DE102018204365A1 - Fuel cell stack with improved end plate assembly - Google Patents

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Siva Sankar Voosani Krishna
Brian Walter Dickson
Andrew Desouza
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel (10) mit einer ersten Endplattenanordnung (21) und einer zweiten Endplattenanordnung (22) und einer Mehrzahl abwechselnd zwischen den Endplattenanordnungen (21,22) angeordneter Bipolarplatten (13) und Membran-Elektroden-Anordnungen (14). Dabei handelt es sich zumindest bei einer der Endplattenanordnungen (21,22) um eine verbesserte Endplattenanordnung mit einer Endplatte (23) und eine Stromabnehmerplatte (24). Die Endplatte (23) der ersten Endplattenanordnung (21) weist eine in Richtung der zweiten Endplattenanordnung (22) weisende planare Oberfläche (25) auf, an der die als planare Platte ausgebildete Stromabnehmerplatte (24) eben anliegt. Zumindest ein auf der planen Oberfläche (25) angeordnetes Dichtungselement (26) umrandet die Stromabnehmerplatte (24) zumindest abschnittsweise umfänglich Dabei ist die Höhe des zumindest einen Dichtungselements (26) in einer Normalenrichtung der planaren Oberfläche (25) zumindest gleich der Höhe der Stromabnehmerplatte (24) in dieser Richtung. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ermöglicht den Verzicht auf Endplatten mit einer Kavität für eine Stromabnehmerplatte und ist weniger anfällig für materialgefährdende mechanische Spannungsspitzen beim Verpressen.The invention relates to a fuel cell stack (10) having a first end plate assembly (21) and a second end plate assembly (22) and a plurality of bipolar plates (13) and membrane electrode assemblies (14) alternately disposed between the end plate assemblies (21, 22). At least one of the end plate assemblies (21, 22) is an improved end plate assembly having an end plate (23) and a current collector plate (24). The end plate (23) of the first end plate assembly (21) has a planar surface (25) facing the second end plate assembly (22) against which the current collector plate (24) formed as a planar plate rests flat. At least one sealing element (26) arranged on the planar surface (25) surrounds the current collector plate (24) at least in sections. The height of the at least one sealing element (26) in a normal direction of the planar surface (25) is at least equal to the height of the current collector plate (25). 24) in this direction. The fuel cell stack according to the invention makes it possible to dispense with end plates having a cavity for a current collector plate and is less susceptible to material-endangering mechanical stress peaks during pressing.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit einer verbesserten Endplattenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Endplattenanordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel.The invention relates to a fuel cell stack having an improved end plate assembly and to a method of making such an end plate assembly. The invention further relates to a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierfür weisen Brennstoffzellen als Kernkomponente eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA - membrane electrode assembly) mit einer Membran-Elektroden-Einheit auf. Letztere wird durch eine protonenleitende Membran gebildet, an der beidseitig katalytische Elektroden angeordnet sind. Dabei trennt die Membran den der Anode zugeordneten Anodenraum und den der Kathode zugeordneten Kathodenraum gasdicht voneinander und isoliert diese elektrisch. Auf den nicht der Membran zugewandten Seiten der Elektroden können zudem Gasdiffusionslagen angeordnet sein.Fuel cells use the chemical conversion of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells as a core component to a membrane-electrode assembly (MEA - membrane electrode assembly) with a membrane electrode assembly. The latter is formed by a proton-conducting membrane, on both sides of which catalytic electrodes are arranged. In this case, the membrane separates the anode chamber associated with the anode and the cathode chamber associated with the cathode gas-tight from each other and electrically isolated. In addition, gas diffusion layers can be arranged on the non-membrane-facing sides of the electrodes.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird ein wasserstoffhaltiger Brennstoff der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen erfolgt. Über die elektrolytische Membran erfolgt ein wassergebundener oder wasserfreier Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird ein sauerstoffhaltiges Betriebsmedium zugeführt, sodass dort eine Reduktion von O2 zu O2 - unter Aufnahme der Elektronen erfolgt. Diese Sauerstoffanionen reagieren im Kathodenraum mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie ist nicht durch den Carnot-Faktor limitiert und weist daher gegenüber anderen Wärmekraftmaschinen einen verbesserten Wirkungsgrad auf.During operation of the fuel cell, a hydrogen-containing fuel is supplied to the anode, where an electrochemical oxidation of H 2 to H + occurs with the emission of electrons. Via the electrolytic membrane, a water-bound or water-free transport of the protons H + from the anode space into the cathode space takes place. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with an oxygen-containing operating medium, so that there is a reduction of O 2 to O 2 - taking the electrons. These oxygen anions react in the cathode compartment with the protons transported across the membrane to form water. The direct conversion of chemical into electrical energy is not limited by the Carnot factor and therefore has improved efficiency over other heat engines.

Eine Brennstoffzelle ist in der Regel durch eine Vielzahl in einem Brennstoffzellenstapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen sind üblicherweise Bipolarplatten angeordnet, die eine Versorgung der einzelnen MEA mit den Reaktanten und einer Kühlflüssigkeit sicherstellen sowie als elektrisch leitfähiger Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen fungieren. An beiden Enden wird der Brennstoffzellenstapel durch Endplattenanordnungen begrenzt, die den Brennstoffzellenstapel zusammenhalten und die Stapelkomponenten verpressen. Der Press- oder Kompressionsdruck trägt zur Abdichtung des Stapels auch während dessen Betrieb bei und stellt einen adäquaten elektrischen Kontakt zwischen den Stapelkomponenten sicher.As a rule, a fuel cell is formed by a multiplicity of MEAs arranged in a fuel cell stack (stack), the electrical powers of which accumulate. Bipolar plates are usually arranged between the membrane-electrode assemblies, which ensure a supply of the individual MEA with the reactants and a cooling liquid and act as an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies. At both ends, the fuel cell stack is bounded by end plate assemblies that hold the fuel cell stack together and compress the stack components. The compression or compression pressure also helps to seal the stack during its operation and ensures adequate electrical contact between the stack components.

Die Endplattenanordnungen können dabei aus mehreren Komponenten aufgebaut sein, insbesondere aus einer mit der endständigen Flussfeldplatte einteiligen oder in Kontakt stehenden Stromabnehmerplatte, einer dielektrischen Isolatorplatte, einem elastischen Ausgleichselement und einer eigentlichen Endplatte. Die endständige Flussfeldplatte wird dabei auch Monopolarplatte und die Stromabnehmerplatte auch Busplatte genannt.The Endplattenanordnungen can be constructed of several components, in particular from a one-piece with the terminal flow field plate or in contact current collector plate, a dielectric insulator plate, an elastic compensation element and an actual end plate. The terminal flow field plate is also called monopolar plate and the current collector plate and bus plate.

Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmedien, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff), dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft) und dem Kühlmittel, erfolgt über Hauptversorgungskanäle, die den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzen und von denen die Betriebsmedien über die Mono- und Bipolarplatten den Einzelzellen zugeführt werden. Für jedes Betriebsmedium sind mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, nämlich einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmediums. Jede Membran-Elektroden-Anordnung, jede Bipolarplatte, die Monopolarplatten und gegebenenfalls auch die Endplattenanordnung weisen somit Betriebsmitteldurchgangsöffnungen zum Ausbilden der Hauptversorgungskanäle auf.The supply of the fuel cell stack with its operating media, so the anode operating gas (for example, hydrogen), the cathode operating gas (for example, air) and the coolant, via main supply channels that enforce the stack in its entire stacking direction and of which the operating media on the mono- and Bipolar plates are supplied to the individual cells. For each operating medium at least two such main supply channels are present, namely one for feeding and one for discharging the respective operating medium. Each membrane-electrode assembly, each bipolar plate, the monopolar plates and optionally also the end plate assembly thus have resource through-holes for forming the main supply channels.

Bei den Betriebsmitteldurchgangsöffnungen handelt es sich insbesondere um eine Anodeneinlassöffnung zum Zuführen des Anodengases und eine Anodenauslassöffnung zum Abführen des Anodengases, um eine Kathodeneinlassöffnung zum Zuführen des Kathodengases und eine Kathodenauslassöffnung zum Abführen des Kathodengases und um eine Kühlmitteleinlassöffnung zum Zuführen des Kühlmittels und eine Kühlmittelauslassöffnung zum Abführen des Kühlmittels. In einem Brennstoffzellenstapel sind diese Betriebsmitteldurchgangsöffnungen deckungsgleich zueinander ausgerichtet und bilden die durch den gesamten Stapel verlaufenden Hauptversorgungskanäle der Betriebsmittel.The working medium passage openings are, in particular, an anode inlet opening for supplying the anode gas and an anode outlet opening for discharging the anode gas, a cathode inlet opening for supplying the cathode gas and a cathode outlet opening for discharging the cathode gas and a coolant inlet opening for supplying the coolant and a coolant outlet opening for discharging the cathode gas coolant. In a fuel cell stack, these resource passages are congruent with each other and form the main supply passages of the resources through the entire stack.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Endplattenanordnungen bekannt. Die DE102012221407A1 offenbart eine Endplattenanordnung für einen Brennstoffzellenstapel, wobei in einer Endplatte eine Ausnehmung beziehungsweise Vertiefung angeordnet ist. In der Vertiefung sind ein Druckverteilungselement und ein elektrisches Anschlusselement angeordnet, die eben mit der Endplatte abschließen. Eine ähnliche Endplattenanordnung mit einer Kavität, in der eine Druckplatte und ein elektrisches Anschlusselement angeordnet sind, ist in der EP1244167A1 offenbart. Die DE102004035168A1 offenbart eine Endplatte aus isolierendem Material, insbesondere für einen PEM-Brennstoffzellenstapel, wobei elektrische Stromanschlüsse sowie diverse Mess- und Sicherheitstechnik in die Endplatte integriert sind.Various end plate assemblies are known in the art. The DE102012221407A1 discloses an end plate assembly for a fuel cell stack, wherein a recess is disposed in an end plate. In the recess, a pressure distribution element and an electrical connection element are arranged, which terminate flush with the end plate. A similar end plate assembly having a cavity in which a pressure plate and an electrical connection element are arranged is shown in FIG EP1244167A1 disclosed. The DE102004035168A1 discloses an end plate of insulating material, in particular for a PEM Fuel cell stack, with electrical power connections and various measuring and safety technology are integrated into the end plate.

Bei den bekannten Endplattenanordnungen weisen die Endplatten in der Regel Vertiefungen auf, in denen weitere Stapelkomponenten, wie beispielsweise Dämpfungsmittel, elektrische Anschlussmittel oder eine Monopolarplatte angeordnet sind. Aufgrund von Fertigungstoleranzen weicht die Höhe der Vertiefung regelmäßig von der Höhe der darin versenkten Komponenten ab. Insbesondere bei Endplattenanordnungen bei denen eine Monopolarplatte in einer Vertiefung einer Endplatte angeordnet ist, können Abweichungen der Höhe der Monopolarplatte von weniger als 1 mm dazu führen, dass die Belastungsgrenze der Kohlenstoffmatrix einer daran anliegenden katalytischen Elektrode bei der Kompression des Stapels überschritten wird.In the known Endplattenanordnungen the end plates generally wells, in which further stack components, such as damping means, electrical connection means or a monopolar plate are arranged. Due to manufacturing tolerances, the height of the recess regularly differs from the height of the components sunk therein. In particular, in end plate assemblies where a monopolar plate is disposed in a recess of an end plate, deviations in monopole plate height of less than 1 mm may result in exceeding the stress limit of the carbon matrix of a catalytic electrode adjacent thereto as the stack is compressed.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, bei dem schädliche Auswirkungen solcher Fertigungstoleranzen auf die mechanische Haltbarkeit der im Stapel verbauten Komponenten vermieden werden oder zumindest reduziert sind.The invention is based on the object of providing a fuel cell stack in which the harmful effects of such manufacturing tolerances on the mechanical durability of the components installed in the stack are avoided or at least reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.This object is achieved by the subject matters of the independent patent claims and preferred further developments are the subject of the respectively dependent subclaims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit zumindest einer verbesserten erfindungsgemäßen Endplattenanordnung. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel weist eine erste Endplattenanordnung und eine zweite Endplattenanordnung sowie einen dazwischen angeordneten Zellstapel auf. Dabei ist der Zellstapel durch eine Mehrzahl abwechselnd zwischen den Endplattenanordnungen angeordneter Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Anordnungen gebildet. Zumindest die erste Endplattenanordnung weist eine Endplatte und eine Stromabnehmerplatte auf.A first aspect of the invention relates to a fuel cell stack having at least one improved end plate assembly according to the invention. The fuel cell stack according to the invention has a first end plate arrangement and a second end plate arrangement as well as a cell stack arranged therebetween. In this case, the cell stack is formed by a plurality of alternately arranged between the Endplattenanordnungen bipolar plates and membrane-electrode assemblies. At least the first end plate assembly has an end plate and a current collector plate.

In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel weist die Endplatte der ersten Endplattenanordnung eine in Richtung der zweiten Endplattenanordnung weisende planare Oberfläche auf. Bevorzugt ist die gesamte in Richtung der zweiten Endplattenanordnung weisende Oberfläche der Endplatte planar und weist somit keine Erhöhungen oder Vertiefungen auf. Ebenfalls bevorzugt ist zumindest ein zentraler Abschnitt der Endplatte planar, das heißt ohne Erhöhungen oder Vertiefungen, ausgebildet. Ferner ist die Stromabnehmerplatte als planare Platte, das heißt ohne Erhebungen oder Vertiefungen, ausgebildet, und liegt eben an der planaren Oberfläche der Endplatte an. Bevorzugt ist die zweite Endplattenanordnung des Stapels analog zu der ersten Endplattenanordnung mit einer Endplatte, aufweisend eine in Richtung der ersten Endplattenanordnung weisende planare Oberfläche, sowie zumindest einem Dichtungselement (wie im Folgenden erläutert) ausgebildet.In the fuel cell stack of the present invention, the end plate of the first end plate assembly has a planar surface facing the second end plate assembly. Preferably, the entire surface of the end plate pointing in the direction of the second end plate arrangement is planar and thus has no elevations or depressions. Also preferably, at least a central portion of the end plate is planar, that is formed without elevations or depressions. Furthermore, the current collector plate is formed as a planar plate, that is, without elevations or depressions, and just abuts against the planar surface of the end plate. Preferably, the second end plate assembly of the stack is formed analogous to the first end plate assembly with an end plate having a planar surface facing the first end plate assembly and at least one seal member (as explained below).

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Dichtungselement auf der planaren Oberfläche angeordnet und umrandet die Stromabnehmerplatte zumindest abschnittsweise. Dabei entspricht die Höhe des zumindest einen Dichtungselements in einer Normalenrichtung der planaren Oberfläche zumindest der Höhe der Stromabnehmerplatte in derselben Normalenrichtung. Mit anderen Worten, das zumindest eine Dichtungselement ist auf der planaren Oberfläche mit lateralem Abstand zu der Stromabnehmerplatte ausgebildet. Das zumindest eine Dichtungselement ist dabei monolithisch oder mehrstückig ausgebildet.According to the present invention, at least one sealing element is arranged on the planar surface and surrounds the current collector plate at least in sections. In this case, the height of the at least one sealing element in a normal direction of the planar surface corresponds at least to the height of the current collector plate in the same normal direction. In other words, the at least one sealing element is formed on the planar surface laterally spaced from the current collector plate. The at least one sealing element is formed monolithic or multi-piece.

Das zumindest eine Dichtungselement bildet somit gemeinsam mit der Stromabnehmerplatte eine Auflage für den an die erste Endplattenanordnung angrenzenden Zellstapel. In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel wird somit vorteilhaft auf eine Vertiefung zur Aufnahme der Stromabnehmerplatte in der Endplatte verzichtet. Somit können Fertigungs-bedingte Höhenunterschiede zwischen einer solchen Vertiefung und einer darin angeordneten Stromabnehmerplatte bei der Kompression des Brennstoffzellenstapels nicht mehr zu Spannungsspitzen führen.The at least one sealing element thus forms, together with the current collector plate, a support for the cell stack adjoining the first end plate arrangement. In the fuel cell stack according to the invention is thus advantageously dispensed with a recess for receiving the current collector plate in the end plate. Thus, manufacturing-related differences in height between such a recess and a current collector plate disposed therein during compression of the fuel cell stack can no longer lead to voltage spikes.

Bevorzugt weist das zumindest eine Dichtungselement eine Höhe in Normalenrichtung der planaren Oberfläche auf, welche die Höhe der Stromabnehmerplatte in derselben Richtung, also der Normalenrichtung der planaren Oberfläche, übersteigt. Besonders bevorzugt beträgt die Höhe des zumindest einen Dichtungselements in Normalenrichtung der planaren Oberfläche zumindest 105 %, 110 % und ferner bevorzugt 115 % der Höhe der Stromabnehmerplatte in derselben Richtung. Somit wird eine Schädigung des angrenzenden Zellstapels, insbesondere der Kohlenstoffmatrix einer an die Stromabnehmerplatte angrenzenden katalytischen Elektrode, bei der Kompression des Brennstoffzellenstapels besonders sicher vermieden. Ebenfalls bevorzugt ist das zumindest eine Dichtungselement elastisch ausgebildet. In diesem Fall kann die Höhe des Dichtungselements bevorzugt noch mehr als 115% der Höhe der Stromabnehmerplatte betragen, insbesondere sofern das Dichtungselement unter Einwirkung des zur Kompression des Brennstoffzellenstapels genutzten Drucks in etwa auf die Höhe der Stromabnehmerplatte komprimiert wird.Preferably, the at least one sealing element has a height in the normal direction of the planar surface, which exceeds the height of the current collector plate in the same direction, ie the normal direction of the planar surface. Particularly preferably, the height of the at least one sealing element in the normal direction of the planar surface is at least 105%, 110% and further preferably 115% of the height of the current collector plate in the same direction. Thus, damage to the adjacent cell stack, in particular the carbon matrix of a catalytic electrode adjacent to the current collector plate, is particularly reliably avoided in the compression of the fuel cell stack. Also preferably, the at least one sealing element is elastically formed. In this case, the height of the sealing element can preferably be more than 115% of the height of the current collector plate, in particular if the sealing element is compressed by the pressure used to compress the fuel cell stack to approximately the height of the collector plate.

Beim Verpressen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels bewirkt das zumindest eine Dichtungselement bevorzugt ein gleichmäßiges Anlegen einer randständigen Lage des Zellstapels, insbesondere ein gleichmäßiges Anlegen einer Monopolarplatte, an die Endplatte. Somit werden Biegemomente und Spannungsspitzen beim Verpressen des Stapels vorteilhaft vermieden. Sofern das zumindest eine Dichtungselement mit größerer Höhe als die Stromabnehmerplatte ausgebildet ist, bewirkt die Kompression des zumindest einen Dichtungselements ferner vorteilhaft eine Dämpfung beim Verpressen des Stapels.During pressing of the fuel cell stack according to the invention, the at least one sealing element preferably effects a uniform application of a marginal position of the cell stack, in particular, uniform application of a monopolar plate to the end plate. Thus, bending moments and stress peaks during the pressing of the stack are advantageously avoided. If the at least one sealing element is designed to be larger in height than the current collector plate, the compression of the at least one sealing element furthermore advantageously effects damping during the pressing of the stack.

Die Aufgabe der Stromabnehmerplatte ist die Herstellung von elektrischem Kontakt zu stromführenden Elementen des Zellstapels. In einer bevorzugten Ausführungsform des Brennstoffzellenstapels weist die Stromabnehmerplatte daher zwei in lateraler Richtung über die Endplatte überstehende Stromabnehmer auf. Diese Stromabnehmer dienen dem elektrischen Anschluss des Brennstoffzellenstapels an einen externen Stromkreis. In dieser bevorzugten Ausführungsform umrandet das zumindest eine Dichtungselement den Umfang der Stromabnehmerplatte, abgesehen von den zwei Stromabnehmern, vollständig. Somit wird bevorzugt ein besonders gleichmäßiges Verpressen des Brennstoffzellenstapels ermöglicht.The task of the current collector plate is the production of electrical contact with current-carrying elements of the cell stack. In a preferred embodiment of the fuel cell stack, the current collector plate therefore has two current collectors projecting laterally beyond the end plate. These pantographs are used for the electrical connection of the fuel cell stack to an external circuit. In this preferred embodiment, the at least one sealing element completely surrounds the circumference of the current collector plate, apart from the two current collectors. Thus, a particularly uniform compression of the fuel cell stack is preferably made possible.

Gemäß einer alternativ bevorzugten Ausführungsform weist das zumindest eine Dichtungselement eine Mehrzahl von Unterbrechungen auf und besteht somit aus einer Vielzahl von Elementen. In diesem Fall erfüllt die Mehrzahl von Dichtungselementen keine abdichtende Funktion sondern dient allein dem Höhenausgleich zu der Stromabnehmerplatte.According to an alternatively preferred embodiment, the at least one sealing element has a plurality of interruptions and thus consists of a plurality of elements. In this case, the plurality of sealing elements does not fulfill a sealing function but only serves for height compensation to the pantograph plate.

Gemäß einer ferner bevorzugten Ausführungsform ist die Stromabnehmerplatte gleichzeitig als Monopolarplatte ausgebildet. Dabei ist auf einer von der planaren Oberfläche der Endplatte abgewandten Oberfläche der Stromabnehmerplatte ein Flussfeld angeordnet. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform umrandet das zumindest eine Dichtungselement den Umfang der Stromabnehmerplatte nicht vollständig, sondern weist zumindest eine Zuflussöffnung zu dem Flussfeld für ein Betriebsmittel und zumindest eine Abflussöffnung von dem Flussfeld auf.According to a further preferred embodiment, the current collector plate is simultaneously formed as a monopolar plate. In this case, a flow field is arranged on a surface remote from the planar surface of the end plate of the current collector. According to this preferred embodiment, the at least one sealing element does not completely surround the circumference of the current collector plate, but has at least one inflow opening to the flow field for a resource and at least one outflow opening from the flow field.

Ebenfalls bevorzugt ist die Endplattenanordnung aus mehreren Komponenten, insbesondere aus einer Stromabnehmerplatte, einer Isolatorplatte und der Endplatte, aufgebaut. Somit ist zwischen der Stromabnehmerplatte und der Endplatte eine Isolatorplatte angeordnet, deren Aufgabe es ist, den Zellstapel und die Stromabnehmerplatte elektrisch nach außen zu isolieren.Also preferably, the Endplattenanordnung of several components, in particular from a current collector plate, an insulator plate and the end plate, constructed. Thus, an insulator plate is disposed between the current collector plate and the end plate, the task of which is to electrically isolate the cell stack and the current collector plate to the outside.

Gemäß einer ferner bevorzugten Ausführungsform weist die Endplatte eine Mehrzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen auf, die in einem Randbereich der Endplatte angeordnet sind. Die Betriebsmitteldurchgangsöffnungen umfassen bevorzugt jeweils eine Zuflussöffnung und eine Abflussöffnung für ein Anodenbetriebsmittel, ein Kathodenbetriebsmittel, und ein Kühlmittel. Der Randbereich ist somit nicht Teil der planaren Oberfläche der Endplatte an dem die Stromabnehmerplatte eben anliegt. Jede der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen ist von einer auf der planaren Oberfläche der Endplatte angeordneten Dichtung zumindest abschnittsweise umfänglich umrandet. Diese Mehrzahl von Dichtungen ist dabei separat von dem zumindest einen Dichtungselement ausgebildet. Sofern die Stromabnehmerplatte nicht auch als Monopolarplatte ausgebildet ist, das heißt kein Flussfeld aufweist, umranden die Dichtungen den Umfang der zugehörigen Betriebsmitteldurchgangsöffnung vollständig.According to a further preferred embodiment, the end plate has a plurality of resource passage openings which are arranged in an edge region of the end plate. The resource passages preferably each include an inlet port and a drain port for an anode resource, a cathode resource, and a coolant. The edge region is thus not part of the planar surface of the end plate to which the current collector plate is flat. Each of the operating medium passage openings is peripherally surrounded by a seal arranged on the planar surface of the end plate, at least in sections. This plurality of seals is formed separately from the at least one sealing element. Unless the current collector plate is also designed as a monopolar plate, that is, has no flow field, the seals surround the circumference of the associated equipment through-opening completely.

