanälen (8.2) zumindest bereichs weise Kühlkanäle (7) angeordnet sind.
  4. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (8) oder zweiten (10) Kanäle sowie Kühlkanäle (7) bereichsweise über einander geführt sind.
  5. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten Kanäle und/oder Kühlkanäle (7) bereichsweise durch die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte abgedeckt sind.
  6. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (7) sich zumindest bereichsweise über die gesamte Höhe der Versorgungsplatte erstrecken (1).
  7. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anzahl, Form und Größe der ersten (9) und/oder zweiten Öffnungen (11) der ersten (2) und/oder zweiten Außenplatte (3) entlang der ersten (8) und oder zweiten Kanäle (10) zur gezielten Anpassung der Fluidmassenströme veränderlich sind.
  8. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (8) und zweiten (10) Kanäle zumindest bereichsweise übereinander angeordnet sind, wobei sie durch eine Zwischenwand der Versorgungsplatte getrennt sind (1).
  9. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte aus polymergebundenem Graphit bestehen.
  10. Bipolarplatte nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte aus Metall bestehen.
  11. Bipolarplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte als zumindest bereichsweise mit einer korrosionsfesten und elektrisch leitfähigen Schicht überzogenen Grundplatte aus Metall ausgeführt sind.
  12. Bipolarplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsfeste Schicht aus einer Trägermasse mit darin eingelegten elektrisch leitfähigen Strukturen besteht, wobei die Strukturen die Grundplatte berühren und/oder aus der Grundplatte abgewandten Seite der korrosionsfesten Schicht herausragen.
  13. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte eben ist.
  14. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Außenplatte Prägungen aufweist.
  15. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (9, 11) schlitzförmig ausgeführt sind.
  16. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und die zweite (3) Außenplatte über die Versorgungsplatte (6) oder über gesonderte elektrische Brückenelemente miteinander verbunden sind.
  17. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) aus Kunststoff besteht.
  18. Bipolarplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kunststoff leitfähig ist, wie etwa ein mit Graphit, Ruß und/oder mit Metallpartikeln, gefüllter duro- bzw. thermoplastischer Kunststoff.
  19. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) aus Metall, wie etwa Kupfer, Nickel, Titan, Edelstahl oder Aluminium ist.
  20. Bipolarplatte nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kanäle (7, 8, 10) das Metall beschichtet ist.
  21. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) Sensoren zur Messung von Temperatur und/oder Druck in den Kanälen aufweist.
  22. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsplatte (6) Einheiten zur Regelung des Flusses von Gasen und/oder Flüssigkeiten durch die Kanäle wie Ventile, Blenden oder dergleichen enthält.
  23. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (2) und/oder zweite (3) Außenplatte mit der Versorgungsplatte (6) durch Kleben, Schweißen oder Löten gefügt ist oder durch formschlüssige Fügeverfahren wie Klemmen, Binden, Klammern an dieser fixiert ist.
DE10245475A 2002-09-24 2002-09-24 Bipolarplatte Expired - Fee Related DE10245475B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10245475A DE10245475B4 (de) 2002-09-24 2002-09-24 Bipolarplatte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10245475A DE10245475B4 (de) 2002-09-24 2002-09-24 Bipolarplatte

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10245475A1 true DE10245475A1 (de) 2004-04-01
DE10245475B4 DE10245475B4 (de) 2004-11-18

Family

ID=31969710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10245475A Expired - Fee Related DE10245475B4 (de) 2002-09-24 2002-09-24 Bipolarplatte

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10245475B4 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006053727A3 (de) * 2004-11-18 2007-04-26 Behr Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur durchführung einer chemischen reaktion
WO2008145221A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Einzel-brennstoffzelle für einen brennstoffzellen-stapel
DE102012111229A1 (de) * 2012-11-21 2014-05-22 Eisenhuth Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte für einen PEM-Stapelreaktor
DE102007026683B4 (de) * 2007-06-08 2015-05-07 Inhouse Engineering Gmbh Fluidgekühlter membranelektroden-basierter Energiekonverter - Multi-Loop-Plane (MLP)
CN116314907A (zh) * 2021-12-20 2023-06-23 康蒂泰克振动控制有限公司 燃料电池模块

