DE102008056900A1 - Bipolar plate for a fuel cell assembly, in particular for the arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte (B) für eine Brennstoffzelle mit mindestens zwei planparallel zueinander angeordneten Platten (A, K), von denen die eine als Anodenplatte (A) und die andere als Kathodenplatte (K) ausgebildet ist, auf deren Außenseiten jeweils ein Strömungsfeld (S) durch in die Platten (A, K) eingebrachte Strömungsfeldkanäle (SK) gebildet ist, welche jeweils von einem Reaktionsstoff durchströmbar sind, wobei zwischen der Anodenplatte (A) und der Kathodenplatte (K) auf deren Innenseiten durch Negativstrukturen der Strömungsfeldkanäle (SK) mindestens ein Kühlmittelkanal (KK) gebildet ist. Erfindungsgemäß sind in Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen (RE) und/oder Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen der Bipolarplatte (B) jeweils nur Strömungsstrukturen für den jeweils einströmenden oder ausströmenden Reaktionsstoff und das Kühlmittel oder nur Strömungsstrukturen für die beiden Reaktionsstoffe ausgebildet.The invention relates to a bipolar plate (B) for a fuel cell with at least two plane-parallel plates (A, K), one of which is formed as an anode plate (A) and the other as the cathode plate (K), on the outer sides of each a flow field (S) by in the plates (A, K) introduced flow field channels (SK) is formed, each of which is traversed by a reactant, wherein between the anode plate (A) and the cathode plate (K) on their inner sides by negative structures of the flow field channels (SK ) at least one coolant channel (KK) is formed. According to the invention, only flow structures for the respective inflowing or outflowing reactant and the coolant or only flow structures for the two reactants are respectively formed in the reactant inflow regions (RE) and / or the reactant outflow regions of the bipolar plate (B).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Brennstoffzellenanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 20.The Invention relates to a bipolar plate for a fuel cell assembly, in particular for the arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack according to the features of the preamble of claim 1 and a fuel cell assembly according to the features of the preamble of the claim 20th

Eine Brennstoffzellenanordnung oder ein Brennstoffzellenstapel (auch kurz Stack genannt) besteht aus mehreren, elektrisch in Serie geschalteten, planparallel übereinander gestapelt angeordneten Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle weist als Elektroden in Form von Gasdiffusionselektroden eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Elektrolyt auf, beispielsweise in Form einer Polymer-Elektrolyt-Membran (kurz PEM bezeichnet), die zusammen eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz MEA bezeichnet) bilden.A Fuel cell assembly or a fuel cell stack (also short stack) consists of several, electrically connected in series, plane-parallel one above the other Stacked arranged fuel cells. Each fuel cell points as electrodes in the form of gas diffusion electrodes an anode, a Cathode and an intermediate electrolyte, for example in the form of a polymer electrolyte membrane (PEM short), the together a membrane-electrode arrangement (MEA short) form.

Zwischen den im Brennstoffzellenstapel benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen ist jeweils eine Bipolarplatte (auch bipolare Separatorplatteneinheit genannt) angeordnet. Die Bipolarplatte dient dabei der Beabstandung benachbarter Membran-Elektroden-Anordnungen, dem Verteilen von Reaktionsstoffen für die Brennstoffzelle, wie Brennstoff und Oxidationsmittel, über die angrenzenden Membran-Elektroden-Anordnungen und dem Abführen der Reaktionsstoffe in hierfür vorgesehenen, jeweils zu den Membran-Elektroden-Anordnungen hin offenen Kanälen, der Abfuhr der Reaktionswärme über ein in separaten Kühlmittelkanälen geführtes Kühlmittel sowie der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anode und der Kathode von benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen.Between the membrane electrode assemblies adjacent the fuel cell stack is in each case a bipolar plate (also bipolar Separatorplatteneinheit called) arranged. The bipolar plate serves the spacing adjacent membrane-electrode assemblies, distributing reactants for the fuel cell, such as fuel and oxidant, over the adjacent membrane-electrode assemblies and the discharge the reactants provided in this, respectively to the Membrane electrode assemblies towards open channels, the Dissipate the heat of reaction via a separate Coolant channels guided coolant and the production of an electrical connection between the Anode and the cathode of adjacent membrane-electrode assemblies.

Als Reaktionsstoffe werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe (kurz: Reaktionsgase) eingesetzt, z. B. Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas (z. B. Reformatgas) als Brennstoff und Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas (z. B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion beteiligten Stoffe verstanden, einschließlich der Reaktionsprodukte, wie z. B. Wasser oder Restbrenngas.When Reactants are a fuel and an oxidant used. Most gaseous reactants (in short: reaction gases) are used, z. B. hydrogen or a hydrogen-containing gas (eg, reformate gas) as fuel and oxygen or an oxygen-containing gas (eg. As air) as an oxidizing agent. Under Reactants are all understood substances involved in the electrochemical reaction, including the reaction products, such as. B. water or residual fuel gas.

Die jeweilige Bipolarplatte besteht dabei aus zwei planparallel miteinander verbundenen Formteilen, insbesondere Platten – einer Anodenplatte zur Verbindung mit der Anode der einen Membran-Elektroden-Anordnung und einer Kathodenplatte zur Verbindung mit der Kathode der anderen Membran-Elektroden-Anordnung – oder einer Platte mit ober- und unterseitig eingebrachten Kanalstrukturen. An der der einen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der Anodenplatte sind dabei Anodenkanäle zur Verteilung eines Brennstoffs entlang der einen Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet, wobei an der der anderen Membran-Elektroden-Anordnung zugewandten Oberfläche der Kathodenplatte Kathodenkanäle zur Verteilung des Oxidationsmittels über der anderen Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet sind. Die Kathodenkanäle und die Anodenkanäle haben keine Verbindung miteinander.The respective bipolar plate consists of two plane-parallel with each other connected moldings, in particular plates - an anode plate for connection to the anode of a membrane-electrode assembly and a cathode plate for connection to the cathode of the others Membrane-electrode assembly - or a plate with upper and bottom side introduced channel structures. At the one Membrane electrode assembly facing surface of Anode plate are anode channels for distributing a Fuel arranged along the membrane electrode assembly, wherein facing the other of the membrane-electrode assembly Surface of the cathode plate cathode channels for Distribution of oxidant over the other membrane-electrode assembly are arranged. The cathode channels and the anode channels have no connection with each other.

Die Kathoden- und Anodenkanäle werden dabei von durch Erhebungen (im Weiteren Stege genannt) voneinander getrennten Vertiefungen (im Weiteren Kanäle genannt) auf den jeweils den Membran-Elektroden-Anordnungen zugewandten Oberflächen der Anoden- und Kathodenplatte gebildet. Die Kathoden- und Anodenplatte sind vorzugsweise geformt, insbesondere hohl geprägt. Die Stege und Kanäle werden beispielsweise diskontinuierlich durch Formrecken, Tiefziehen, Fließpressen oder dergleichen, oder kontinuierlich durch Walzen oder Ziehen hergestellt.The Cathode and anode channels are thereby by surveys (called webs hereinafter) separate recesses (hereinafter called channels) on each of the membrane-electrode assemblies facing surfaces of the anode and cathode plate educated. The cathode and anode plates are preferably shaped especially hollow shaped. The walkways and channels for example, discontinuously by forming, deep-drawing, Extrusion or the like, or continuously Rolling or drawing made.

Um bei einer Verwendung einer Brennstoffzellenanordnung für ein Fahrzeug im Betrieb eine hinreichende Wirtschaftlichkeit und geringe Kosten zu erzielen, ist beispielsweise die Leistung pro Quadratmeter Zellfläche und somit der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu steigern.Around when using a fuel cell assembly for a vehicle in operation has sufficient economy and Low cost, for example, is the performance per Square cell area and thus the efficiency of the fuel cell to increase.

In der DE 103 92 682 T5 ist eine Brennstoffzelle beschrieben, die durch abwechselndes Stapeln einer Elektrolyt-Elektroden-Anordnung und eines Paares von Separatoren gebildet ist. Die Elektrolyt-Elektroden-Anordnung enthält ein Paar von Elektroden und einen zwischen die betreffenden Elektroden eingefügten Elektrolyten. Ein Reaktantgas-Zuführungsdurchgang und ein Reaktantgas-Abführungsdurchgang erstrecken sich durch die betreffenden Separatoren in einer Stapelungsrichtung. Dadurch ist zumindest ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Brennstoffgas als Reaktantgas zu einem Reaktantgas-Strömungsfeld, welches in einer Separatorfläche gebildet ist, die der genannten Membran-Elektroden-Anordnung zugewandt ist, zuführbar und aus diesem Reaktantgas-Strömungsfeld wieder abführbar. Zumindest der betreffende Reaktantgas-Zuführungsdurchgang oder der genannte Reaktantgas-Abführungsdurchgang enthalten erste und zweite gerade Abschnitte, die längs zweier Seiten von einer Ecke des betreffenden Separators lang gestreckt sind.In the DE 103 92 682 T5 For example, a fuel cell formed by alternately stacking an electrolyte-electrode assembly and a pair of separators is described. The electrolyte-electrode assembly includes a pair of electrodes and an electrolyte interposed between the respective electrodes. A reactant gas supply passage and a reactant gas discharge passage extend through the respective separators in a stacking direction. Thereby, at least one oxygen-containing gas or a fuel gas as a reactant gas to a reactant gas flow field, which is formed in a Separatorfläche, which faces said membrane electrode assembly, can be fed and discharged from this reactant gas flow field again. At least the respective reactant gas supply passage or said reactant gas discharge passage includes first and second straight portions elongated along two sides from a corner of the respective separator.

Aus der US 2007/0154758 A1 ist ein Brennstoffzellenstapel bekannt, welcher einen Kühlmittel-Zuführungsdurchgang und einen Kühlmittel-Abführungsdurchgang umfasst. Diese erstrecken sich in einer Stapelungsrichtung und sind mit einem Kühlmittel-Strömungsfeld verbunden. Der Kühlmittel-Zuführungsdurchgang und der Kühlmittel-Abführungsdurchgang sind an horizontal entgegengesetzten Seiten eines Reaktantgas-Strömungsfeldes angeordnet. Der Brennstoffzellenstapel umfasst des Weiteren eine sich in Stapelungsrichtung erstreckende Entlüftungsöffnung, welche an dem Kühlmittel-Strömungsfeld derart angeordnet ist, dass es höher liegt als der höchste Teil des Kühlmittel-Strömungsfeldes. Eine sich in Stapelungsrichtung erstreckende Entwässerungsöffnung ist am Kühlmittel-Strömungsfeld derart angeordnet, dass es tiefer liegt als der tiefste Teil des Kühlmittel-Strömungsfeldes.From the US 2007/0154758 A1 For example, a fuel cell stack is known that includes a coolant supply passage and a coolant discharge passage. These extend in a stacking direction and are with a cooling connected medium flow field. The coolant supply passage and the coolant discharge passage are disposed on horizontally opposite sides of a reactant gas flow field. The fuel cell stack further includes a venting opening extending in the stacking direction, which is disposed on the coolant flow field such that it is higher than the highest part of the coolant flow field. A drainage opening extending in the stacking direction is arranged on the coolant flow field in such a way that it lies lower than the lowest part of the coolant flow field.

In der US 2004/0106028 A1 ist eine Brennstoffzelle beschrieben, bei welcher sich ein Kühlmittel-Zuführungsdurchgang, ein Kühlmittel-Abführungsdurchgang und eine Entlüftungsöffnung in Stapelungsrichtung durch eine Bipolarplatte erstrecken. Der Kühlmittel-Zuführungsdurchgang und der Kühlmittel-Abführungsdurchgang sind mittig an horizontal entgegengesetzten Enden der Bipolarplatte angeordnet. Dazwischen ist ein Kühlmittel-Strömungsfeld angeordnet. Die Entlüftungsöffnung zur Entlüftung des Kühlmittel-Strömungsfeldes ist über dem Kühlmittel-Abführungsdurchgang angeordnet. Zumindest ein Teil der Entlüftungsöffnung ist dabei über dem höchsten Teil des Kühlmittel-Strömungsfeldes angeordnet.In the US 2004/0106028 A1 For example, a fuel cell in which a coolant supply passage, a coolant discharge passage, and a vent opening in the stacking direction extend through a bipolar plate is described. The coolant supply passage and the coolant discharge passage are arranged centrally at horizontally opposite ends of the bipolar plate. In between, a coolant flow field is arranged. The vent opening for bleeding the coolant flow field is disposed above the coolant discharge passage. At least part of the vent opening is arranged above the highest part of the coolant flow field.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle anzugeben, welche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Bipolarplatten verbessert ist. Darüber hinaus ist eine verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben.Of the Invention is based on the object, a bipolar plate for indicate a fuel cell, which compared to the improved bipolar plates known in the art. Furthermore an improved fuel cell arrangement is to be specified.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Bipolarplatte erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Hinsichtlich der Brennstoffzellenanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 20 angegebenen Merkmale gelöst.The Task is solved according to the invention with regard to the bipolar plate by the features specified in claim 1. Regarding the fuel cell assembly The object is achieved by the im Claim 20 specified features solved.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.preferred Embodiments and developments of the invention are in the dependent Claims specified.

Eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei benachbarten Membran-Elektroden-Anordnungen in einem Brennstoffzellenstapel, umfasst in herkömmlicher Weise zwei planparallel zueinander angeordnete Platten, von denen die eine als Anodenplatte und die andere als Kathodenplatte ausgebildet ist, auf deren Außenseiten jeweils ein Strömungsfeld durch in die Platten eingebrachte Strömungsfeldkanäle gebildet ist, welche jeweils von einem Reaktionsstoff durchströmbar sind, wobei zwischen der Anodenplatte und der Kathodenplatte auf deren Innenseiten durch Negativstrukturen der Strömungsfeldkanäle mindestens ein Kühlmittelkanal gebildet ist.A Bipolar plate for a fuel cell, in particular for Arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack comprises in a conventional manner two plane-parallel arranged plates, of which the one formed as an anode plate and the other as a cathode plate is, on the outer sides of each a flow field by flow field channels introduced into the plates is formed, each of which flows through a reactant are, wherein between the anode plate and the cathode plate their insides through negative structures of the flow field channels at least one coolant channel is formed.

Erfindungsgemäß sind in Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen und/oder Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen der Bipolarplatte jeweils nur Strömungsstrukturen für den jeweils einströmenden oder ausströmenden Reaktionsstoff und das Kühlmittel oder nur Strömungsstrukturen für die beiden Reaktionsstoffe ausgebildet.According to the invention in reactant inflow regions and / or reactant outflow regions the bipolar plate only flow structures for each the respective inflowing or outflowing reactant and the coolant or only flow structures formed for the two reactants.

Durch die Reduzierung der Anzahl der Strömungsstrukturen ist die Bipolarplatte flacher ausformbar, mit tieferen Strömungsstrukturen in den Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen. Ein Brennstoffzellenstapel ist daher kompakter ausführbar. Dies ist insbesondere in Einsatzbereichen, in welchen nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, beispielsweise in Brennstoffzellenfahrzeugen, von großer Bedeutung. Durch die tieferen Strömungsstrukturen ist eine bessere Verteilung der Reaktionsstoffe auf Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes erreichbar und eine dafür erforderliche Kompressorleistung geringer, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad durch eine gesteigerte Leistungsdichte der Brennstoffzelle erreichbar ist.By the reduction in the number of flow structures is the bipolar plate shallower formable, with deeper flow structures in the reactant inflow regions. A fuel cell stack is therefore more compact executable. This is especially in applications in which only a limited Space is available, for example in fuel cell vehicles, of great importance. Due to the deeper flow structures is a better distribution of the reactants on flow field channels accessible to the flow field and one for it required compressor power lower, creating an improved Efficiency achievable by an increased power density of the fuel cell is.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist erreicht, dass das Kühlmittel und die Reaktionsstoffe, insbesondere ein Kathodengas, weitgehend parallel strömen, so dass dadurch ein günstiger Temperaturgradient, d. h. ein von einem Beginn zu einem Ende eines Kathodengaskanals ansteigender Temperaturverlauf erzielbar ist. Auf diese Weise ist ein wenig befeuchtetes bzw. nicht befeuchtetes Kathodengas einleitbar, ohne dass eine Austrocknung einer Polymer-Elektrolyt-Membran im Bereich des Beginns des Kathodengaskanals zu befürchten ist. Durch eine nach und nach ansteigende Temperatur in Strömungsrichtung nimmt die Fähigkeit des Kathodengases zu, bei der elektrochemischen Reaktion entstehendes Wasser aufzunehmen. Dadurch kann sich kein flüssiges Wasser bilden, welches die Kanäle verstopfen könnte.By the solution according to the invention is achieved that the coolant and the reactants, in particular a cathode gas, flow largely parallel, so that a favorable temperature gradient, d. H. one from a beginning to an end of a cathode gas duct rising temperature profile is achievable. This way is a little moistened or not humidified cathodic gas can be introduced without causing dehydration a polymer electrolyte membrane in the region of the beginning of the cathode gas channel is to be feared. By gradually increasing Temperature in the direction of flow decreases the ability the cathode gas to, in the electrochemical reaction resulting To absorb water. As a result, no liquid water can form, which could clog the channels.

Um eine optimale Verteilung der Kanäle auf der Bipolarplatte zu erreichen, wodurch ein auf der Bipolarplatte vorhandener Bauraum effizient nutzbar ist, sind Reaktionsstoffeingänge, ein Kühlmitteleingang, Reaktionsstoffausgänge und ein Kühlmittelausgang vorzugsweise in jeweils unterschiedlichen, voneinander getrennten Bereichen der Bipolarplatte angeordnet. Dadurch sind eine optimale Zuführung und Abführung der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels und möglichst geringe Abmessungen der Brennstoffzelle erzielbar.Around optimal distribution of the channels on the bipolar plate to reach, whereby an existing on the bipolar plate space is efficiently usable, are reagent inputs, a Coolant inlet, reactant exits and a coolant outlet, preferably in different, from each other arranged separate areas of the bipolar plate. Thereby are an optimal supply and removal of the reactants and the coolant and the smallest possible dimensions the fuel cell achievable.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in den Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen Einströmkanäle und in Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen Ausströmkanäle angeordnet, wodurch die Reaktionsstoffe optimal und gleichmäßig auf die Kanäle des jeweiligen Strömungsfeldes verteilbar sind.In a preferred embodiment, inflow channels and reactant outflow zones are in the reactant inflow regions rich outflow channels arranged, whereby the reactants are optimally and evenly distributed to the channels of the respective flow field.

In dieser Ausführungsform mündet der Kühlmitteleingang bevorzugt in den Reaktionsstoff-Einströmungsbereich der Bipolarplatte und/oder der Kühlmittelausgang führt von dem Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich der Bipolarplatte ab. Da in diesen Bereichen jeweils nur auf einer Platte Einströmkanäle bzw. Ausströmkanäle angeordnet sind, welche in etwa eine halbe Dicke der Bipolarplatte beanspruchen, ist die andere Hälfte der Dicke der Bipolarplatte für das Kühlmittel nutzbar. Dadurch ist sowohl eine von Beginn an optimale Kühlung der Reaktionsstoffe als auch eine optimale Zuführung sowohl der Reaktionsstoffe als auch des Kühlmittels zum Strömungsfeld erreichbar.In This embodiment opens the coolant inlet preferably in the reactant inflow region of Bipolar plate and / or the coolant outlet leads from the reactant outflow area of the bipolar plate from. Since in these areas in each case only on one plate inflow channels or outflow channels are arranged, which in claim about half the thickness of the bipolar plate is the other Half the thickness of the bipolar plate for the coolant available. This is both an optimal cooling from the beginning the reactants as well as an optimal supply of both the Reactants as well as the coolant to the flow field reachable.

Da Einströmkanäle eines Strömungsfeld-Zuflussbereiches und/oder Ausströmkanäle eines Strömungsfeld-Abflussbereiches bevorzugt auf der Anodenplatte in Strömungsrichtung senkrecht zu den Einströmkanälen des Strömungsfeld-Zuflussbereiches und/oder Ausströmkanälen des Strömungsfeld-Abflussbereiches auf der Kathodenplatte angeordnet sind, ist auch ein ungehinderter Zufluss des Kühlmittels durch gebildete Zwischenräume zwischen den sich kreuzenden Einströmkanälen der Anodenplatte und Kathodenplatte hindurch in den Strömungsfeldbereich sowie analog dazu ein ungehinderter Abfluss des Kühlmittels sichergestellt.There Inflow channels of a flow field inflow area and / or outflow channels of a flow field drainage area preferably on the anode plate in the flow direction perpendicular to the inflow channels of the flow field inflow region and / or outflow channels of the flow field drainage area are arranged on the cathode plate is also an unhindered Inflow of the coolant through formed spaces between the intersecting inflow channels of the anode plate and cathode plate into the flow field region as well as analogous to an unhindered outflow of the coolant ensured.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet der Kühlmitteleingang direkt in den Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte und/oder der Kühlmittelausgang führt direkt von dem Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte ab. In dieser Ausführungsform ist der Reaktionsstoff-Einströmungsbereich zur optimalen Einströmung und Verteilung der Reaktionsstoffe nutzbar, da die gesamte Dicke der Bipolarplatte je zur Hälfte zur Ausbildung von Strömungsstrukturen für die Reaktionsstoffe auf der Anodenplatte bzw. auf der Kathodenplatte nutzbar ist.In another preferred embodiment opens the coolant inlet directly into the flow field area the bipolar plate and / or the coolant outlet leads directly from the flow field region of the bipolar plate. In this embodiment, the reactant inflow area for optimal inflow and distribution of the reactants usable, since the entire thickness of the bipolar plate each half for the formation of flow structures for the Reactants on the anode plate or on the cathode plate is usable.

Zweckmäßigerweise sind die Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes in Strömungsrichtung gerade verlaufend angeordnet, wodurch eine optimale Durchströmung der Reaktionsstoffe und eine optimale Ausnutzung des auf der Bipolarplatte vorhandenen Bauraums für das Strömungsfeld und somit eine Optimierung der Leistungsdichte der Brennstoffzelle erreicht ist.Conveniently, are the flow field channels of the flow field arranged straight in the flow direction, whereby an optimal flow of the reactants and a optimal utilization of the space available on the bipolar plate for the flow field and thus an optimization the power density of the fuel cell is reached.

Vorzugsweise sind in dem Strömungsfeld eine zur Anzahl der Einströmkanäle doppelte Anzahl Strömungsfeldkanäle angeordnet, wobei jeweils ein Einströmkanal des Strömungsfeld-Zuflussbereiches in zwei Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes mündet und jeweils zwei Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes in einen Ausströmkanal des Strömungsfeld-Abflussbereiches münden. Dadurch sind relativ geringe Abmessungen von Reaktionsstoffeingängen bzw. Reaktionsstoffausgängen erreichbar, so dass diese in unterschiedlichen Bereichen der Bipolarplatte anordbar sind. Gleichzeitig ist durch diese Anordnung jedoch sichergestellt, dass das gesamte Strömungsfeld optimal mit den Reaktionsstoffen versorgbar ist, d. h. dass eine gesamte Breite der Bipolarplatte für das Strömungsfeld nutzbar ist. Da auf diese Weise eine Längsausdehnung des Strömungsfeldzuflussbereiches bzw. des Strömungsfeld-Abflussbereiches relativ gering ist, ist der vorhandene Bauraum der Bipolarplatte in Längsrichtung optimal für das Strömungsfeld nutzbar bzw. eine Längsausdehnung der Bipolarplatte und damit eine Größe der Brennstoffzelle reduzierbar.Preferably are in the flow field one to the number of inflow channels double number flow field channels arranged wherein in each case an inflow channel of the flow field inflow region in two flow field channels of the flow field opens and two flow field channels each of the flow field in an outflow channel of the flow field discharge area lead. As a result, relatively small dimensions of reagent entrances or reactant outputs reachable, so this can be arranged in different areas of the bipolar plate. At the same time, however, this arrangement ensures that the entire flow field optimally with the reactants can be supplied, d. H. that an entire width of the bipolar plate is usable for the flow field. As for this Way a longitudinal extent of the flow field inflow area or the flow field discharge area relatively low is, the available space of the bipolar plate in the longitudinal direction optimally usable for the flow field or a Longitudinal extent of the bipolar plate and thus a size the fuel cell reducible.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Anzahl der Strömungsfeldkanäle im Strömungsfeld und/oder die Anzahl der Einströmkanäle im Strömungsfeld-Zuflussbereich und/oder die Anzahl der Ausströmkanäle im Strömungsfeld-Abflussbereich identisch. Dies ist erreichbar durch eine Streckung von Reaktionsstoffeingängen bzw. Reaktionsstoffausgängen in Längsrichtung der Bipolarplatte. Auf diese Weise ist ebenfalls das gesamte Strömungsfeld optimal mit den Reaktionsstoffen versorgbar, allerdings ist dies mit einer etwas größeren Längsausdehnung des Strömungsfeld-Zuflussbereichs bzw. des Strömungsfeld-Abflussbereichs verbunden.In In another embodiment, the number of flow field channels in the flow field and / or the number of inflow channels in the flow field inflow region and / or the number of outflow channels identical in the flow field discharge area. This is achievable by an extension of reactant entrances or reactant outlets in the longitudinal direction of the bipolar plate. That way is also the entire flow field optimally with the reactants but this is a bit larger Longitudinal extent of the flow field inflow region or the flow field drainage area connected.

In einer weiteren Ausführungsform verlaufen die Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes in Strömungsrichtung wellenförmig oder serpentinenartig. Auf diese Weise sind ebenfalls relativ geringe Abmessungen von Reaktionsstoffeingängen bzw. Reaktionsstoffausgängen erreichbar, wobei trotzdem sichergestellt ist, dass das gesamte Strömungsfeld optimal mit den Reaktionsstoffen versorgbar ist, d. h. dass eine gesamte Breite der Bipolarplatte für das Strömungsfeld nutzbar ist, indem die Kanäle wellenförmig oder serpentinenartig den Bereich des Strömungsfeldes abdecken. Auf diese Weise ist wieder eine Längsausdehnung des Strömungsfeld-Zuflussbereiches bzw. des Strömungsfeld-Abflussbereiches relativ gering, so dass der vorhandene Bauraum der Bipolarplatte in Längsrichtung optimal für das Strömungsfeld nutzbar bzw. eine Längsausdehnung der Bipolarplatte und damit eine Größe der Brennstoffzelle reduzierbar ist. Dazu trägt, unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform, natürlich auch die parallele Anordnung der Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes bei. Mittels dieser verschiedenen Ausführungsformen ist, abhängig vom jeweiligen Verwendungszweck sowie weiteren Faktoren, wie beispielsweise Fertigungsmöglichkeiten, -aufwand und -kosten für die Bipolarplatte, jeweils ein optimales Design einer Kanalstruktur nutzbar.In In another embodiment, the flow field channels run of the flow field in the flow direction wavy or serpentine. In this way are also relatively small Dimensions of reactant entrances or reactant outlets achievable, while still ensuring that the entire Flow field optimally supplied with the reactants is, d. H. that an entire width of the bipolar plate for the flow field is usable by the channels wavy or serpentine the area of the flow field cover. In this way is again a longitudinal extent the flow field inflow area or the flow field outflow area relative low, so that the available space of the bipolar plate in the longitudinal direction optimally usable for the flow field or a Longitudinal extent of the bipolar plate and thus a size the fuel cell is reducible. Contributes, regardless from the particular embodiment, of course also the parallel arrangement of the flow field channels the flow field at. By means of these various embodiments is, depending on the intended use as well as others Factors such as manufacturing capabilities, effort and costs for the bipolar plate, each an optimal design a channel structure usable.

Bei all diesen Ausführungsformen weisen die Strömungsfeldkanäle des Strömungsfeldes sowie die Einströmkanäle und die Ausströmkanäle vorzugsweise eine identische Tiefe auf, so dass eine optimale Anströmung und Durchströmung des Strömungsfeldes mit Reaktionsstoffen gesichert ist und daher eine erforderliche Kompressorleistung gegenüber dem Stand der Technik reduzierbar ist und somit eine optimale Leistungsdichte der Brennstoffzelle erzielbar ist.at All of these embodiments have the flow field channels the flow field and the inflow channels and the outflow channels are preferably identical Depth up, allowing optimal flow and flow the flow field is secured with reactants and therefore a required compressor power over the state of the art can be reduced and thus optimum power density the fuel cell is achievable.

Vorzugsweise sind zusätzlich zum Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte der Strömungsfeld-Zuflussbereich und der Strömungsfeld-Abflussbereich als aktive Bereiche der Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie nutzbar, wodurch eine Leistungsdichte der Brennstoffzelle erheblich optimiert ist. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich effizientere Bauraumnutzung dar, so dass durch die erfindungsgemäße Lösung bei gleich bleibendem Bauraum wesentlich leistungsfähigere Brennstoffzellen herstellbar sind bzw. bei gleich bleibender Leistung eine erhebliche Bauraumreduktion erzielbar ist.Preferably are in addition to the flow field region of the bipolar plate the flow field inflow area and the flow field outflow area as active areas of the fuel cell for generating electrical Energy usable, creating a power density of the fuel cell is significantly optimized. This is opposite the stand the technology is a significantly more efficient space utilization, so that by the inventive solution at the same remaining space much more efficient fuel cells can be produced or at a constant power a considerable Space reduction can be achieved.

Bevorzugt weisen korrespondierende Kanäle der Anodenplatte und der Kathodenplatte einen identischen Strömungsquerschnitt auf, d. h. die Dicke der Bipolarplatte ist je zur Hälfte von Kanälen der Anodenplatte und der Kathodenplatte nutzbar, wobei dies durch die erfindungsgemäße Lösung für die gesamte Kanalstruktur der Bipolarplatte zutrifft, so dass mit einer optimalen Versorgung der Brennstoffzelle mit Reaktionsgasen ein optimaler Ablauf der elektrochemischen Reaktion zur Energieerzeugung sichergestellt ist.Prefers have corresponding channels of the anode plate and the Cathode plate has an identical flow cross-section, d. H. the thickness of the bipolar plate is half of each Channels of the anode plate and the cathode plate usable, this being the case by the solution according to the invention applies to the entire channel structure of the bipolar plate, so that with an optimal supply of the fuel cell with reaction gases an optimal sequence of the electrochemical reaction for energy production is ensured.

Vorzugsweise sind in einem Bereich der Bipolarplatte, in welchem die Strömungsfelder der Anodenplatte und der Kathodenplatte angeordnet sind, die Strömungsrichtungen der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels gleichsinning oder gegensinnig zueinander, d. h. entweder in die gleiche Richtung oder parallel in die Gegenrichtung. Dadurch ist sowohl eine optimale Kühlung der Reaktionsstoffe als auch ein optimaler Ablauf der elektrochemischen Reaktion zur Energieerzeugung durch eine gleichmäßige Zuführung der Reaktionsstoffe und deren optimale Kühlung sichergestellt.Preferably are in a region of the bipolar plate in which the flow fields the anode plate and the cathode plate are arranged, the flow directions the reactants and the coolant gleichsinning or in opposite directions, d. H. either in the same direction or in parallel in the opposite direction. This is both an optimal cooling the reactants as well as an optimal flow of electrochemical Reaction to generate energy by a uniform Supply of the reactants and their optimal cooling ensured.

Für eine einfache und kostengünstig herstellbare Bipolarplatte mit einer möglichst homogenen Reaktionsstoffzufuhr ist vorgesehen, dass alle Einströmkanäle der jeweiligen Platte von einem gemeinsamen Reaktionsstoffeingang abgehen. Dabei ist dem Reaktionsstoffeingang je nach zugehöriger Elektrode als Reaktionsstoff ein gasförmiger Reaktions- oder Brennstoff, z. B. Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas, oder ein Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas, z. B. Luft, zuführbar. Analog hierzu münden zweckmäßigerweise alle Ausströmkanäle der jeweiligen Platte in einen gemeinsamen Reaktionsstoffausgang, über welchen als Reaktionsprodukte Wasser oder Wasserdampf und/oder ein Restbrenngas abführbar sind.For a simple and inexpensive to produce bipolar plate with the most homogeneous possible reactant feed provided that all inflow channels of the respective Depart plate from a common reactant inlet. there is the reagent inlet depending on the associated electrode as reactant a gaseous reaction or fuel, z. As hydrogen or a hydrogen-containing gas, or a Oxidizing agent, e.g. As oxygen or an oxygen-containing gas, z. As air, fed. Analogously, expediently all outflow channels of the respective plate in one common reactant output, via which as reaction products Water or water vapor and / or a residual fuel gas can be discharged are.

Zweckmäßigerweise gehen ebenso alle Kühlmittelkanäle der Bipolarplatte von einem gemeinsamen Kühlmitteleingang ab bzw. münden in einen gemeinsamen Kühlmittelausgang, um eine möglichst effektive Kühlung der Brennstoffzelle sicherzustellen.Conveniently, go as well all the coolant channels of the bipolar plate from a common coolant inlet or open in a common coolant outlet to one as possible to ensure effective cooling of the fuel cell.

Für einen möglichst robusten Aufbau und eine einfache Einbringung der gesamten Kanalstruktur sind die beiden Platten aus Metall. Dabei ist die Kanalstruktur in die jeweilige Platte durch Formrecken, Tiefziehen, Fließpressen oder dergleichen, oder kontinuierlich durch Walzen oder Ziehen einbringbar.For a robust construction and easy insertion the entire channel structure are the two plates made of metal. there is the channel structure in the respective plate by form stretching, Deep drawing, extrusion or the like, or continuously by rolling or pulling einbringbar.

Hinsichtlich der Brennstoffzellenanordnung mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen, die als Membran-Elektroden-Anordnung mit einer zwischen zwei Gasdiffusionselektroden angeordneten Elektrolytmembran ausgebildet sind, ist vorgesehen, dass zwischen zwei benachbarten Brennstoffzellen jeweils eine erfindungsgemäße Bipolarplatte angeordnet ist.Regarding the fuel cell assembly having a plurality of stacked fuel cells, as a membrane-electrode assembly with one between two gas diffusion electrodes arranged electrolyte membrane are formed is provided that between two adjacent fuel cells each have an inventive Bipolar plate is arranged.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Bipolarplatte in einer Brennstoffzellenanordnung verwendet. Dabei kann es sich bei der Brennstoffzellenanordnung um eine Anzahl von gestapelten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen handeln, zwischen denen jeweils eine Bipolarplatte angeordnet ist.Prefers is the bipolar plate according to the invention in a Fuel cell assembly used. It may be in the Fuel cell assembly around a number of stacked polymer electrolyte membrane fuel cells act, between each of which a bipolar plate is arranged.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte, 1 a schematic representation of a bipolar plate,

2 eine Darstellung eines Querschnitts in einem Strömungsfeldbereich, 2 a representation of a cross section in a flow field region,

3 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte mit wellenförmig verlaufenden Kanälen, 3 a schematic representation of a bipolar plate with undulating channels,

4 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte mit serpentinenartig verlaufenden Kanälen, 4 a schematic representation of a bipolar plate with serpentine running channels,

5 eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte mit gleicher Anzahl Strömungsfeldkanäle in einem Strömungsfeldbereich und Einströmkanäle in einem Strömungsfeld-Zuflussbereich, und 5 a schematic representation of a bipolar plate with the same number of flow field channels in a flow field area and inflow channels in a flow field inflow area, and

6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung. 6 a further embodiment of the solution according to the invention.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bipolarplatte B. Die dargestellte Bipolarplatte B umfasst zwei planparallel angeordnete Platten A, K, von denen die eine als Anodenplatte A und die andere als Kathodenplatte K ausgebildet ist. Auf Außenseiten der Platten A, K ist jeweils ein Strömungsfeld S durch in die Platten A, K eingebrachte Strömungsfeldkanäle SK gebildet. Diese Strömungsfelder S sind jeweils von einem Reaktionsstoff durchströmbar, welcher auf diese Weise einer nicht dargestellten Gasdiffusionsschicht, beispielsweise einer Membran-Elektroden-Anordnung, einer Brennstoffzelle zur Energieerzeugung zuführbar ist. Zwischen der Anodenplatte A und der Kathodenplatte K sind auf deren Innenseiten durch Negativstrukturen der Strömungsfeldkanäle SK Kühlmittelkanäle KK gebildet. Eine Tiefe der Strömungsfeldkanäle SK in jeder Außenseite der Platte A, K entspricht in etwa einer halben Dicke der Bipolarplatte B. Die Strömungsfeldkanäle SK der beiden Platten A, K sind genau übereinander angeordnet, so dass sich Bodenbereiche der Strömungsfeldkanäle SK der Platten A, K berühren. Dadurch ist zum einen eine effektive und kostengünstige Abstützungsstruktur der Bipolarplatte B gebildet, zum anderen sind dadurch zwischen den beiden Platten A, K zwischen den sich mit dem Bodenbereich berührenden Strömungsfeldkanälen SK Zwischenräume gebildet, welche als Kühlmittelkanäle KK nutzbar sind. 1 shows a schematic representation of a bipolar plate B. The illustrated bipolar plate B comprises two plane-parallel plates A, K, of which one is designed as an anode plate A and the other as a cathode plate K. On outer sides of the plates A, K in each case a flow field S is formed by introduced into the plates A, K flow field channels SK. These flow fields S are each traversed by a reactant, which in this way a gas diffusion layer, not shown, for example, a membrane-electrode assembly, a fuel cell for power generation can be supplied. Between the anode plate A and the cathode plate K coolant channels KK are formed on their insides by negative structures of the flow field channels SK. A depth of the flow field channels SK in each outer side of the plate A, K corresponds approximately to half the thickness of the bipolar plate B. The flow field channels SK of the two plates A, K are arranged exactly above one another so that bottom regions of the flow field channels SK touch the plates A, K. , As a result, on the one hand, an effective and cost-effective support structure of the bipolar plate B is formed, on the other between the two plates A, K between the contacting with the bottom region flow field channels SK gaps are formed, which are used as coolant channels KK.