Die Endplatte der erfindungsgemäßen Endplattenanordnung hat einerseits die Funktion des integralen Zusammenhalts des Brennstoffzellenstapels und dient ferner der Anordnung von Anschlüssen für die Medienversorgung des Brennstoffzellenstapels. Zu diesem Zweck weist die Endplattenanordnung Anschlüsse für die Medieneinlässe und Medienauslässe für den Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff), des Oxidationsmittels (zum Beispiel Luft) und das Kühlmittel auf, welche in die durch die überlagerten Betriebsmitteldurchgangsöffnungen gebildeten Hauptversorgungskanäle des Brennstoffzellenstapels übergehen.The end plate of the end plate assembly according to the invention has on the one hand the function of the integral cohesion of the fuel cell stack and also serves the arrangement of connections for the media supply of the fuel cell stack. For this purpose, the end plate assembly includes ports for the media inlets and media outlets for the fuel (eg, hydrogen), the oxidizer (eg, air), and the coolant that merge into the main supply passages of the fuel cell stack formed by the overlaid resource passages.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das zumindest eine Dichtungselement oder die Mehrzahl von Dichtungen als FIP, formed in place, Dichtungen ausgebildet. Mit anderen Worten werden das zumindest eine Dichtungselement und/oder die Mehrzahl von Dichtungen in situ auf der planaren Oberfläche der Endplatte erzeugt. Hierzu werden zunächst eine oder mehrere Dichtraupen aus einem ungehärteten Dichtmaterial an den gewünschten Stellen auf der planaren Oberfläche aufgebracht. Durch gezieltes Aushärten der Dichtungsraupen wird dann das zumindest eine Dichtungselement und/oder die Mehrzahl von Dichtungen ausgebildet. Durch die Verwendung von FIP Dichtungen kann die Höhe des zumindest einen Dichtungselements und/oder der Mehrzahl von Dichtungen vorteilhaft an die Höhe der Stromabnehmerplatte angepasst werden. Somit wird ein gleichmäßiges Verpressen des Stapels, gekennzeichnet durch das Vermeiden von Kippmomenten oder Biegemomenten, besonders sicher gewährleistet. Besonders bevorzugt wird hierzu die Höhe der Stromabnehmerplatte vor dem Aufbringen des FIP Materials bestimmt.In a particularly preferred embodiment, the at least one sealing element or the plurality of seals are formed as FIP, formed in place, seals. In other words, the at least one sealing element and / or the plurality of seals are generated in situ on the planar surface of the end plate. For this purpose, one or more sealing beads made of an uncured sealing material are first applied to the desired locations on the planar surface. By targeted hardening of the sealing beads, the at least one sealing element and / or the plurality of seals is then formed. By using FIP seals, the height of the at least one sealing element and / or the plurality of seals can be advantageously adapted to the height of the pantograph plate. Thus, a uniform pressing of the stack, characterized by the avoidance of tilting moments or bending moments, particularly safe guaranteed. For this purpose, the height of the current collector plate is particularly preferably determined before the application of the FIP material.

Die FIP Dichtungen sind bevorzugt aus einem UV-härtbaren Acrylat, einem lufttrocknenden Silikon, einem Zwei-Komponenten-Urethane, einem UV-härtbaren Silikon, oder einem Heißkleber gebildet. Besonders bevorzugt wird ein UV-härtbares Urethan als FIP Dichtungsmaterial verwendet. UV-härtbares Urethan, beispielsweise GA-140-UR von Dymax®, härtet unter UV-Bestrahlung vorteilhaft besonders schnell aus und besitzt eine ausgezeichnete Adhäsion zu einer Vielzahl von Oberflächen, wie den meisten Kunststoffen, Gläsern und Metallen. Das Erzeugen des zumindest einen Dichtungselements und/oder der Mehrzahl von Dichtungen umfasst dabei bevorzugt das Bestrahlen der Dichtraupen mit UV Strahlung. Dem Fachmann sind Materialien und Verfahren zum Ausbilden von FIP Dichtungen bekannt.The FIP gaskets are preferably made of a UV-curable acrylate, an air-drying silicone, a two-component urethane, a UV-curable silicone, or a hot melt adhesive educated. Most preferably, a UV-curable urethane is used as the FIP sealant. Ultraviolet curable urethane, such as Dymax® GA-140-UR, advantageously cures rapidly under UV irradiation and has excellent adhesion to a variety of surfaces, including most plastics, glasses, and metals. The generation of the at least one sealing element and / or the plurality of seals preferably comprises irradiating the sealing beads with UV radiation. Those skilled in the art are familiar with materials and methods for forming FIP gaskets.

In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform weist das zumindest eine Dichtungselement eine Flachdichtung und eine Klebschicht auf, wobei die Klebschicht zum Befestigen der Flachdichtung auf der planaren Oberfläche der Endplatte ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Flachdichtung eine vorgefertigte Komponente, die in Massenfertigung kostengünstig produziert werden kann. Die Flachdichtung ist bevorzugt aus einem Kunststoff, aus Fasermaterial, beispielsweise Pressfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder Mineralfaser, und/oder aus einem Metall gebildet. Als Kunststoffmaterialien für die Flachdichtung eignen sich insbesondere PVC, PTFE, Polyimide, Polystyrene, Polyethylene und/oder Poylester. Besonders bevorzugt ist die Flachdichtung aus Polyetheretherketone, Polycarbonate, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) oder einem Epoxidharzlaminat gebildet. Ebenfalls bevorzugt ist die Flachdichtung als ummantelte Flachdichtung ausgebildet. Die Klebschicht besteht bevorzugt aus elastomerem Klebstoff, beispielsweise Polyurethan.In an alternatively preferred embodiment, the at least one sealing element comprises a flat gasket and an adhesive layer, wherein the adhesive layer for fixing the gasket is formed on the planar surface of the end plate. According to this embodiment, the gasket is a prefabricated component that can be mass-produced inexpensively. The flat gasket is preferably made of a plastic, of fiber material, for example pressed fibers, aramid fibers, carbon fibers or mineral fiber, and / or formed from a metal. Suitable plastic materials for the flat gasket are in particular PVC, PTFE, polyimides, polystyrenes, polyethylenes and / or polyesters. The flat gasket is particularly preferably formed from polyetheretherketones, polycarbonates, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) or an epoxy resin laminate. Also preferably, the flat gasket is designed as a sheathed flat gasket. The adhesive layer is preferably made of elastomeric adhesive, for example polyurethane.