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023110388A1 (de) 2023-04-24 2024-10-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bipolarplatte und Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19542475C2 (de) * 1995-11-15 1999-10-28 Ballard Power Systems Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Verteilerplatte für eine solche Zelle
DE69705016T2 (de) * 1996-12-23 2001-09-20 General Motors Corp., Detroit Gelötete bipolare Platten für Brennstoffzellen mit einem Polymerelektrolyt
DE10025207A1 (de) * 2000-05-18 2001-11-29 Atecs Mannesmann Ag Brennstoffzelle
WO2002023645A2 (en) * 2000-09-14 2002-03-21 H Power Enterprises Of Canada Inc. Bipolar separator plate assembly for a fuel cell
DE69902259T2 (de) * 1998-05-21 2003-03-20 The Dow Chemical Co., Midland Bipolare platten für elektrochemische zellen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19542475C2 (de) * 1995-11-15 1999-10-28 Ballard Power Systems Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Verteilerplatte für eine solche Zelle
DE69705016T2 (de) * 1996-12-23 2001-09-20 General Motors Corp., Detroit Gelötete bipolare Platten für Brennstoffzellen mit einem Polymerelektrolyt
DE69902259T2 (de) * 1998-05-21 2003-03-20 The Dow Chemical Co., Midland Bipolare platten für elektrochemische zellen
DE10025207A1 (de) * 2000-05-18 2001-11-29 Atecs Mannesmann Ag Brennstoffzelle
WO2002023645A2 (en) * 2000-09-14 2002-03-21 H Power Enterprises Of Canada Inc. Bipolar separator plate assembly for a fuel cell

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006053727A3 (de) * 2004-11-18 2007-04-26 Behr Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur durchführung einer chemischen reaktion
WO2008145221A1 (de) * 2007-05-31 2008-12-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Einzel-brennstoffzelle für einen brennstoffzellen-stapel
DE102007026683B4 (de) * 2007-06-08 2015-05-07 Inhouse Engineering Gmbh Fluidgekühlter membranelektroden-basierter Energiekonverter - Multi-Loop-Plane (MLP)
DE102012111229A1 (de) * 2012-11-21 2014-05-22 Eisenhuth Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte für einen PEM-Stapelreaktor
DE102012111229B4 (de) 2012-11-21 2019-06-13 Eisenhuth Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte für einen PEM-Stapelreaktor und PEM-Stapelreaktor
CN116314907A (zh) * 2021-12-20 2023-06-23 康蒂泰克振动控制有限公司 燃料电池模块
WO2023118242A3 (en) * 2021-12-20 2023-11-16 Contitech Vibration Control Gmbh Fuel cell module

Also Published As

Publication number Publication date
DE10245475B4 (de) 2004-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69916869T2 (de) Elektrochemische zelle
EP0231432B1 (de) Querstrom-Mikrofilter
EP1830426B1 (de) Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
DE102012209851A1 (de) Durchlässiger Separator für eine Brennstoffzelle
DE3526614A1 (de) Brennstoffbatterie
DE3014885A1 (de) Elektrodenanordnung
EP2201157A1 (de) Bipolarplatte für einen pem-elektrolyseur
DE102011120802A1 (de) Bipolarplatte zumindest aus einem Kunststoff für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen Bipolarplatte
DE19823880A1 (de) Bipolarplatte für Brennstoffzellenanordnung
EP2417662A2 (de) Bipolarplatte für brennstoff- oder elektrolysezellen
DE102008056900A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel
DE3516766C2 (de) Brennstoffzelle
DE10245475B4 (de) Bipolarplatte
DE102004058923B4 (de) Brennstoffzelle
EP1394877B1 (de) Plattenelemente für Brennstoffzellenstacks
WO2015135773A1 (de) Elektrochemische zelle und verbund aus elektrochemischen zellen
DE10250991B4 (de) Bipolarplatte und deren Verwendung in einem Brennstoffzellensystem
DE102014104601A1 (de) Elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, sowie Verfahren zur Herstellung
DE102010028957A1 (de) Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels
DE102024112690A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Plattenanordnung, Plattenanordnung und elektrochemische Zelle
DE102016111562A1 (de) Filtermedium und Filtervorrichtung mit Ionenaustauschfunktion
DE19734729C1 (de) Bipolare Platte in modularer Bauweise
WO2022122080A1 (de) Elektrodenblech für eine redox-flow-zelle und redox-flow-zelle
DE102014103292A1 (de) Verbund von elektrochemischen Zellen
DE102005025911A1 (de) Brennstoffzellenanordnungen mit verbesserter Medienzufuhr

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: REINZ-DICHTUNGS-GMBH, 89233 NEU-ULM, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee