DE10123579A1

DE10123579A1 - Endplatten und Gehäuse für Brennstoffzellenstacks und deren Herstellung

Info

Publication number: DE10123579A1
Application number: DE10123579A
Authority: DE
Inventors: Hansgeorg Schuldzig
Original assignee: ANGEWANDTE TECHNIK MBH GREIFSW
Current assignee: ANGEWANDTE TECHNIK MBH GREIFSW
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft Endplatten bzw. ein Gehäuse für Brennstoffzellenstacks als äußere Umhüllung und thermische Isolation, bestehend aus aufgeschäumtem Aluminium oder einem anderen aufgeschäumten Leichtmetall. Solche Endplatten oder Gehäuse werden dadurch hergestellt, daß Aluminium oder ein anderes Leichtmetall durch Aufschäumen in die entsprechende Form gebracht wird.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Herstellung von Endplatten und Isolation für PEM-Brennstoffzellenstacks, die auf Grund der Anforderung bei der An wendung und der Serienproduktion zu optimieren sind.

Stand der Technik

Bekannt ist, dass ein PEM-Stack durch zwei Endplatten mit zugehörigen mehreren Spannbolzen verspannt sein muss. Über die notwendig Spannkraft der Spannbolzen muss eine gleichmäßig verteilte Flächenlast auf die Zell membranen, Dichtungen, Bipolarplatten und Kühlplatten gebracht werden. Um ein Durchbiegen der Endplatten in den erforderlichen Toleranzen zu hal ten, sind die Endplatten entsprechend dem gewählten Material und ihrem Wi derstandmoment zu dimensionieren.

Bekannt ist weiter, dass die Endplatten aus massiven Leichtmetallen herge stellt werden, damit das Gesamtgewicht des Stacks für die Anwendung hand habbar bleibt. Außerdem werden in diesen Endplatten zusätzliche Ausfräsun gen zum Zwecke der Gewichtsersparnis vorgenommen.

Dieses Verfahren erreicht zwar das Ziel, nämlich eine Gewichtsersparnis und enge Toleranzen in der Durchbiegung, führt aber nicht zu einer befriedigen den Lösung hinsichtlich eines optimalen Produktionsverfahrens und einer besseren Gewichtsersparnis und hat den weiteren Nachteil der Wärmeverlus te aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit.

Zweck der Erfindung

Die Erfindung hat den Zweck, in einem Produktionsschritt Endplatten herzu stellen, die bessere Eigenschaften hinsichtlich Gewicht und Durchbiegung,. d. h. ein günstiges Verhältnis von Steifigkeit zur Dichte und eine geringere Wärmeleitfähigkeit haben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in einer Negativform mit den Konturen der Endplatten und den dazugehörigen Bohrungen, Durchfüh rungen und Kanälen Aluminium aufgeschäumt wird. Das aufgeschäumte Aluminium - Schaumaluminium - hat die Eigenschaft einer sehr hohen Biegestei figkeit bei sehr geringem Gewicht. Desweiteren können bei höheren Kräften aus den Spannbolzen zusätzlich Hülsen zur Einleitung der Spannkräfte in die Struktur des Schaumaluminiums in einem Arbeitsgang mit eingeschäumt werden.

Für den Leistungsbetrieb und die Handhabung der Brennstoffzelle ergeben sich bei Verwenden von Schaumaluminium an Stelle von massiven Alumini um als Vorteile eine wesentliche Gewichtsersparnis und die geringe Ausdeh nung der Endplatten auf Grund des kleinen Temperaturkoeffizienten für die Dehnung sowie die Verringerung der Wärmeverluste über die freie Oberfläche infolge der geringeren Wärmeleitfähigkeit. Die Porösität des Schaumalumini ums oder Schaummetalls ist entsprechend den Anforderungen für die thermi schen und mechanischen Werte einstellbar.

Für Endplatten eines typischen 750 W PEM-Stacks ergibt dies für die zwei Endplatten jede mit den Abmessungen von 14 cm × 14 cm × 3 cm und einem spez. Gewicht für massives Aluminium von 2,7 g/cm³ und einem spez. Ge wicht für Schaumaluminium von 0,6 g/cm³ ein Gewicht von 3,2 kg für das Massivaluminium und 0,7 kg für das Schaumaluminium und somit eine Ge wichtsersparnis von 78% resp. von 2,5 kg. Enthalten die Endplatte aus mas siven Aluminium Ausfräsungen von bis zu 30% - mit dem Nachteil einer ver größerten Oberfläche die einen zusätzlichen Wärmeverlust zur Folge hat -, so ergibt sich immer noch eine Gewichtsersparnis von 67% resp. von 1,5 kg. Für mobile, insbesondere tragbare Brennstoffzellenanlagen z. B. für Camping, Ex peditionen, Safaris etc. ist diese Gewichtsersparnis ein Vorteil.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung bestehend aus einer erfindungsgemäßen Endplat te mit Gehäuse (1) und vorbereiteter zweiter erfindungsgemäßer Endplatte (2) mit Stackeinbauten (3), den Spannbolzen (4) und den zugehörigen Spannmuttern (5).