In einer bevorzugten Ausführungsform umrandet das als Flachdichtung ausgebildete Dichtungselement ferner eine Mehrzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen, die in einem Randbereich der Endplatte angeordnet sind, umfänglich. Besonders bevorzugt umrandet das als Flachdichtung ausgebildete Dichtungselement jede der Mehrzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen umfänglich. Gemäß dieser Ausführungsform ist lediglich ein monolithisches Dichtungselement auf der planaren Oberfläche der Endplatte angeordnet.In a preferred embodiment, the seal member formed as a gasket further peripherally surrounds a plurality of equipment through-holes arranged in an edge portion of the end plate. Particularly preferably, the sealing element designed as a flat seal peripherally surrounds each of the plurality of operating medium passage openings. According to this embodiment, only a monolithic sealing element is arranged on the planar surface of the end plate.

Die Flachdichtung bewirkt somit zugleich einen Höhenausgleich zur Stromabnehmerplatte zum Sicherstellen einer gleichmäßigen Verpressbarkeit des Brennstoffzellenstapels und verbessert oder bewirkt darüber hinaus die Abdichtung der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen. Die Betriebsmitteldurchgangsöffnungen sind dabei entweder allein über die Flachdichtung abgedichtet oder sind jeweils zusätzlich von einer auf der planaren Oberfläche der Endplatte angeordneten Dichtung zumindest abschnittsweise umfänglich umrandet.The flat gasket thus simultaneously brings about a height compensation to the pantograph plate for ensuring a uniform compressibility of the fuel cell stack and also improves or causes the sealing of the equipment through-openings. The equipment through-openings are either sealed solely via the flat gasket or are each additionally bordered in a circumferential manner at least in sections by a seal arranged on the planar surface of the end plate.

Gemäß einer ferner bevorzugten Ausführungsform sind die mechanischen Eigenschaften des zumindest einen Dichtungselements, insbesondere dessen elastische Eigenschaften, an die mechanischen Eigenschaften der Mehrzahl von Dichtungen, insbesondere deren elastischen Eigenschaften, angepasst. Darüber hinaus sind die mechanischen Eigenschaften des zumindest einen Dichtungselements und/oder der Mehrzahl von Dichtungen bevorzugt auch an die mechanischen Eigenschaften von weiteren Dichtelementen der Brennstoffzellen, beispielsweise von Dichtelementen der Membran-Elektroden-Anordnung oder der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen, angepasst. Die Anpassung der mechanischen Eigenschaften des zumindest einen Dichtungselements erfolgt dabei bevorzugt über die Wahl von dessen Material. Bevorzugt werden darüber hinaus aber auch die Dimensionierung und die Form der jeweiligen Dichtungen beziehungsweise des Dichtungselements berücksichtigt.According to a further preferred embodiment, the mechanical properties of the at least one sealing element, in particular its elastic properties, are adapted to the mechanical properties of the plurality of seals, in particular their elastic properties. In addition, the mechanical properties of the at least one sealing element and / or the plurality of seals are preferably also adapted to the mechanical properties of further sealing elements of the fuel cells, for example sealing elements of the membrane-electrode arrangement or the device through-openings. The adaptation of the mechanical properties of the at least one sealing element is preferably carried out via the choice of its material. In addition, however, the dimensioning and the shape of the respective seals or of the sealing element are also taken into account.