Dazu ist in 2 ein Querschnitt durch einen Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte B dargestellt, welcher den Aufbau einer gesamten Kanalstruktur der Bipolarplatte B in diesem Bereich verdeutlicht. Hier deutlich zu erkennen sind die beiden Platten A, K der Bipolarplatte B mit den jeweiligen Strömungsfeldkanälen SK, welche aufeinander aufliegen, sowie die dadurch gebildeten Kühlmittelkanäle KK zwischen den beiden Platten A, K. Die Strömungsfeldkanäle SK auf den Außenseiten der Platten A, K nutzen jeweils die halbe Dicke der Bipolarplatte B, dazwischen steht für das Kühlmittel die volle Dicke der Bipolarplatte B zur Verfügung.This is in 2 a cross section through a flow field region of the bipolar plate B is shown, which illustrates the structure of an entire channel structure of the bipolar plate B in this area. Here clearly visible are the two plates A, K of the bipolar plate B with the respective flow field channels SK, which rest on one another, and the coolant channels KK formed thereby between the two plates A, K. The flow field channels SK on the outer sides of the plates A, K use in each case half the thickness of the bipolar plate B, between the full thickness of the bipolar plate B is available for the coolant.

Im Bereich von Querseiten der Bipolarplatte B sind Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. Reaktionsstoffausgänge sowie ein Kühlmitteleingang KE bzw. ein Kühlmittelausgang angeordnet. In 1 dargestellt ist nur eine Querseite der Bipolarplatte B, d. h. zwei Reaktionsstoffeingänge RA, RK und ein Kühlmitteleingang KE, da die entsprechenden Ausgänge analog dazu angeordnet sind. Die Reaktionsstoffeingänge RA, RK umfassen einen Reaktionsstoffeingang RA auf der Kathodenplatte K der Bipolarplatte B und einen Reaktionsstoffeingang RK auf der Anodenseite A der Bipolarplatte B. Der Kühlmitteleingang KE ist zur Einleitung eines Kühlmittels zwischen die Platten A, K der Bipolarplatte B vorgesehen.In the region of transverse sides of the bipolar plate B reaction material inputs RA, RK or reaction material outputs and a coolant inlet KE or a coolant outlet are arranged. In 1 only one transverse side of the bipolar plate B is shown, ie two reactant inputs RA, RK and a coolant input KE, since the corresponding outputs are arranged analogously thereto. The reagent entrances RA, RK comprise a reactant inlet RA on the cathode plate K of the bipolar plate B and a reagent inlet RK on the anode side A of the bipolar plate B. The coolant inlet KE is provided for introducing a coolant between the plates A, K of the bipolar plate B.

In der erfindungsgemäßen Lösung sind die Reaktionsstoffeingänge RA, RK und -ausgänge und der Kühlmitteleingang KE und -ausgang auf der Bipolarplatte B alle räumlich voneinander getrennt. Unmittelbar vor dem jeweiligen Reaktionsstoffeingang RA, RK ist ein Reaktionsstoff-Einströmungsbereich RE angeordnet, analog dazu, hier nicht dargestellt, unmittelbar vor dem jeweiligen Reaktionsstoffausgang ein Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich. In diesen Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils nur auf einer Platte A, K Einströmkanäle EK zur Einströmung des jeweiligen Reaktionsstoffs bzw. Ausströmkanäle zur Ausströmung des jeweiligen Reaktionsstoffs angeordnet, welche jeweils die volle Kanaltiefe, die der halben Dicke der Bipolarplatte B entspricht, aufweisen. Dadurch steht ein Raum zwischen den Platten A, K, in welchen sich die jeweils anderen Kanäle erstrecken würden, in diesen Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen vollständig zur Verteilung des Kühlmittels zur Verfügung. Dies ist ermöglicht durch die bereits erwähnte räumliche Trennung der Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge auf der Bipolarplatte B. Dadurch ist eine sofortige effektive Kühlung des jeweils einströmenden Reaktionsstoffes und eine optimale Einströmung und Verteilung der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels erreicht.In the solution according to the invention are the reagent entrances RA, RK and outputs and the coolant inlet KE and output on the bipolar plate B all spatially from each other separated. Immediately before each reactant inlet RA, RK if a reactant inflow region RE is arranged, analogously, not shown here, immediately before each Reaction material outlet a reactant outflow area. In these reactant inflow regions RE and Reactant effluent areas are shown in FIG Embodiment in each case only on a plate A, K inflow channels EK for inflow of the respective reactant or Outflow to the outflow of the respective Reactant arranged, each of the full channel depth, which corresponds to half the thickness of the bipolar plate B, have. Thereby stands a space between the plates A, K, in which which would each extend other channels, in these reactant inflow regions RE and Reactant outflow areas completely for the distribution of the coolant available. This is made possible by the already mentioned spatial separation of the reactant inputs RA, RK and outputs on the bipolar plate B. By is an instant effective cooling of each incoming Reactant and an optimal inflow and distribution reaches the reactants and the coolant.

Auf diese Weise ist gegenüber dem Stand der Technik eine dünnere Bauform der Bipolarplatte B bei gleich bleibender Verteilung der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels oder bei gleich bleibender Dicke der Bipolarplatte B eine wesentlich verbesserte Verteilung ermöglicht. Nach dem Stand der Technik sind in diesen Bereichen Kanalstrukturen auf beiden Platten A, K angeordnet. Da diese Kanalstrukturen in diesen Bereichen jedoch nicht parallel verlaufen, sondern sich überkreuzen, sind diese bei Bipolarplatten B nach dem Stand der Technik nur mit verringerter Tiefe ausführbar, um sowohl die beiden Reaktionsstoffe als auch das Kühlmittel durch diesen Bereich leiten zu können. Dadurch ergeben sich erhöhte Druckverluste, wodurch eine höhere Kompressorleistung erforderlich ist und ein Wirkungsgrad der Brennstoffzelle verringert ist. Des Weiteren ist durch die geringere Tiefe der Kanalstrukturen eine optimale Verteilung der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels auf die jeweiligen Kanäle SK, KK im Strömungsfeld S erschwert.On this way is thinner compared to the prior art Type of bipolar plate B with constant distribution of Reactants and the coolant or at the same Thickness of the bipolar plate B a much improved distribution allows. According to the state of the art are in these areas Channel structures arranged on both plates A, K. Because these channel structures but not parallel in these areas, but crossing each other, these are with bipolar plates B according to the prior art only with reduced depth executable to both the two reactants as well as the coolant passing through this area can. This results in increased pressure losses, whereby a higher compressor power is required and an efficiency of the fuel cell is reduced. Furthermore is optimal due to the smaller depth of the channel structures Distribution of the reactants and the coolant on the respective channels SK, KK in the flow field S difficult.

