DE102006054849A1

DE102006054849A1 - Bipolarplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelle

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Publication number: DE102006054849A1
Application number: DE102006054849A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr.-Ing. Dr. Kaiser; Jan Martin Dipl.-Biol. Kreye; Markus Dipl.-Ing. Watzlawski
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-05-21
Also published as: US20080124610A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (1) für einen Brennstoffzellenstapel, umfassend zwei Scheibenteile (2.1, 2.2), die nach innen gegenüber einer Fluid- und/oder Gasdurchlässigkeit funktionstolerant unter Bildung von inneren Hohlräumen miteinander gefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte, insbesondere für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle (PEM = Polymerelektrolyt), eine Direktmethanol-Brennstoffzelle oder eine andere geeignete Brennstoffzelle.
Die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie mittels Brennstoffzellen stellt eine effiziente und umweltfreundliche Methode zur Gewinnung von elektrischem Strom aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff dar. Dabei finden üblicherweise zwei räumlich getrennte Elektrodenreaktionen statt, bei denen Elektronen freigesetzt beziehungsweise gebunden werden. Die Reaktanden Sauerstoff und Wasserstoff können in Form verschiedener Fluide bereitgestellt werden, sie müssen nicht zwingend in reiner Form vorliegen. Die Verwendung von reinem, molekularem Sauerstoff und Wasserstoff ist beispielsweise ebenso möglich wie die Verwendung von Luftsauerstoff und Methan. Ein erstes Beispiel für zwei korrespondierende Elektrodenreaktionen in einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC oder kurz PEM-Brennstoffzelle genannt) sind folgende Reaktionen: H₂ => 2H⁺ + 2e^– (Anodische Reaktion) 2H⁺ + 2e^– + ½O₂ => H₂O (Kathodische Reaktion)
Die Art der Reaktion hängt von der Bauart der Brennstoffzelle und von den verwendeten Fluiden ab. Bei einer Festoxid-Brennstoffzelle (kurz SOFC genannt) können beispielsweise folgende Reaktionen beobachtet werden: H₂ + O₂ ^– => H₂O + 2e^– (Anodische Reaktion I) CO + O₂ ^– => CO₂ + 2e^– (Anodische Reaktion II) O₂ + 4e^– => 2O₂ ^– (Kathodische Reaktion)
Andere Brennstoffzellentypen weisen zum Teil andere Reaktionen auf. Allen Brennstoffzellen gemein sind einerseits der Transport einer Ionenart durch einen Elektrolyten und andererseits der parallel verlaufende Transport von Elektronen durch einen äußeren Leiter, um die Ionen nach dem Transportvorgang in einen elektrisch neutralen Zustand zurückzuversetzen.
Durch elektrische Verbindung der räumlich getrennten Reaktionszonen kann ein Teil der dabei umgesetzten Reaktionsenthalpie direkt als elektrischer Strom gewonnen werden. Üblicherweise werden mehrere elektrisch in Serie geschaltete Brennstoffzellen aufeinander gestapelt und ein solchermaßen gebildeter Stapel als Stromquelle verwendet.
Eine einzelne Brennstoffzelle besteht dabei aus einer Elektrolyteinheit wie einer Membran sowie aus zwei mit Katalysatormaterial belegten Elektroden. Die Membran befindet sich trennend zwischen den Reaktanden, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff bei einer PEM-Brennstoffzelle bzw. Wasserstoff/Kohlenmonoxid und Sauerstoff bei einer Festoxid-Brennstoffzelle, bzw. ein Methanol/Wasser-Gemisch und Sauerstoff bei einer Direktmethanol-Brennstoffzelle, und weist eine Ionenleitfähigkeit auf, beispielsweise eine H⁺-Protonenleitfähigkeit bei einer DMFC- bzw. PEM-Brennstoffzelle oder eine O₂-Leitfähigkeit bei einer Festoxid-Brennstoffzelle. Die Elektroden sind unter anderem zum Abgriff des von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Stroms erforderlich.
Die Fluide (auch Reaktanden, Reaktionsmedien oder Arbeitsfluide genannt), beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, und das Reaktionsprodukt Wasser strömen durch Fluidkanäle in die Bereiche der Reaktionszonen hinein und aus ihnen hinaus. Ein Kanalsystem von Fluidkanälen für ein bestimmtes Fluid wird allgemein auch als Flowfield oder Strömungsfeld bezeichnet.
Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades werden die Strömungsfelder für die jeweiligen Reaktionsmedien hinsichtlich ihrer Geometrie an die jeweilige Art des Strömungsmediums (z.B. Transport von Wasserstoff/Reformat (gasförmig) bzw. Transport von Methanol/Wasser (flüssig/gasförmig) bzw. von Sauerstoff (Luft) und dem anfallenden Produktwasser) angepasst.
Es sind verschiedene Konzepte von Brennstoffzellenstacks oder -stapeln (aufeinander gestapelte einzelne Brennstoffzellen) bekannt, bei denen der Abtransport der Abwärme über eines der beiden Reaktionsmedien stattfindet, so dass kein eigenes Kühlflowfield oder Kühlströmungsfeld für die jeweilige Einzelzelle erforderlich ist. Insbesondere bei Direktmethanol-Brennstoffzellen kann die Temperierung der einzelnen Brennstoffzelle einfach durch das flüssige Brennfluid (Methanol/Wasser-Gemisch) erfolgen.
Neben der Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrades ist die Darstellung einer Bipolarplatte, die mit möglichst niedrigen Kosten hergestellt werden kann, heute ein vorrangiges Entwicklungsziel. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Bipolarplatte mit einem möglichst geringen Herstellaufwand und einem besonders guten Wirkungsgrad anzugeben. Darüber hinaus ist ein verbesserter Brennstoffzellenstapel anzugeben.
Hinsichtlich der Bipolarplatte wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Brennstoffzellenstapels wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 21 beziehungsweise 22.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung umfasst eine Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Scheibenteile, von denen ein erstes Scheibenteil ein zweites Scheibenteil in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels nur teilweise überdeckt. Somit ist eine Abdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenteil unter Umständen nicht mehr notwendig, so dass die Bipolarplatte an sich nicht mehr dichtgeprüft werden muss, wie dies bei bekannten Bipolarplatten der Fall ist, welche zwei sich vollständig überdeckende Scheibenteile aufweisen.
Vorteilhafterweise ist das zweite Scheibenteil mit einer oder mehreren als Durchbrüche ausgebildeten Zu- und/oder Abführungen für ein erstes Reaktionsmedium versehen, wobei ein von dem ersten Scheibenteil nicht überdeckter Bereich des zweiten Scheibenteils einen Teil des umlaufenden Randes, insbesondere den gesamten umlaufenden Rand zumindest eines oder aller Durchbrüche umfasst. Eine Abdichtung beispielsweise mittels eines Dichtungselementes zwischen dem zweiten Scheibenteil und einem angrenzenden Bauteil des Brennstoffzellenstapels, beispielsweise einer Elektrolyteinheit, trägt dann vorzugsweise dazu bei, dass eine Dichtheit zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenteil für eine Funktionssicherheit der Bipolarplatte nicht mehr unbedingt notwendig ist.
Vorzugsweise ist eine Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel zusammengesetzt aus zwei Scheibenteilen, die nach innen gegebenenfalls zumindest teilweise fluid- und/oder gasdurchlässig unter Bildung von inneren Hohlräumen miteinander gefügt sind und beim Vorhandensein einer bereichswei se unvollständigen Fügung funktionstolerant sind. Mit Funktionstoleranz wird dabei ein Zustand bezeichnet, bei dem die zugehörige Brennstoffzelle unabhängig von bereichsweisen Eigenschaften der Fügestelle funktional und sicher betrieben werden kann. Unter Fluid wird insbesondere eine Flüssigkeit oder ein anderes fließendes Mittel und somit unter fluiddurchlässig flüssigkeitsdurchlässig verstanden. Hierzu sind die beiden Scheibenteile unterschiedlich groß ausgebildet. Dabei weisen die Scheibenteile jeweils mindestens eine Kanalstruktur auf, die zumindest bereichsweise mindestens ein zugehöriges Strömungsfeld bildet. Das Strömungsfeld des jeweiligen Scheibenteils ist als äußeres Strömungsfeld auf der zum anderen Scheibenteil abgewandten Außenseite durch Durchströmung der betreffenden Kanalstruktur mit einem Medium, insbesondere Reaktionsmedium, z. B. Luft, Wasser, Sauerstoff, Methanol, Luft, Gemischen hieraus und ggf. mit Reaktionsprodukten, gebildet. Das oben genannte erste Reaktionsmedium ist dann vorzugsweise der Kanalstruktur oder dem Strömungsfeld des zweiten Scheibenteils zugeordnet.
Hierdurch entfällt die bei der Herstellung der Bipolarplatte durch Fügen der beiden Scheibenteile, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Pressen, eine ansonsten erforderliche aufwendige Dichtprüfung der Fügenaht. Tritt ein Reaktionsmedium in die durch den Fügeprozeß gegebenenfalls entstehenden inneren Hohlräume zwischen den beiden Scheibenteilen ein, ist dies für den Betrieb und die Betriebssicherheit der Brennstoffzelle unerheblich. Dies wird dadurch erreicht, dass der abzudichtende Bereich der Bipolarplatte nach außen und bezüglich der Reaktionsmedien untereinander auf einem ersten, großflächigeren Scheibenteil angebracht ist, das zu diesem Zwecke z.B. mit einer Elastomerdichtung versehen wird, die das zweite, kleinflächigere Scheibenteil umrahmt. Unter einem Scheibenteil wird insbesondere ein ebenes Bauteil mit oder ohne Ausnehmungen, ein Bauteil mit Oberflächenstrukturen und/oder Ausnehmungen oder ein jegliches umgeformtes Bauteil mit vorgegebenen Abmessungen verstanden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die zwei Scheibenteile unterschiedliche Außenabmessungen auf. Mit anderen Worten: Die Bipolarplatte besteht im Wesentlichen aus zwei Scheibenteilen, z. B. Halbschalen, unterschiedlicher Größe, die durch ein geeignetes Fügeverfahren, z. B. Schweißen, Löten, Kleben, zusammen gefügt und miteinander verbunden werden. Zweckmäßigerweise entsprechen die Außenabmessungen eines der Scheibenteile zumindest den Außenabmessungen des zugehörigen Strömungsfeldes und somit dem Bereich der aktiven Zellfläche. Die Außenabmessungen des anderen und insbesondere größeren Scheibenteils entsprechen zumindest den Außenabmessungen des zugehörigen Strömungsfelds und eines dieses Strömungsfeld umgebenden Rahmens samt Zu- und Abführungsdurchbrüchen („Ports") für die Reaktionsmedien und den erforderlichen Abdichtbereichen. Durch die Verkleinerung eines der Scheibenteile der Bipolarplatten wird sowohl Material als auch Fertigungskosten eingespart. Darüber hinaus sind insbesondere für kleinformatige Bipolarplatten und Brennstoffzellenstapel die Aufwendungen zur Qualitätssicherung bzw. Dichtprüfung und somit die Prüfzeit deutlich reduziert.
Zweckmäßigerweise ist das größere Scheibenteil im Bereich des Rahmens mit Zuführungen zur Zuführung von Reaktionsmedien, insbesondere von Wasserstoff und Luft, und korrespondierenden Abführungen zum Abführen der Reaktionsprodukten und Resten von Reaktionsedukten, insbesondere Wasser und Kohlendioxid, versehen. Zur Überleitung der Reaktionsmedien in das bzw. aus dem zugehörigen Strömungsfeld sind im Bereich der Zuführungen und der Abführungen vorzugsweise Übergangselemente vorgesehen. Die Übergangselemente (auch Brückenelemente genannt) dienen dabei dem Durchgang der Reaktionsmedien und der Stützung der Zu- und Abführungen, die in die Kanalstruktur des jeweiligen Strömungsfelds münden. Mit anderen Worten: Die Übergangselemente bewirken, dass ein die Zu- und Abführung umgebendes Dichtungselement, z. B. eine Elastomerdichtung, die Zu- bzw. Abfuhr nicht unterbricht.
Die Übergangselemente können verschiedenartig ausgeführt sein. In einer möglichen Ausführungsform ist das Übergangselement als ein separates Einlegelement (auch genannt Inlay), das sich in Längsrichtung zwischen einer Zuführung oder einer Abführung und einem oder mehreren Strömungskanälen erstreckt und quer zu diesen angeordnet. Im einfachsten Fall besteht ein solches Übergangselement aus einem biegesteifen Stück Blech, das entsprechende Strukturen, insbesondere Ausnehmungen, Sicken, aufweist. Alternativ können die Übergangselemente an einem der beiden oder an beiden Scheibenteilen angeordnet, insbesondere angespritzt sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Übergangselemente in ein Dichtungselement integriert sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungsfelder jeweils von einem Dichtungselement umgeben. Dabei dichten die Dichtungselemente die Strömungsfelder gegeneinander und nach außen hin ab. Hierzu umgibt das Dichtungselement vorzugsweise das jeweilige Strömungsfeld des Scheibenteils und die Zu- und Abführungen vollständig. Somit sind im Zu- und Abführungsbereich der Scheibenteile Fügestellen sicher vermieden. Eine Dichtprüfung im Zu- und Abführungsbereich der Bipolarplatte kann hierdurch entfallen. Lediglich eine Dichtprüfung der einzelnen Scheibenteile, insbesondere der Metallbleche, auf offene Stellen, z. B. Löcher, durch Sichtprüfen ist notwendig.
Vorzugsweise ist beidseitig im Bereich des Rahmens des größeren Scheibenteils jeweils ein Dichtungselement angeordnet. Dabei umgibt das in Richtung des kleineren Scheibenteils angeordnete Dichtungselement das kleine Scheibenteil vollständig. Mit anderen Worten: Das kleinere Scheibenteil liegt in dem Dichtungselement. Somit sind die äußeren Strömungsfelder hinrei chend gut gegeneinander abgedichtet. Zudem sind Material und Kosten eingespart.
Zweckmäßigerweise können die beiden Scheibenteile im Vorfeld des Fügevorgangs durch ineinandergreifende Strukturen, beispielsweise Noppen und Sicken, zueinander positioniert werden.
Zweckmäßigerweise ist das Dichtungselement als ein weiteres Scheibenteil aus einem verformbaren Werkstoff gebildet. Beispielsweise ist das Dichtungselement ein Formkörper, insbesondere eine Elastomerdichtung. Beim Zusammenfügen der Bipolarplatte mit angrenzenden Komponenten, z. B. der Membran-Elektroden-Einheit, legt sich die Elastomerdichtung formschlüssig an die aus den Scheibenteilen herausragenden Stege des jeweiligen Strömungsfelds und an die äußeren Konturen der Zu- und Abführungen an und schließt somit die äußeren Strömungsfelder mediendicht gegeneinander und nach außen hin ab.
Je nach Vorgabe kann das Dichtungselement an eines der Scheibenteile, insbesondere an das größere Scheibenteil angeordnet, insbesondere angespritzt sein. Alternativ kann das Dichtungselement an einer an die Scheibenteile außenseitig angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sein, insbesondere angespritzt sein. Auch kann eines der Dichtungselemente am Scheibenteil und das andere an der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise ist das jeweilige Dichtungselement lokal unterschiedlich hoch ausgebildet. Hierdurch formt sich das Dichtungselement entsprechend der Oberflächenkontur des jeweiligen Scheibenteils an dieses möglichst gut an. Darüber hinaus kann der Rahmen mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtungselements versehen sein. Dies ermöglicht eine einfache Fixie rung und Halterung des Dichtungselements vor und beim Fügen des Brennstoffzellenstapels.
In einer weiteren Ausführungsform kann eines der Scheibenteile mit Öffnungen, insbesondere Stichbohrungen, Schlitzen, Rechtecken, Quadraten versehen sein, wobei sich der innere Hohlraum zwischen den beiden Scheibenteilen mit dem betreffenden Reaktionsmedium füllt. Dabei wird insbesondere das kleinere Scheibenteil mit Öffnungen versehen. Im Fall der Störung der Versorgung mit Reaktionsmedium kann das dort gepufferte Reaktionsmedium die Brennstoffzellenreaktion weiterhin zumindest begrenzt auf die Größe des Puffers und das Diffusionsvermögen des Reaktanden aufrechterhalten.
Zur Ausbildung verschiedener Strömungsfelder und deren Anzahl sind die Scheibenteile als umgeformte Metallteile ausgebildet. Die Umformung der Scheibenteile bildet an der jeweiligen Außenseite ein zugehöriges äußeres Strömungsfeld für Reaktionsmedien und die jeweiligen Negative der äußeren Strömungsfelder bilden die inneren Hohlräume. In einer besonderen Ausführung sind die Scheibenteile insbesondere gleichartig umgeformt, d.h. mit zueinander korrespondierenden Kanalstrukturen dahingehend versehen, dass beim Verpressen des Stacks keine Beschädigung der Membran-Elektroden-Einheit z. B. durch Abscheren aufgrund von aufeinander gepresster Kanal-Steg-Geometrien von benachbarten bzw. ineinandergreifenden Bipolarplatten auftritt. Dabei sind zur Bildung der jeweiligen Kanalstruktur in die Scheibenteile beispielsweise Sicken mit einer Breite von 0,5 mm bis 3 mm und einer Tiefe von 0,1 mm bis 2 mm eingebracht. Die Sicken können mäanderförmig verlaufen. Das Strömungsfeld ist durch diese Sicken und zwischen zwei Sicken liegende Stege gebildet, die auf verschiedenen Wegen die jeweilige Zuführung und Abführung verbinden. Auch kann jede andere strukturelle Umformung zur Bildung eines Strömungskanals vorgesehen sein. Die Sickenform ist insbesondere bei einem als Metallblech ausgebildeten Scheibenteil in der Herstellung besonders einfach und kostengünstig.