Fig. 2 eine Ausführung bestehend aus zwei erfindungsgemäßen Endplat ten (2), mit Stackeinbauten (3), den Spannbolzen (4) und den zuge hörigen Spannmuttern (5).

Fig. 3 eine Ausführung bestehend aus zwei erfindungsgemäßen Endplat ten (2), mit Stackeinbauten (3), dem einzelnen Gehäuse (6), den Spannbolzen (4) und den zugehörigen Spannmuttern (5).

Die Anordnung gemäß Fig. 1 besteht aus der erfindungsgemäßen Endplatte (2) aus Schaummetall und der erfindungsgemäßen Endplatte mit Gehäuse (1) aus Schaummetall. Die Spannbolzen (4) sind in die Endplatte (2) für die Aufnahme und Montage der Stackeinbauten (3) eingezogen. Nach dem Sta cking wird die Endplatte (2) mit den Stackelementen in das Gehäuse mit End platte (1) eingeschoben.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 zeigt ein Stack, bestehend aus zwei erfin dungsgemäßen Endplatten (2) aus Schaummetall.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 zeigt ein Stack, bestehend aus zwei erfin dungsgemäßen Endplatten (2) aus Schaummetall und einem einzeln montier ten Gehäuse aus Schaummetall (6).

Die Anordnung gemäß Fig. 3 zeigt ein vorbereitetes Stack für den Einbau in das Gehäuse (6).

Die Pressung der Stackeinbauten erfolgt über die Spannbolzen (4) und die Spannmuttern (5).

Die zugehörigen mit eingeschäumten Adapter, Bohrungen, Kanäle und Rohr leitungen für elektrische und mechanische Bauelemente, Sensoren, Gase und Flüssigkeiten sind in den Figuren nicht mit eingezeichnet.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse mit Endplatte aus Schaummetall mit dazugehörigen Bohrun gen, Durchführungen und Kanälen für Sensoren, Gase und Flüssigkei ten

2

Endplatte aus Schaummetall mit dazugehörigen Bohrungen, Durchfüh rungen und Kanälen für Sensoren, Gase und Flüssigkeiten

3

Stackeinbauten

4

Spannbolzen

5

Spannmuttern

6

Gehäuse aus Schaummetall mit dazugehörigen Bohrungen, Durchfüh rungen und Kanälen für Sensoren, Gase und Flüssigkeiten

Claims

1. Endplatten für Brennstoffzellenstacks, bestehend aus aufgeschäumtem Aluminium oder einem anderen aufgeschäumten Leichtmetall.

2. Endplatten nach Anspruch 1, wobei zugehörige Adapter, Bohrungen, Ka näle und Rohrleitungen für elektrische und mechanische Bauelemente, Sen soren, Gase und Flüssigkeiten vorgesehen sind und diese eine feste Verbin dung mit dem aufgeschäumten Aluminium bzw. dem aufgeschäumten Leicht metall eingehen.

3. Endplatten nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei mindestens eine End platte zusätzlich als Behälter für die äußere Umhüllung und thermische Iso lation sowie mit Medienkanälen des Stacks ausgebildet ist.

4. Gehäuse für Brennstoffzellenstacks als äußere Umhüllung und thermi sche Isolation, bestehend aus aufgeschäumtem Aluminium oder einem ande ren aufgeschäumten Leichtmetall.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, wobei zugehörige Adapter, Bohrungen, Kanä le und Rohrleitungen für elektrische und mechanische Bauelemente, Senso ren, Gase und Flüssigkeiten vorgesehen sind und diese eine feste Verbindung mit dem aufgeschäumten Aluminium bzw. dem aufgeschäumten Leichtmetall eingehen.

6. Verfahren zur Herstellung von Endplatten gemäß Anspruch 1 oder eines Gehäuses gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminium oder ein anderes Leichtmetall durch Aufschäumen in die entsprechende Form ge bracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zugehörige Adapter, Bohrungen, Kanäle und Rohrleitungen für elektrische und mechani sche Bauelemente, Sensoren, Gase und Flüssigkeiten mit eingeschäumt wer den und hierdurch eine feste Verbindung mit dem aufgeschäumten Alumini um bzw. dem aufgeschäumten Leichtmetall eingehen.