Zwischen den Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen und dem Strömungsfeld S ist ein Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ bzw. ein nicht dargestellter Strömungsfeld-Abflussbereich angeordnet. In diesem Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ bzw. Strömungsfeld-Abflussbereich überkreuzen sich Einströmkanäle EK bzw. Ausströmkanäle beider Platten A, K der Bipolarplatte B, sind aber trotzdem mit voller Kanaltiefe ausgebildet, da das Kühlmittel durch Zwischenräume zwischen den sich überkreuzenden Einströmkanälen EK bzw. Ausströmkanälen zu dem Strömungsfeld S führbar bzw. von diesem abführbar ist. Da in diesem Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ bzw. Strömungsfeld-Abflussbereich beide Reaktionsstoffe durch die Einströmkanäle EK bzw. Ausströmkanäle geführt sind, sind der Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ bzw. der Strömungsfeld-Abflussbereich zusätzlich zum Strömungsfeld S als aktive Bereiche der Brennstoffzelle zur Energieerzeugung nutzbar, wodurch eine optimale Nutzung eines Bauraums der Brennstoffzelle erreicht ist. Eine Leistung einer derartigen Brennstoffzelle ist daher bei gleichem Bauraumbedarf erheblich steigerbar bzw. bei gleicher Leistung ein Bauraumbedarf der Brennstoffzelle erheblich reduzierbar. Dies ist insbesondere bei einer Nutzung von Brennstoffzellen beispielsweise zur Energieerzeugung in Fahrzeugen von großer Bedeutung, da nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht.Between the reactant inflow regions RE and the reactant outflow regions and the flow field S is a flow Field inflow area SZ or not shown flow field drainage area arranged. In this flow field inflow area SZ or flow field discharge area, inflow passages EK or outflow passages of both plates A, K of the bipolar plate B, but are still formed with full channel depth, as the coolant through spaces between the crossing inflow channels EK and outflow to the flow field S feasible or can be discharged from this. Since both reactants are guided through the inflow channels EK or outflow channels in this flow field inflow region SZ or flow field outflow region, the flow field inflow region SZ or the flow field outflow region can be used in addition to the flow field S as active regions of the fuel cell for energy generation optimal use of a space of the fuel cell is reached. A performance of such a fuel cell is therefore significantly increased with the same space requirements or a space requirement of the fuel cell can be significantly reduced at the same power. This is particularly important when using fuel cells, for example for power generation in vehicles of great importance, since only a very limited space is available.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist erreicht, dass das Kühlmittel und die Reaktionsstoffe, insbesondere ein Kathodengas, über große Teile der Bipolarplatte B weitgehend parallel strömen, so dass dadurch ein günstiger Temperaturgradient, d. h. ein von einem Beginn zu einem Ende der Kanalstruktur ansteigender Temperaturverlauf erzielbar ist. Auf diese Weise ist ein wenig befeuchtetes bzw. nicht befeuchtetes Kathodengas einleitbar, ohne dass eine Austrocknung einer Polymer-Elektrolyt-Membran im Bereich des Beginns eines Kathodengaskanals zu befürchten ist. Durch eine nach und nach ansteigende Temperatur in Strömungsrichtung nimmt die Fähigkeit des Kathodengases zu, bei der elektrochemischen Reaktion entstehendes Wasser aufzunehmen. Dadurch kann sich kein flüssiges Wasser bilden, welches die gesamte Kanalstruktur verstopfen könnte.By the solution according to the invention is achieved that the coolant and the reactants, in particular a cathode gas, over large parts of the bipolar plate B flow largely parallel, so that thereby a cheaper Temperature gradient, d. H. one from a beginning to an end of Channel structure increasing temperature profile can be achieved. On this way is a little humidified or not moistened cathode gas Introduced without drying out a polymer electrolyte membrane to fear in the region of the beginning of a cathode gas channel is. By a gradually rising temperature in the flow direction increases the ability of the cathode gas in the electrochemical Reacting reaction water. This can not be liquid water forming the entire channel structure could clog.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind Abmessungen der Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge möglichst gering gehalten, um auf diese Weise einen möglichst großen aktiven Bereich der Brennstoffzelle zu ermöglichen. Allerdings sind dadurch nur eine begrenzte Anzahl Einströmkanäle EK zur Einströmung und Verteilung der Reaktionsstoffe bzw. Ausströmkanäle zur Ableitung der Reaktionsstoffe anordbar, welche auf das Strömungsfeld S mit wesentlich mehr Strömungsfeldkanälen SK, im dargestellten Ausführungsbeispiel der doppelten Anzahl Strömungsfeldkanäle SK, zu verteilen sind. Um dies zu ermöglichen, ist jeweils ein Einströmkanal EK des Strömungsfeld-Zuflussbereichs SZ bzw. ein Ausströmkanal des Strömungsfeld-Abflussbereichs mit jeweils zwei Strömungsfeldkanälen SK des Strömungsfeldes S verbunden, so dass die Reaktionsstoffe gleichmäßig auf das jeweilige Strömungsfeld S verteilbar bzw. von diesem ableitbar sind.in the Embodiment illustrated here are dimensions Reactant inputs RA, RK and -ausgänge kept as low as possible, in this way a possible enable large active area of the fuel cell. However, this means that only a limited number of inflow channels EK for inflow and distribution of the reactants or Outflow channels for the discharge of the reactants can be arranged, which on the flow field S with essential more flow field channels SK, in the illustrated Embodiment of twice the number of flow field channels SK, are to be distributed. To make this possible is in each case an inflow channel EK of the flow field inflow region SZ or an outflow channel of the flow field drainage area each with two flow field channels SK of the flow field S connected, so that the reactants evenly be distributed to the respective flow field S or from this are derivable.

In 3 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, zum einen die Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge möglichst klein zu gestalten, aber trotzdem eine volle Breite der Bipolarplatte B für das Strömungsfeld S zu nutzen. Dies ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel, in welchem der Übersichtlichkeit halber nur die Kathodenplatte K der Bipolarplatte B dargestellt ist, durch wellenförmig verlaufende Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S realisiert. Auf diese Weise ist ebenfalls eine für das Strömungsfeld S auf der Bipolarplatte B vorhandene Fläche optimal nutzbar, um so eine optimale Leistungsdichte der Brennstoffzelle zu erzielen. Durch eine Änderung der Amplitude dieser wellenförmig verlaufenden Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S ist ein Design der Bipolarplatte B veränderbar, d. h. die Bipolarplatte B beispielsweise in Längsrichtung länger oder kürzer ausführbar und so optimal an die Brennstoffzelle anpassbar bzw. die zu fertigende Brennstoffzelle optimal an die jeweiligen Erfordernisse, beispielsweise an einen zur Verfügung stehenden Bauraum in einem Fahrzeug anpassbar. Die Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S auf der Anodenplatte A der Bipolarplatte B sind analog dazu angeordnet. Der Reaktionsstoff-Einströmungsbereich RE, der Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich sowie der Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ und Strömungsfeld-Abflussbereich der dargestellten Ausführungsform sind analog zu der bereits in 1 dargestellten und erläuterten Ausführungsform ausgebildet.In 3 is shown a further possibility, on the one hand to make the reagent inputs RA, RK and outputs as small as possible, but still to use a full width of the bipolar plate B for the flow field S. In the exemplary embodiment shown here, in which, for the sake of clarity, only the cathode plate K of the bipolar plate B is shown, this is realized by wave-shaped flow field channels SK of the flow field S. In this way, an area available for the flow field S on the bipolar plate B can also be used optimally in order to achieve an optimum power density of the fuel cell. By changing the amplitude of these wave-shaped flow field channels SK of the flow field S, a design of the bipolar plate B is variable, ie the bipolar plate B, for example, longer or shorter executable in the longitudinal direction and optimally adaptable to the fuel cell or the fuel cell to be manufactured optimally to the respective requirements For example, adaptable to an available space in a vehicle. The flow field channels SK of the flow field S on the anode plate A of the bipolar plate B are arranged analogously thereto. The reactant inflow region RE, the reactant outflow region and the flow field inflow region SZ and the flow field outflow region of the illustrated embodiment are analogous to those already described in FIG 1 formed and illustrated embodiment formed.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Hier ist ein Verlauf der Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S zur optimalen Ausnutzung der Fläche auf der Bipolarplatte B, welche für das Strömungsfeld S zur Verfügung steht, serpentinenartig ausgeformt. Dabei ist eine Breite des Strömungsfeldes S im hier dargestellten Ausführungsbeispiel in drei Bereiche B1, B2, BM unterteilt. Ein erster äußerer Bereich B1 erstreckt sich entlang einer ersten Längsseite des Strömungsfeldes S und weist etwa ein Drittel der Breite des Strömungsfeldes S auf, ein zweiter äußerer Bereich B2 erstreckt sich entlang einer zweiten Längsseite des Strömungsfeldes S und weist ebenfalls in etwa ein Drittel der Breite des Strömungsfeldes S auf. Ein mittlerer Bereich BM des Strömungsfeldes S erstreckt sich zwischen dem ersten äußeren Bereich B1 und dem zweiten äußeren Bereich B2 des Strömungsfeldes S in einem mittleren Drittel der Breite des Strömungsfeldes S.In 4 another embodiment is shown. Here is a course of the flow field channels SK of the flow field S for optimum utilization of the surface on the bipolar plate B, which is available for the flow field S, serpentine-shaped. In this case, a width of the flow field S in the exemplary embodiment illustrated here is subdivided into three regions B1, B2, BM. A first outer region B1 extends along a first longitudinal side of the flow field S and has approximately one third of the width of the flow field S, a second outer region B2 extends along a second longitudinal side of the flow field S and likewise has approximately one third of the width of the Flow field S on. A middle region BM of the flow field S extends between the first outer region B1 and the second outer region B2 of the flow field S in a middle third of the width of the flow field S.

Die Strömungsfeldkanäle SK verlaufen vom Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ in Strömungsrichtung durch den ersten äußeren Bereich B1 des Strömungsfeldes S bis zu einer dem Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ gegenüber liegenden Querseite des Strömungsfeldes S, an welcher sie in einer 180° Kurve in den mittleren Bereich BM des Strömungsfeldes S einmünden. in diesem mittleren Bereich BM des Strömungsfeldes S verlaufen die Strömungsfeldkanäle SK parallel und entgegen der Strömungsrichtung zu einer dem Strömungsfeld-Abflussbereich gegenüber liegenden Querseite des Strömungsfeldes S, an welcher sie, eine 180° Kurve beschreibend, in den zweiten äußeren Bereich B2 des Strömungsfeldes S einmünden und in diesem zweiten äußeren Bereich B2 des Strömungsfeldes S parallel und in Strömungsrichtung zum Strömungsfeld-Abflussbereich verlaufen. Auf diese Weise bilden die Strömungsfeldkanäle SK des dargestellten Ausführungsbeispiels drei Serpentinen, welche durch diese drei Bereiche B1, B2, BM des Strömungsfeldes S verlaufen. Die dargestellte Ausführungsform bietet somit eine weitere Möglichkeit, die Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge möglichst klein zu gestalten, aber trotzdem eine volle Breite der Bipolarplatte B für das Strömungsfeld S zu nutzen. Selbstverständlich sind in weiteren Ausführungsformen auch eine größere Anzahl Serpentinen möglich.The flow field channels SK run from Flow field inflow area SZ in the flow direction through the first outer region B1 of the flow field S to a flow field inflow area SZ opposite transverse side of the flow field S, where they open in a 180 ° curve in the central region BM of the flow field S. In this middle region BM of the flow field S, the flow field channels SK run parallel and counter to the flow direction to a transverse side of the flow field S opposite the flow field discharge region, at which they open, describing a 180 ° curve, into the second outer region B2 of the flow field S. and in this second outer region B2 of the flow field S run parallel and in the flow direction to the flow field discharge region. In this way, the flow field channels SK of the illustrated embodiment form three serpentines, which run through these three regions B1, B2, BM of the flow field S. The illustrated embodiment thus offers a further possibility of making the reagent entrances RA, RK or outputs as small as possible, but nevertheless to utilize a full width of the bipolar plate B for the flow field S. Of course, a larger number of serpentines are possible in other embodiments.