Für eine möglichst hinreichend gute Reaktionsumsetzung sind die für die Strömungsfelder vorgesehenen Zuführungen und Abführungen randseitig und einander gegenüberliegend, insbesondere diagonal einander gegenüberliegend angeordnet und insbesondere in das große Scheibenteil eingebracht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die nach innen hinsichtlich einer Fluid- und/oder Gasdurchlässigkeit funktionstolerant gefügten Scheibenteile einer Bipolarplatte auf umfangreiche Dichtheitsprüfungen der Fügenaht verzichtet werden kann. Für eine nach außen hinreichend gute und die beiden Reaktionsmedien voneinander trennende Dichtung ist eines der beiden Scheibenteile in seinen Außenabmessungen kleiner als das andere Scheibenteil ausgebildet und in ein vollständig umgebendes Dichtungselement eingebettet. Durch die unterschiedlich großen Scheibenteile ist darüber hinaus Material eingespart. Ferner ist eine besonders kompakte und variabel herstellbare Bipolarplatte für einen bipolaren Brennstoffzellenstapel ermöglicht, der wiederum in der Herstellung aufgrund der deutlich geringeren Anzahl von Dichtheitsprüfungen besonders kostengünstig ist.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung umfasst ein bipolarer Brennstoffzellenstapel zumindest eine Bipolarplatte, ein Dichtungselement und zumindest eine Elektrolyteinheit, insbesondere eine Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Bipolarplatte zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Scheibenteile umfasst, von denen ein erstes Scheibenteil ein zweites Scheibenteil in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels zumindest teilweise überdeckt und in einem Zwischenraum zwischen der Elektrolyteinheit und dem zweiten Scheibenteil angeordnet ist, wobei das zweite Scheibenteil mit einer oder mehreren als Durchbrüche ausgebildeten Zu- und/oder Abführungen für ein erstes Reaktionsmedium versehen ist, und wobei das Dichtungselement zumindest einen oder alle Durchbrüche gegen den Zwischenraum mit dem ersten Scheibenteil abdichtet. Wiederum ist so eine Abdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenteil unter Umständen nicht mehr notwendig, so dass die Bipolarplatten an sich vor dem Stapeln zu dem Brennstoffzellenstapel nicht mehr dichtgeprüft werden müssen.
Besonders bevorzugt berührt das Dichtungselement einen Teil des umlaufenden Randes, insbesondere den gesamten umlaufenden Rand zumindest eines oder aller Durchbrüche. Dies trägt ebenfalls dazu bei, dass eine Dichtprüfung der Bipolarplatte an sich nicht mehr unbedingt notwendig ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch in Explosionsdarstellung einen Ausschnitt einer punktsymmetrischen Bipolarplatte mit zwei unterschiedlich großen Scheibenteilen und zwei außenseitig vorgesehenen Dichtungselementen,
2 schematisch das größere der beiden Scheibenteile gemäß 1,
3 schematisch das kleinere der beiden Scheibenteile gemäß 1,
4 schematisch die beiden Scheibenteile der Bipolarplatte gemäß 1 im gefügten Zustand,
5 schematisch ein Übergangselement im Zuführungsbereich eines der beiden Scheibenteile gemäß 1,
6 schematisch ein Dichtungselement, das das kleine Scheibenteil umgibt und im Randbereich des großen Scheibenteils aufliegt,
7 bis 9 schematisch verschiedenen Ausführungsformen für ein Dichtungselement,
10 bis 16 schematisch eine weitere Ausführungsform für eine Bipolarplatte mit einem als Unterlage dienenden Dichtsteg für die äußeren Dichtungselemente, und
17 schematisch einen bipolaren Brennstoffzellenstapel aus mehreren einzelnen Brennstoffzellen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Bipolarplatte 1 in Explosionsdarstellung für einen in 17 dargestellten Brennstoffzellenstapel. Dabei zeigt die 1 eine Hälfte einer punktsymmetrischen Bipolarplatte 1. Unter Punktsymmetrie wird hierbei eine an einer zur Plattenebene senkrecht verlaufenden Achse gespiegelte Hälfte der Bipolarplatte 1 verstanden. Die Bipolarplatte 1 ist aus zwei Scheibenteilen 2.1 und 2.2 gebildet. Die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 sind so genannte, insbesondere zueinander korrespondierende Halbschalen und bilden ein Scheibenpaar. Die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 werden zu einem Scheibenpaket zumindest bereichsweise zusammengefügt, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder mechanisches Umformen. Bevorzugt sind die Scheibenteile 2.1 und 2.2 als Metallbleche, insbesondere Edelstahlbleche gefertigt. Die Anordnung mehrerer derartiger Scheibenpakete zu einem Scheibenstapel unter Zwischenanordnung von zumindest Membran-Elektroden-Einheiten bildet einen Brennstoffzellenstapel. Die Scheibenpakete, d.h. Bipolarplatten 1, werden dabei in nicht näher dargestellter Art und Weise abwechselnd mit Membranen, die beidseitig mit Elektroden versehen sind, aufeinander gestapelt.
Im Detail weisen die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 jeweils mindestens eine Kanalstruktur 4.1 und 4.2 auf, die mindestens ein zugehöriges Strömungsfeld F1 und F2 für Reaktionsmedien, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff oder Methanol-Wasser-Gemisch und Sauerstoff, bildet. Die Strömungsfelder F1 und F2 liegen außen, d.h. auf der zum jeweils anderen Scheibenteil 2.1 bzw. 2.2 abgewandten Außenseite. Dabei wird das Strömungsfeld F1 der ersten Halbschale oder des ersten Scheibenteils 2.1 an seiner dem zweiten Scheibenteil 2.2 abgewandten Außenseite mit einem ersten Reaktionsmedium überströmt, während das Strömungsfeld F2 des zweiten Scheibenteils 2.2 an der Fläche, die der Grenzfläche zum ersten Scheibenteil 2.1 abgewandt ist, sowie im das zweite Scheibenteil 2.2 umrahmenden Bereich des ersten Scheibenteils 2.1 (Rahmen R) mit einem zweiten Reaktionsmedium überströmt wird. Die Kanalstrukturen 4.1 und 4.2 sind durch Umformen in die Scheibenteile 2.1 bzw. 2.2 eingebracht, beispielsweise durch Einbringen von Sicken. Die Sicken verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander in Längs- und Querrichtung der Scheibenteile 2.1 und 2.2. Die Negativen der äußeren Strömungsfelder F1 und F2 bilden die inneren Hohlräume. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Strömungsfeld F1 des kleineren Scheibenteils 2.1 mit Brennstoff, beispielsweise einem Methanol-Wasser-Gemisch und das Strömungsfeld F2 des größeren Scheibenteils 2.2 mit einem Oxidator, beispielsweise Luftsauerstoff, überströmt.
Zur Bildung der Bipolarplatte 1 werden die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 im aufeinander liegenden Randbereich zumindest bereichsweise und nach innen zumindest teilweise fluid- und/oder gasdurchlässig unter Bildung von inneren Hohlräumen miteinander gefügt. Hierdurch kann auf eine Dichtprüfung der Fügenaht der Bipolarplatte 1 infolge des Fügeprozesses beider Halbschalen verzichtet werden. Da die Dichtprüfkosten für eine einzelne Bipolarplatte 1 nicht unerheblich sind, die Bipolarplattengröße aber nur untergeordnet in die Prüfzeit eingeht, ist dies besonders für kleinformatige Bipo larplatten, insbesondere für Bipolarplatten mit einer aktiven Zellfläche < 200 cm², von Vorteil. In einer weiteren Ausführung wird das Scheibenteil 2.1 im Bereich des Übergangselements 8.1 so geformt, dass ein nennenswerter Transport des das Scheibenteil 2.1 überströmenden Reaktionsmediums auf der der Membran-Elektroden-Einheit abgewandten Seite, d.h. in den Hohlräumen zwischen den Scheibenteilen 2.1 und 2.2, im Wesentlichen vermieden wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass das Scheibenteil 2.1 im Einströmbereich durch ineinandergreifende Geometrien ähnlich der Struktur in den 1ff. der älteren deutschen Anmeldung DE 10 2006 037 353.7 oder nach Art einer Eierkartonkonfiguration so geformt wird, dass kein nennenswerter Mediumtransport zwischen den Scheibenteilen 2.1 und 2.2 stattfindet.
Darüber hinaus sind die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 unterschiedlich groß. Dabei ist das Scheibenteil 2.1 in seinen Außenabmessungen kleiner als das Scheibenteil 2.2 ausgeführt. Hierdurch ist die für die Herstellung erforderliche Edelstahlmenge deutlich reduziert. Insbesondere entsprechen die Außenabmessungen des Scheibenteils 2.1 den Außenabmessungen des zugehörigen Strömungsfeldes F1. Die Außenabmessungen des größeren Scheibenteils 2.1 sind durch die Außenabmessungen eines das zugehörige Strömungsfeld F2 umgebenden Rahmens R gebildet.
Zum Zuführen und Abführen der Reaktionsmedien ist in 1 eine Zuführung 6.1 für ein Reaktionsmedium und eine Abführung 6.2 für das andere Reaktionsmedium gezeigt. Die Zuführung 6.1 und die Abführung 6.2 (auch Ports genannt) sind randseitig als Ausnehmungen in eines der beiden Scheibenteile 2.2, insbesondere im Bereich des Rahmens R des größeren Scheibenteils 2.2 vorgesehen. Die Zuführungen 6.1 und die Abführungen 6.2 können beispielsweise schlitzförmig, eckig, rund oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein. Dabei liegen die Zuführungen und die zugehörigen Abführungen in nicht näher dargestellter Art und Weise diagonal einander gegenüber. Die Sicken der Kanalstrukturen 4.1 und 4.2 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander in Längs- und Querrichtung der Scheibenteile 2.1 und 2.2 und verbinden die Zuführungen mit den zugehörigen Abführungen.
Zur Überleitung der Reaktionsmedien von der jeweiligen Zuführung 6.1 und Abführung 6.2 in die bzw. aus der betreffenden Kanalstruktur 4.1 bzw. 4.2 hinein bzw. heraus sind zwischen diesen Übergangselemente 8.1 und 8.2 in Form von Brückenelementen vorgesehen. Die Überleitung der Reaktionsmedien von oder zu den Ports 6.1 bzw. 6.2 in bzw. aus den jeweiligen aktiven Zellflächen, d.h. in oder aus den Strömungsfeldern F1 und F2, findet durch die Übergangselemente 8.1 und 8.2 statt, die beispielsweise in eine Einlegedichtung integriert, direkt eingelegt oder direkt mit einer der beiden Halbschalen verbunden sein können. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung werden die Übergangselemente 8.1 und 8.2 direkt an dem angebrückten Scheibenteil 2.1 bzw. 2.2 angebracht, und zwar im Bereich des größeren Scheibenteils 2.2 als Klappinlay und im Bereich des kleineren Scheibenteils 2.1 als Erweiterung in Portrichtung.
Die Bipolarplatte 1 wird darüber hinaus nach außen vollständig durch zwei Dichtelemente 10.1 und 10.2, z. B. eine Elastomerdichtung, abgedichtet, so dass auf eine dichte Fügenaht zwischen den beiden Scheibenteilen 2.1 und 2.2 verzichtet werden kann. Ferner trennen die Dichtelemente 10.1 und 10.2 die Reaktionsmedien voneinander. Tritt ein Reaktionsmedium in die durch den Fügeprozeß entstehenden Hohlräume zwischen erster und zweiter Halbschale ein, ist dies für den Betrieb und die Betriebssicherheit der Brennstoffzelle unerheblich. Dabei muss verhindert werden, dass beide Reaktionsmedien gleichzeitig eindringen. In einer besonders bevorzugten Ausführung werden die für eine nach außen wirksame Abdichtung der Brennstoffzelle und der Bipolarplatte 1 erforderlichen Dichtungselemente 10.1 und 10.2 in nicht näher dargestellter Art und Weise an angrenzende Membran- Elektroden-Einheiten angespritzt. Das Anspritzen der Dichtungselemente 10.1 und 10.2 an die Membran-Elektroden-Einheit reduziert die Anzahl der erforderlichen Dichtprüfungsschritte beim Brennstoffzellenstackaufbau von drei (1× Bipolarplatte, 1× Membran-Elektroden-Einheit, 1× Brennstoffzellenstack) auf zwei (1× Membran-Elektroden-Einheit, 1× Brennstoffzellenstack) und führt zu einer entsprechenden Kosteneinsparung.
In einer weiteren Ausführung kann das Scheibenteil 2.1 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit einer Anzahl von Durchbrüchen dahingehend versehen sein, dass sich die Hohlräume zwischen den beiden Scheibenteilen 2.1 und 2.2 mit Reaktionsmedium füllt. Im Falle der Störung der Versorgung mit Reaktionsmedium kann das dort gelagerte Medium als Puffer wirken und die Brennstoffzellenreaktion durch Diffusionsprozesse des Reaktanden aus dem Hohlraum in den Reaktionsraum für begrenzte Zeit aufrechterhalten.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für das größere der beiden Scheibenteile 2.2 gemäß 1 mit der Innenseite nach oben und der Außenseite nach unten. Das Scheibenteil 2.2 ist zur Hälfte dargestellt und als ein Metallblech mit eingeformter Kanalstruktur 4.2 ausgeführt. Die Kanalstruktur 4.2 bildet auf der Außenseite das Strömungsfeld F2 für ein Reaktionsmedium. Die Kanäle laufen parallel in Längs- und Querrichtung der Bipolarplatte 1. Die Kanalstruktur 4.2 ist mit der Abführung 10.2 zum Abführen des Reaktionsmediums verbunden. In nicht näher dargestellter Art und Weise ist die Kanalstruktur diagonal gegenüberliegend mit einer Zuführung zum Zuführen des Reaktionsmediums verbunden. Die Außenabmessungen des Scheibenteils 2.2 entsprechen dabei den Außenabmessungen des Rahmens R, der die Kanalstruktur 4.2 mit dem Strömungsfeld F2 und die Ausnehmungen für die Zuführung 10.1 und die Abführung 10.2 umgibt.