Der Reaktionsstoff-Einströmungsbereich RE, der Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich sowie der Strömungsfeld-Zuflussbereich SZ und Strömungsfeld-Abflussbereich der dargestellten Ausführungsform sind ähnlich der bereits in 1 dargestellten und erläuterten Ausführungsform ausgebildet. insbesondere sind gemäß der erfindungsgemäßen Lösung im Reaktionsstoff-Einströmungsbereich RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich nur jeweils auf einer Platte A, K Einströmkanäle EK ausgebildet.The reactant inflow area RE, the reactant outflow area, and the flow field inflow area SZ and flow field outflow area of the illustrated embodiment are similar to those already in FIG 1 formed and illustrated embodiment formed. In particular, according to the solution according to the invention in the reactant inflow region RE or the reactant outflow region, inflow channels EK are formed only on one plate A, K.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist wiederum nur eine Seite der Bipolarplatte B dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S, analog zu 1, wieder gerade. in diesem Ausführungsbeispiel sind allerdings sowohl im Strömungsfeld S als auch in den Strömungsfeld-Zuflussbereichen SZ bzw. Strömungsfeld-Abflussbereichen eine identische Anzahl Einströmkanäle EK angeordnet. Um dies zu erreichen, sind die Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge vergrößert. Da aber weiterhin sichergestellt sein muss, dass in den jeweiligen Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen jeweils nur auf einer Platte A, K eine Kanalstruktur ausgebildet ist, sind die Reaktionsstoffeingänge RA, RK bzw. -ausgänge in Längsrichtung der Bipolarplatte B vergrößert. Auf diese Weise sind aus den Reaktionsstoffeingängen RA, RK eine identische Anzahl Einströmkanäle EK herausführbar bzw. in die Reaktionsstoffausgänge eine identische Anzahl Ausströmkanäle hineinführbar, wie im Strömungsfeld S angeordnet sind.In 5 another embodiment is shown. For the sake of clarity, in turn only one side of the bipolar plate B is shown. In this embodiment, the flow field channels SK of the flow field S, analogous to 1 , again straight. However, in this exemplary embodiment, an identical number of inflow channels EK are arranged both in the flow field S and in the flow field inflow regions SZ or flow field outflow regions. To achieve this, the reactant entrances RA, RK or outlets are enlarged. However, since it must furthermore be ensured that a channel structure is formed in each of the respective reactant inflow regions RE and reactant outflow regions only on one plate A, K, the reactant inlet RA, RK or outputs in the longitudinal direction of the bipolar plate B are enlarged. In this way, an identical number of inflow passages EK can be led out of the reactant material inlets RA, RK, or an identical number of outflow passages can be introduced into the reactant outlets, as are arranged in the flow field S.

In 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt, welche allerdings in ihrer Funktionsweise von den bisher dargestellten Ausführungsformen abweicht. In dieser Ausführungsform ist zwischen den Reaktionsstoffeingängen RA, RK bzw. -ausgängen und dem Strömungsfeld S lediglich der Reaktionsstoff-Einströmungsbereich RE bzw. Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich der Bipolarplatte B angeordnet, in welchen keinerlei Einströmkanäle EK bzw. Ausströmkanäle als Strömungsstrukturen, sondern lediglich Leit- und Stützelemente L angeordnet sind. Diese haben sowohl eine Leitfunktion für die einströmenden Reaktionsstoffe, um diese optimal auf die Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S zu verteilen, als auch, analog zu Kanalwänden der Strömungsfeldkanäle SK, eine Stützfunktion für die an diesen anliegende, nicht dargestellte Gasdiffusionsschicht der Brennstoffzelle.In 6 is a further embodiment of the solution according to the invention shown, which, however, differs in their operation of the previously illustrated embodiments. In this embodiment, between the reagent entrances RA, RK and -ausgängen and the flow field S, only the reactant inlet area RE or reactant outflow area of the bipolar plate B is arranged, in which no inflow channels EK or outflow as flow structures, but only Leit- and Support elements L are arranged. These have both a guiding function for the inflowing reactants in order to distribute them optimally to the flow field channels SK of the flow field S, as well as analogous to channel walls of the flow field channels SK, a support function for the voltage applied to these, not shown gas diffusion layer of the fuel cell.

Entgegen den anderen dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung, in welchen in diesen Bereichen jeweils Strömungsstrukturen für einen Reaktionsstoff und das Kühlmittel angeordnet sind, sind in dieser Ausführungsform Strömungsstrukturen für beide Reaktionsstoffe angeordnet. Dadurch ist die Dicke der Bipolarplatte B je zur Hälfte für die Strömungsstrukturen der Reaktionsstoffe nutzbar, wodurch eine optimale Einströmung der Reaktionsstoffe und eine optimale Verteilung auf die Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S sichergestellt ist, mit den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik.opposite the other illustrated embodiments of the invention Solution in which in each of these areas flow structures arranged for a reagent and the coolant are flow structures in this embodiment arranged for both reactants. This is the thickness the bipolar plate B each half for the flow structures the reactants usable, whereby an optimal inflow of the Reactants and an optimal distribution to the flow field channels SK of the flow field S is ensured with the already described advantages of the invention Solution over the prior art.

Die Kühlmitteleingänge KE bzw. -ausgänge sind in diesem Ausführungsbeispiel seitlich des Strömungsfeldes S angeordnet, jeweils im Bereich eines Eingangs bzw. Ausgangs des Strömungsfeldes S. Allerdings sind die Strömungsfeldkanäle SK des Strömungsfeldes S für die Reaktionsstoffe in diesen Bereichen partiell nicht mit der vollen Kanaltiefe ausführbar, d. h. an einigen Stellen dürfen sich die Kanalunterseiten nicht berühren, so dass dadurch Durchlässe für eine Querverbindung zwischen den Kühlmitteleingängen KE bzw. -ausgängen und den Kühlkanälen KK des Strömungsfeldbereiches der Bipolarplatte B zur Durchströmung des Kühlmittels gebildet sind.The Coolant inputs KE and outputs are in this embodiment, laterally of the flow field S arranged, in each case in the region of an input or output of the Flow field S. However, the flow field channels SK of the flow field S for the reactants partially executable in these areas with the full channel depth, d. H. in some places, the channel bottoms do not touch, thereby leaving passages for a cross connection between the coolant inputs KE or outputs and the cooling channels KK of the flow field region of the bipolar plate B to the flow of the coolant are formed.

Dies, sowie das in diesem Bereich noch nicht optimal parallel zu den Reaktionsstoffen strömende Kühlmittel, sind zwar ein Nachteil gegenüber den anderen dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung, jedoch ist im weitaus größten Teil des Strömungsfeldes S diese optimal parallel verlaufende Strömung des Kühlmittels und der Reaktionsstoffe sichergestellt. Gegenüber dem Stand der Technik ist auch diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung durch eine höhere Leistungsdichte, eine optimale Einströmung und Verteilung der Reaktionsstoffe und eine geringere benötigte Kompressorleistung mit erheblichen Vorteilen verbunden.This, as well as the not yet optimally parallel to the reactants in this area flowing coolant, although a disadvantage compared to the other illustrated embodiments of the inventive solution, but in the vast majority of the flow field S this is optimally parallel running flow of the coolant and the reactants ensured. Compared to the prior art, this embodiment of the solution according to the invention is also associated with considerable advantages due to a higher power density, an optimum inflow and distribution of the reactants and a lower required compressor output.

Durch eine Vielzahl möglicher Ausführungsformen an Bipolarplatten B nach der erfindungsgemäßen Lösung ist für den jeweiligen Anwendungsbereich eine optimale Ausführungsform einsetzbar und auf diese Weise eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellenstapel beispielsweise je nach erforderlicher Leistung und dem zur Verfügung stehenden Bauraum optimierbar und produzierbar, wobei mittels der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik leistungsfähigere bzw. kleinere Brennstoffzellen herstellbar sind.By a variety of possible embodiments of bipolar plates B after the solution according to the invention for the respective application an optimal embodiment can be used and in this way a fuel cell or a fuel cell stack for example, depending on the required performance and the available standing space can be optimized and produced, using the according to the invention solution the prior art more efficient or smaller fuel cells can be produced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

  • BB
    Bipolarplattebipolar
    AA
    Anodenplatteanode plate
    KK
    Kathodenplattecathode plate
    LL
    Leit- und StützelementeGuide and support elements
    KEKE
    KühlmitteleingangCoolant inlet
    RA, RKRA, RK
    ReaktionsstoffeingängeReactant inputs
    SS
    Strömungsfeldflow field
    RERE
    Reaktionsstoff-EinströmungsbereichReactant-inflow
    SZSZ
    Strömungsfeld-ZuflussbereichFlow field-flow area
    EKEK
    Einströmkanäleinflow
    SKSK
    StrömungsfeldkanäleFlow field channels
    KKKK
    KühlmittelkanäleCoolant channels
    B1B1
    erster äußerer Bereichfirst outer Area
    B2B2
    zweiter äußerer Bereichsecond outer Area
    BMBM
    mittlerer Bereichmiddle area