In 3 ist schematisch in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für das kleinere der beiden Scheibenteile 2.1 gemäß 1 dargestellt. Die Abmessungen des Scheibenteils 2.1 entsprechen dabei den Abmessungen des Strömungsfelds F1.
4 zeigt schematisch die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 gemäß den 2 und 3 bzw. der Bipolarplatte 1 gemäß 1 im gefügten Zustand. Dabei werden die beiden Scheibenteile 2.1 und 2.2 im einander zugewandten Randbereich zumindest teilweise miteinander gefügt, z. B. geschweißt, gelötet oder geklebt.
5 zeigt schematisch ein Übergangselement 8.1 im Bereich der Zuführung 6.2 für die Kanalstruktur 4.1 des Scheibenteils 2.1 gemäß 1. Das Übergangselement 8.1 kann separat als ein Metallblech eingelegt sein. Auch kann das Übergangselement 8.1 an das Scheibenteil 2.2 im Bereich des Rahmens 6 separat als Metallblech eingelegt oder als Kunststoffteil angespritzt sein.
6 zeigt schematisch das Dichtungselement 10.1 gemäß 1, das das kleine Scheibenteil 2.1 und die Zuführung 6.1 bzw. die Abführung 6.2 umgibt und im Bereich des Rahmens R auf dem großen Scheibenteil 2.2 aufliegt. Das Dichtungselement 10.1 ist aus einem elastisch verformbaren Material und beispielsweise als eine Elastomerdichtung ausgeführt.
7 bis 9 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen für ein Dichtungselement 10.1 bzw. 10.2. 7 zeigt das Dichtungselement 10.1 bzw. 10.2 mit einem integrierten Übergangselemente 8.1 bzw. 8.2. 8 zeigt ein ebenes Dichtungselement 10.1 und 10.2 mit Ausnehmungen für die Zuführungen und die Abführungen. Darüber hinaus kann das Dichtungselement 10.1 bzw. 10.2 gegebenenfalls über unterschiedlich hohe Dichtungsbe reiche (siehe 9) verfügen, wodurch die Bipolarplatte 1 nach außen und bezüglich der Reaktionsmedien zueinander abgedichtet wird.
In weiteren bevorzugten Ausführungen wird die jeweilige Bipolarplatte 1 durch eine auf die Bipolarplatte 1 aufgespritzte Elastomerdichtung nach außen und bezüglich der Reaktionsmedien zueinander abgedichtet. In einer alternativen Ausführung kann die jeweilige Bipolarplatte 1 durch eine an die Membran-Elektroden-Einheit angespritzte Elastomerdichtung, die gegebenenfalls über unterschiedlich hohe Dichtungsbereiche verfügt, nach außen und bezüglich der Reaktionsmedien zueinander abgedichtet.
Die 10 bis 14 zeigen in Explosionsdarstellung bzw. in perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Bipolarplatte 1. 10 zeigt alle Komponenten – kleines Scheibenteil 2.1, großes Scheibenteil 2.2 nach außen hin abdichtende Dichtungselemente 10.1 und 10.2 sowie Übergangselemente 8.1 und 8.2, wie z. B. Klappinlays, zur Überbrückung von Aussparungen im Bereich der Zuführungen 6.1 und der Abführungen 6.2 einer Bipolarplatte 1 in ihrer Gesamtgröße in Explosionsdarstellung.
In 11 ist das größere Scheibenteil 2.2 mit den Zuführungen 6.1 und den Abführungen 6.2 sowie das zu fügende und in eines der Dichtungselemente 10.1 einzulegende kleinere Scheibenteil 2.1 und deren nicht sichtbare bzw. sichtbare Kanalstrukturen 4.2 bzw. 4.1 mit den zugehörigen Strömungsfeldern F2 bzw. F1 dargestellt. Zur Abstützung des kleineren Scheibenteils 2.1 (auch Einlegeblech genannt) sind Stützelemente 16, z. B. Stütznoppen, im Portbereich des größeren Scheibenteils 2.2 vorgesehen. Das kleinere Scheibenteil 2.1 stützt sich somit großflächig auf der darunter liegenden Kanalstruktur 4.2 und im Portbereich auf den Stützelementen 16 ab.
Vom Portbereich, d.h. von den Zuführungen 6.1 und den Abführungen 6.2, aus gesehen nach dem in dieser 11 nicht näher dargestellten Dichtungselement 10.1 kann direkt die Kanalstruktur 4.1 des Flowfields F1 des kleineren Scheibenteils 2.1 beginnen. Das kleinere Scheibenteil 2.1 ist dazu im Ein- und Ausgangsbereich des Strömungsfelds F1 mit Öffnungen 20 versehen und somit durchlässig, damit das Reaktionsmedium von der Zuführung 6.1 auf die Oberseite des Scheibenteils 2.1 bzw. von dort wiederum auf die Unterseite des Scheibenteils 2.1 hinübertreten kann und weiter zur Abführung 6.2 strömen kann. Diese Öffnungen 20 können durch einfache Bohrungen, eckige Ausstanzungen oder Schlitze etc. noch vor oder bereits innerhalb der Kanalstruktur 4.1 des Scheibenteils 2.1 realisiert werden. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein kleineres Scheibenteil 2.1 mit den Öffnungen 20 zum Übertritt des Reaktionsmediums bzw. der Reaktionsprodukte auf die andere Blechseite. 13 zeigt die beiden gefügten Scheibenteile 2.1 und 2.2 gemäß 11 mit dem oberseitig angeordnetem Dichtungselement 10.1.
Um das in den Außenabmessungen größere Scheibenteil 2.2 sowohl auf dessen Ober- (siehe 11, Oberseite = Positivform nach dem Umformen) als auch auf dessen Unterseite (siehe 14, Unterseite = Negativform nach dem Umformen) mittels des Dichtungselements 10.1 bzw. 10.2 hinreichend gut abdichten zu können, ist das Scheibenteil 2.2 mit einem Steg 18 versehen, der als Unterlage für die Dichtungselemente 10.1 bzw. 10.2 wirkt und dessen umlaufenden Oberkanten bzw. Grate in einer Ebene liegen. In den 15 und 16 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Bipolarplatte 1 von der Seite in perspektivischer Darstellung gezeigt, wobei der im Bereich des Rahmens R des größeren Scheibenteils 2.2 eingebrachte Steg 18 (auch Dichtsteg genannt) dargestellt ist. Dieser Steg 18 muss mindestens eine erhöhte Kontur je Blechseite des Scheibenteils 2.2 aufweisen (im Querschnitt ähnlich einer Sinuswelle). Um beiderseits Dichtigkeit auch bei T-förmig aufeinander stoßenden Stegen zu gewährleisten, wird der Steg 18 mittig in die eine Richtung umgeformt und beiderseits des Stegs 18 in die entsprechend andere Richtung umgeformt, so dass sich ein Querschnitt ähnlich einer anderthalbfachen Sinuswelle (= Doppelwellenkontur) ergibt. Hierdurch können für die Bipolarplatte 1 beidseitig Dichtungselemente 10.1 und 10.2 mit konstanter Dicke verwendet werden. Ein Dichtungselement 10.1 bzw. 10.2 mit konstanter Dicke kann kostengünstiger hergestellt werden als eine Dichtung mit partiell veränderter Dicke (z.B. durch Aussparungen). Dadurch, dass ein durchgehender Steg 18 auf jeder Seite des Scheibenteils 2.2 vorhanden ist, dessen Aussparungen an den Ports durch Übergangselemente 8.1 bzw. 8.2 wie Klappinlays überbrückt werden, kann eine flexible Dichtung verwendet werden, die stets die gleiche Dicke aufweist.
Zum Positionieren der Dichtungselemente 10.1, 10.2 vor der Montage ist es insbesondere von Vorteil, das eine Dichtungselement 10.2 mit einem T-förmigen, das andere Dichtungselement 10.1 mit einem U-förmigen Querschnitt auf der Seite, die zum Scheibenteil 2.2 zeigt, zu versehen. (Die in den 1 bis 16 dargestellten Dichtungselemente 10.1, 10.2 sind vereinfacht mit Rechteckquerschnitt gezeichnet.) So kann die Mittelrippe („der vertikale Stamm des T's” vom Dichtungselement 10.2) beim Auflegen bzw. Andrücken in die zentrale Sicke (siehe 15 und 16) des Dichtstegs 18 greifen, die auf der anderen Blechseite den zentralen Steg bildet. Das Dichtungselement 10.2 wird dadurch über dem Dichtsteg 18 zentriert und gegen Verrutschen bei der Montage gesichert. Die andere Dichtung 10.1, die auf dem Scheibenteil 2.1 bzw. Scheibenteils 2.2 angebracht wird, wird mit ihrem U-Profil über die zentrale Rippe (siehe 15 und 16) des Dichtstegs 18 „gestülpt" und ist somit ebenfalls zentriert. Außerdem wird durch die Profilierung der Dichtungselemente 10.1, 10.2 der Dichtspalt verlängert und dadurch eine bessere Dichtwirkung bei gleichem Anpressdruck erzielt.
Bei einer „Höherlegung" des Einlegebleches oder kleineren Scheibenteils 2.1 beispielsweise durch die Stützelemente 16, d.h zwischen den Null-Niveaus von Grund- und Einlegeblech ist ein gewisser Abstand vorhanden, kann das Dichtungselement 10.1 direkt über das kleinere einzulegende Scheibenteil 2.1 gelegt werden, denn der Dichtsteg 18 und die Oberseite des Scheibenteils 2.1 liegen in einer Ebene. Dadurch kann in den Zuführungsports 6.1 für das Reaktionsmedium, welches über das Scheibenteil 2.1 strömen soll, jeweils ein sonst für diesen Port nötiges Übergangselement, z. B. ein Klappinlay, eingespart werden. Der senkrechte Abstand zwischen dem großen Scheibenteil 2.2 (= Oberfläche des Grundblechs) und Unterseite des kleinen Scheibenteils 2.1 (= Einlegebleches) ist gleichzeitig die Höhe des Durchflussquerschnitts in der Engstelle zwischen Zuführung 6.1 und Strömungsfeld F1.
In 17 ist schematisch ein bipolarer Brennstoffzellenstapel 12, der aus mehreren einzelnen Brennstoffzellen besteht, dargestellt. Dabei setzt sich der Brennstoffzellenstapel 12 abwechselnd aus aufeinander gestapelten Bipolarplatten 1 und Membran-Elektroden-Einheiten 14 zusammen.

Claims

Bipolarplatte (1) für einen Brennstoffzellenstapel (12), umfassend zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Scheibenteile (2.1, 2.2), von denen ein erstes Scheibenteil (2.1) ein zweites Scheibenteil (2.2) in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels nur teilweise überdeckt.
Bipolarplatte nach Anspruch 1, wobei das zweite Scheibenteil (2.2) mit einer oder mehreren als Durchbrüche (6.1) ausgebildeten Zu- und/oder Abführungen für ein erstes Reaktionsmedium versehen ist, und wobei ein von dem ersten Scheibenteil (2.1) nicht überdeckter Bereich des zweiten Scheibenteils (2.2) einen Teil des umlaufenden Randes, insbesondere den gesamten umlaufenden Rand zumindest eines oder aller Durchbrüche (6.1) umfasst.
Bipolarplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Scheibenteile (2.1, 2.2) jeweils mindestens ein zugehöriges Strömungsfeld (F1, F2) aufweisen, welches zumindest bereichsweise durch mindestens eine Kanalstruktur (4.1, 4.2) gebildet ist.
Bipolarplatte nach Anspruch 3, wobei das Strömungsfeld (F1, F2) des einen Scheibenteils (2.1, 2.2) auf der vom anderen Scheibenteil (2.1, 2.2) abgewandten Außenseite gebildet ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Außenabmessungen eines der Scheibenteile (2.1) zumindest den Außenabmessungen des zugehörigen Strömungsfeldes (F1) entsprechen.
Bipolarplatte nach Anspruch 5, wobei die Außenabmessungen des anderen Scheibenteils (2.2) zumindest den Außenabmessungen des zugehörigen Strömungsfeldes (F2) und eines dieses Strömungsfeld (F2) umgebenden Rahmens (R) entsprechen.