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Claims (21)

Bipolarplatte (B) für eine Brennstoffzelle mit mindestens zwei planparallel zueinander angeordneten Platten (A, K), von denen die eine als Anodenplatte (A) und die andere als Kathodenplatte (K) ausgebildet ist, auf deren Außenseiten jeweils ein Strömungsfeld (S) durch in die Platten (A, K) eingebrachte Strömungsfeldkanäle (SK) gebildet ist, welche jeweils von einem Reaktionsstoff durchströmbar sind, wobei zwischen der Anodenplatte (A) und der Kathodenplatte (K) auf deren Innenseiten durch Negativstrukturen der Strömungsfeldkanäle (SK) mindestens ein Kühlmittelkanal (KK) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen (RE) und/oder Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen der Bipolarplatte (B) jeweils nur Strömungsstrukturen für den jeweils einströmenden oder ausströmenden Reaktionsstoff und das Kühlmittel oder nur Strömungsstrukturen für die beiden Reaktionsstoffe ausgebildet sind.Bipolar plate (B) for a fuel cell with at least two plane-parallel plates (A, K), one of which is formed as an anode plate (A) and the other as a cathode plate (K), on the outer sides of each of which a flow field (S) in the plates (A, K) introduced flow field channels (SK) is formed, each of which is traversed by a reactant, wherein between the anode plate (A) and the cathode plate (K) on the inside by negative structures of the flow field channels (SK) at least one coolant channel (KK) is formed, characterized in that in the reactant inflow regions (RE) and / or reactant outflow regions of the bipolar plate (B) only flow structures for each inflowing or outflowing reactant and the coolant or only flow structures for the two reactants are formed , Bipolarplatte (B) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsstoffeingänge (RA, RK), ein Kühlmitteleingang (KE), Reaktionsstoffausgänge und ein Kühlmittelausgang in jeweils unterschiedlichen, voneinander getrennten Bereichen der Bipolarplatte (B) angeordnet sind.Bipolar plate (B) according to claim 1, characterized in that Reactant inputs (RA, RK), a coolant inlet (KE), reactant exits and a coolant outlet in each case in different, separate regions of the bipolar plate (B) are arranged. Bipolarplatte (B) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktionsstoff-Einströmungsbereichen (RE) Einströmkanäle (EK) und in Reaktionsstoff-Ausströmungsbereichen Ausströmkanäle angeordnet sind.Bipolar plate (B) according to claim 1 or 2, characterized characterized in that in the reactant inflow regions (RE) inflow channels (EK) and outflow channels in reactant outflow areas are arranged. Bipolarplatte (B) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleingang (KE) in den Reaktionsstoff-Einströmungsbereich (RE) der Bipolarplatte (B) mündet und/oder der Kühlmittelausgang von dem Reaktionsstoff-Ausströmungsbereich der Bipolarplatte (B) abführt.Bipolar plate (B) according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the coolant inlet (KE) in the Reactant inlet region (RE) of the bipolar plate (B) opens and / or the coolant outlet of the reactant outflow area of the bipolar plate (B) discharges. Bipolarplatte (B) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Einströmkanäle (EK) eines Strömungsfeld-Zuflussbereiches (SZ) und/oder Ausströmkanäle eines Strömungsfeld-Abflussbereiches auf der Anodenplatte (A) in Strömungsrichtung senkrecht zu Einströmkanälen (EK) des Strömungsfeld-Zuflussbereiches (SZ) und/oder Ausströmkanälen des Strömungsfeld-Abflussbereiches auf der Kathodenplatte (K) angeordnet sind.Bipolar plate (B) according to claim 3 or 4, characterized characterized in that inflow channels (EK) of a Flow field inflow area (SZ) and / or outflow channels a flow field drainage area on the anode plate (A) in the flow direction perpendicular to inflow channels (EK) of the flow field inflow area (SZ) and / or outflow channels the flow field drainage area on the cathode plate (K) are arranged. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleingang (KE) direkt in einen Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte (B) mündet und/oder der Kühlmittelausgang direkt von dem Strömungsfeldbereich der Bipolarplatte (B) abführt.Bipolar plate (B) according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant inlet (KE) directly into a flow field region of the bipolar plate (B) opens and / or the coolant outlet directly from the flow field region of the bipolar plate (B) dissipates. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) in Strömungsrichtung gerade verlaufend angeordnet sind.Bipolar plate (B) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow field channels (SK) of the flow field (S) in the flow direction are arranged straight. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungsfeld (S) eine zur Anzahl der Einströmkanäle (EK) doppelte Anzahl Strömungsfeldkanäle (SK) angeordnet sind, wobei jeweils ein Einströmkanal (EK) des Strömungsfeld-Zuflussbereiches (SZ) in zwei Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) mündet und jeweils zwei Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) in einen Ausströmkanal des Strömungsfeld-Abflussbereiches münden.Bipolar plate (B) according to one of the preceding claims, characterized in that in the flow field (S) a twice the number of inflow channels (EK) Flow field channels (SK) are arranged, wherein in each case an inflow channel (EK) of the flow field inflow region (SZ) in two flow field channels (SK) of the flow field (S) opens and two flow field channels (SK) of the flow field (S) in an outflow channel of the flow field discharge area open. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Strömungsfeldkanäle (SK) im Strömungsfeld (S) und/oder die Anzahl der Einströmkanäle (EK) im Strömungsfeld- Zuflussbereich (SZ) und/oder die Anzahl der Ausströmkanäle im Strömungsfeld-Abflussbereich identisch ist.Bipolar plate (B) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of flow field channels (SK) in the flow field (S) and / or the number of inflow channels (EK) in the flow field inflow area (SZ) and / or the number the outflow channels in the flow field discharge area is identical. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) in Strömungsrichtung wellenförmig verlaufen.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow field channels (SK) of the flow field (S) in the flow direction wavy. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) in Strömungsrichtung serpentinenartig verlaufen.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow field channels (SK) of the flow field (S) in the flow direction run serpentine. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsfeldkanäle (SK) des Strömungsfeldes (S) parallel zueinander verlaufen.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow field channels (SK) of the flow field (S) parallel to each other. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsfeldkanäle (SK), die Einströmkanäle (EK) und die Ausströmkanäle eine identische Tiefe aufweisen.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow field channels (SK), the inflow channels (EK) and the outflow channels have an identical depth. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsfeld-Zuflussbereich (SZ) und der Strömungsfeld-Abflussbereich als aktive Bereiche der Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie nutzbar sind.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the flow field inflow area (SZ) and the flow field drainage area as active areas the fuel cell can be used to generate electrical energy. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Kanäle (EK, SK) der Anodenplatte (A) und der Kathodenplatte (K) einen identischen Strömungsquerschnitt aufweisen.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that corresponding Channels (EK, SK) of the anode plate (A) and the cathode plate (K) have an identical flow cross-section. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich der Bipolarplatte (B), in welchem die Strömungsfelder (S) der Anodenplatte (A) und der Kathodenplatte (K) angeordnet sind, die Strömungsrichtungen der Reaktionsstoffe und des Kühlmittels gleichsinnig oder gegensinnig zueinander sind.Bipolar plate (B) according to one of the preceding claims, characterized in that in a region of the bipolar plate (B), in which the flow fields (S) of the anode plate (A) and the cathode plate (K) are arranged, the flow directions of the reactants and the coolant are in the same direction or in opposite directions to each other. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einströmkanäle (EK) der jeweiligen Platte (A, K) von einem gemeinsamen Reaktionsstoffeingang (RA, RK) abgehen und/oder alle Ausströmkanäle der jeweiligen Platte (A, K) in einen gemeinsamen Reaktionsstoffausgang münden.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that all inflow channels (EK) of the respective plate (A, K) from a common reagent inlet (RA, RK) depart and / or all outflow channels of the respective Open plate (A, K) in a common reagent output. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kühlmittelkanäle (KK) der Bipolarplatte (B) von einem gemeinsamen Kühlmitteleingang (KE) abgehen und in einen gemeinsamen Kühlmittelausgang münden.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that all the coolant channels (KK) of the bipolar plate (B) from a common coolant inlet (KE) go out and open into a common coolant outlet. Bipolarplatte (B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (A, K) aus Metall sind.Bipolar plate (B) according to one of the preceding Claims, characterized in that the plates (A, K) are made of metal. Brennstoffzellenanordnung mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen, die als Membran-Elektroden-Anordnung mit einer zwischen zwei Gasdiffusionselektroden angeordneten Elektrolytmembran ausgebildet sind, wobei zwischen mindestens zwei Brennstoffzellen jeweils eine Bipolarplatte (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 angeordnet ist.Fuel cell assembly with several stacked Fuel cells serving as a membrane-electrode assembly with a formed between two gas diffusion electrodes arranged electrolyte membrane are, between at least two fuel cells each one Bipolar plate (B) according to one of claims 1 to 19 arranged is. Verwendung einer Bipolarplatte (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in einer Brennstoffzellenanordnung aus einer Anzahl von gestapelten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen, zwischen denen die Bipolarplatten (B) angeordnet sind.Use of a bipolar plate (B) according to one of Claims 1 to 19 in a fuel cell assembly a number of stacked polymer electrolyte membrane fuel cells, between which the bipolar plates (B) are arranged.
DE102008056900A 2008-11-12 2008-11-12 Bipolar plate for a fuel cell assembly, in particular for the arrangement between two adjacent membrane-electrode assemblies in a fuel cell stack Withdrawn DE102008056900A1 (en)

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