Bipolarplatte nach Anspruch 6, wobei das größere Scheibenteil (2.2) im Bereich des Rahmens (R) mit Zuführungen (6.1) zur Zuführung von Reaktionsmedien, insbesondere von Wasserstoff und Luft, und korrespondierenden Abführungen (6.2) zum Abführen der Reaktionsmedien, insbesondere Wasserstoff und Luft, versehen ist.
Bipolarplatte nach Anspruch 7, wobei im Bereich der Zuführungen (6.1) und der Abführungen (6.2) Übergangselemente (8.1, 8.2) zur Überleitung der Reaktionsmedien in das bzw. aus dem zugehörigen Strömungsfeld (F1, F2) vorgesehen sind.
Bipolarplatte nach Anspruch 8, wobei die Übergangselemente (8.1, 8.2) in Form von Klappinlays an dem zugehörigen Scheibenteil (2.1, 2.2) angeordnet sind.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Strömungsfelder (F1, F2) jeweils von einem Dichtungselement (10.1, 10.2) umgeben sind.
Bipolarplatte nach Anspruch 10, wobei die Dichtungselemente (10.1, 10.2) die Strömungsfelder (F1, F2) gegeneinander und nach außen abdichten.
Bipolarplatte nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) beidseitig im Bereich des Rahmens (R) des größeren Scheibenteils (2.2) angeordnet ist und das kleinere Scheibenteil (2.1) von einem der Dichtungselemente (10.1) umgeben ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) als ein weiteres Scheibenteil aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere als eine Elastomerdichtung ausgebildet ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) an eines der Scheibenteile (2.1, 2.2), insbesondere an das größere Scheibenteil (2.2) angeordnet, insbesondere angespritzt ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) an einer an die Scheibenteile (2.1, 2.2) außenseitig angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit (14) angeordnet, insbesondere angespritzt ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) unterschiedlich hoch ausgebildet ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das jeweilige Dichtungselement (10.1, 10.2) auf einem Dichtsteg (18) des größeren Scheibenteils (2.2) angeordnet ist.
Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der Rahmen (R) mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtungselements (10.1, 10.2) versehen ist.
Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Scheibenteile (2.1, 2.2) mit Öffnungen, insbesondere Stichbohrungen, Schlitzen, Rechtecken, Quadraten versehen ist und sich der innere Hohlraum (H) zwischen den beiden Scheibenteilen (2.1, 2.2) mit einem betreffenden Reaktionsmedium füllt.
Bipolarplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenteile (2.1, 2.2) als umgeformte Metallteile ausgebildet sind, wobei die Umformung der Scheibenteile (2.1, 2.2) an der jeweiligen Außenseite ein zugehöriges äußeres Strömungsfeld (F1, F2) für Reaktionsmedien bilden und die jeweiligen Negative der äußeren Strömungsfelder (F1, F2) die inneren Hohlräume bilden.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel (12) mit einer Bipolarplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel (12), insbesondere nach Anspruch 21, mit zumindest einer Bipolarplatte (1), einem Dichtungselement und zumindest einer Elektrolyteinheit, insbesondere einer Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Bipolarplatte zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Scheibenteile (2.1, 2.2) umfasst, von denen ein erstes Scheibenteil (2.1) ein zweites Scheibenteil (2.2) in Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels zumindest teilweise überdeckt und in einem Zwischenraum zwischen der Elektrolyteinheit und dem zweiten Scheibenteil (2.2) angeordnet ist, wobei das zweite Scheibenteil (2.2) mit einer oder mehreren als Durchbrüche (6.1) ausgebildeten Zu- und/oder Abführungen für ein erstes Reaktionsmedium versehen ist, und wobei das Dichtungselement zumindest einen oder alle Durchbrüche (6.1) gegen den Zwischenraum mit dem ersten Scheibenteil (2.1) abdichtet.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Dichtungselement einen Teil des umlaufenden Randes, insbesondere den gesamten umlaufenden Rand zumindest eines oder aller Durchbrüche (6.1) berührt.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei ein Dichtungselement (10.1, 10.2) beidseitig der Bipolarplatte (1) zwischen dieser und einer angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit (14) angeordnet ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) als ein weiteres Scheibenteil an der Membran-Elektroden-Einheit (14) angespritzt ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) als ein weiteres Scheibenteil an der Bipolarplatte (1) angespritzt ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei die Strömungsfelder (F1, F2) jeweils von einem Dichtungselement (10.1, 10.2) umgeben sind.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei die Dichtungselemente (10.1, 10.2) die Strömungsfelder (F1, F2) gegeneinander und nach außen abdichten.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) beidseitig im Bereich des Rahmens (R) des größeren Scheibenteils (2.2) angeordnet ist und das kleinere Scheibenteil (2.1) von einem der Dichtungselemente (10.1) umgeben ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 29, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) als ein weiteres Scheibenteil aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere als eine Elastomerdichtung ausgebildet ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 30, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) an eines der Scheibenteile (2.1, 2.2), insbesondere an das größere Scheibenteil (2.2) angeordnet, insbesondere angespritzt ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 31, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) an einer an die Scheibenteile (2.1, 2.2) außenseitig angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit (14) angeordnet, insbesondere angespritzt ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei das Dichtungselement (10.1, 10.2) unterschiedlich hoch ausgebildet ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 33, wobei das jeweilige Dichtungselement (10.1, 10.2) auf einem Dichtsteg (18) des größeren Scheibenteils (2.2) angeordnet ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 34, wobei der Rahmen (R) mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtungselements (10.1, 10.2) versehen ist.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 35, wobei eines der Scheibenteile (2.1, 2.2) mit Öffnungen, insbesondere Stichbohrungen, Schlitzen, Rechtecken, Quadraten versehen ist und sich der innere Hohlraum (H) zwischen den beiden Scheibenteilen (2.1, 2.2) mit einem betreffenden Reaktionsmedium füllt.
Bipolarer Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 21 bis 36, wobei die Scheibenteile (2.1, 2.2) als umgeformte Metallteile ausgebildet sind, wobei die Umformung der Scheibenteile (2.1, 2.2) an der jeweiligen Außenseite ein zugehöriges äußeres Strömungsfeld (F1, F2) für Reaktionsmedien bilden und die jeweiligen Negative der äußeren Strömungsfelder (F1, F2) die inneren Hohlräume bilden.