Besonders bevorzugt erfolgt eine Anpassung des Elastizitätsmoduls des zumindest einen Dichtungselements an das Elastizitätsmodul der Dichtungen der Endplatten beziehungsweise an das Elastizitätsmodul von Dichtelementen der Brennstoffzellen. Durch die Anpassung der mechanischen Eigenschaften wird eine besonders gleichmäßige Verpressbarkeit des Brennstoffzellenstapels erreicht, indem beispielsweise Biege- und Kippmomente sicher vermieden werden.Particularly preferably, the elastic modulus of the at least one sealing element is adapted to the modulus of elasticity of the seals of the end plates or to the modulus of elasticity of sealing elements of the fuel cells. By adapting the mechanical properties, a particularly uniform compressibility of the fuel cell stack is achieved, for example by bending and tilting moments are reliably avoided.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Endplattenanordnung für einen Brennstoffzellenstapel beziehungsweise auf ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels mit einer solchen Endplattenanordnung. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Endplatte mit zumindest einer planaren Oberfläche, die dafür eingerichtet ist in Richtung eines Zellstapels zu weisen, bereitgestellt. Bevorzugt weist die bereitgestellte Endplatte ferner eine Mehrzahl von, in einem Randbereich der Endplatte angeordneten, Betriebsmitteldurchgangsöffnungen auf. In einem nächsten Schritt wird eine als planare Platte ausgebildete Stromabnehmerplatte an die planare Oberfläche der Endplatte angelegt, wobei die Mehrzahl der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen bevorzugt nicht von der Stromabnehmerplatte verdeckt werden. Schließlich wird ein die Stromabnehmerplatte zumindest abschnittsweise umfänglich umrandendes Dichtungselement auf die planare Oberfläche der Endplatte aufgebracht oder darauf ausgebildet. Dabei entspricht die Höhe der Dichtung in einer Normalenrichtung der planaren Oberfläche zumindest der Höhe der Stromabnehmerplatte in dieser Normalenrichtung der planaren Oberfläche.Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an end plate assembly for a fuel cell stack or to a method of manufacturing a fuel cell stack having such an end plate assembly. In the method according to the invention, an end plate with at least one planar surface, which is set up in the direction of a cell stack, is first provided. Preferably, the provided end plate further comprises a plurality of operating medium passage openings arranged in an edge region of the end plate. In a next step, a pantograph plate formed as a planar plate is applied to the planar surface of the end plate, wherein the plurality of device through-holes are preferably not obscured by the pantograph plate. Finally, a sealing element which surrounds the current collector plate at least in sections circumferentially is applied or formed on the planar surface of the end plate. In this case, the height of the seal in a normal direction of the planar surface corresponds at least to the height of the current collector plate in this normal direction of the planar surface.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit vorteilhaft keine Endplatte mit einer Vertiefung oder Kavität für die Stromabnehmerplatte verwendet. Stattdessen wird eine Endplatte mit einer nach innen, das heißt in Richtung Zellstapel, weisenden planaren Oberfläche verwendet, und wird eine Stromabnehmerplatte auf diese planare Oberfläche aufgelegt. Zum Ausgleich der Höhe der Stromabnehmerplatte, insbesondere um eine Nivellierung der Höhe dieser Lage des Brennstoffzellenstapels über den gesamten Querschnitt des Stapels zu erreichen, wird die Stromabnehmerplatte von dem zumindest einen Dichtungselement umrandet, dass zumindest die Höhe der Stromabnehmerplatte aufweist. Beim Verpressen treten somit vorteilhaft keine Kipp- oder Biegemomente auf und der Krafteintrag in den Stapel ist über dessen ganzen Querschnitt homogen. Somit werden mechanische Spannungsspitzen, die zu lokaler Materialermüdung oder sogar Materialzerstörung führen können, wirkungsvoll vermieden. In the method according to the invention thus advantageously no end plate is used with a recess or cavity for the current collector plate. Instead, an end plate is used with a planar surface facing inwards, that is towards the cell stack, and a current collector plate is placed on this planar surface. To compensate for the height of the pantograph plate, in particular to achieve a leveling of the height of this layer of the fuel cell stack over the entire cross section of the stack, the pantograph plate is surrounded by the at least one sealing element that has at least the height of the pantograph plate. When pressing thus occur advantageously no tilting or bending moments and the force input into the stack is homogeneous over its entire cross-section. Thus, mechanical stress spikes that can lead to localized material fatigue or even material destruction are effectively avoided.

Ferner vorteilhaft wirken sich Fertigungstoleranzen in der Höhe des zumindest einen Dichtungselements weniger drastisch auf die Spannungsverteilung im verpressten Brennstoffzellenstapel aus, als vergleichbare Toleranzen in der Höhe der Stromabnehmerplatte oder in der Höhe einer Kavität der Endplatte. Bevorzugt ist das zumindest eine Dichtungselement elastisch ausgebildet, so dass etwaige Fertigungstoleranzen beim Verpressen durch Kompression des zumindest einen Dichtungselements einfach kompensiert werden. Hingegen können bereits Fertigungstoleranzen von wenigen Zehntel Millimetern in der Höhe der Stromabnehmerplatte oder einer Kavität der Endplatte beim Verpressen zum Bruch der Kohlenstoffmatrix einer an der Endplatte anliegenden katalytischen Elektrode führen.Furthermore, manufacturing tolerances in the height of the at least one sealing element also have a less drastic effect on the stress distribution in the compressed fuel cell stack than comparable tolerances in the height of the current collector plate or in the height of a cavity of the end plate. Preferably, the at least one sealing element is designed to be elastic, so that any manufacturing tolerances during compression by compression of the at least one sealing element are easily compensated. On the other hand, even manufacturing tolerances of a few tenths of a millimeter at the level of the collector plate or a cavity of the end plate during compression can lead to breakage of the carbon matrix of a catalytic electrode resting against the end plate.

In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest eine Dichtungselement und besonders bevorzugt auch eine Mehrzahl von Dichtungen, die jeweils eine Betriebsmitteldurchgangsöffnung der Endplatte zumindest abschnittsweise umfänglich umranden, in situ, das heißt als FIP (form in place) Dichtung, auf der planaren Oberfläche der Endplatte ausgebildet. Bevorzugt erfolgt das Ausbilden des zumindest einen Dichtungselements und der Mehrzahl von Dichtungen in einem Verfahrensschritt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one sealing element and particularly preferably also a plurality of gaskets which peripherally peripherally surround at least one component through-opening of the end plate, in situ, ie as a FIP (shape in place) seal, on the planar surface formed of the end plate. The formation of the at least one sealing element and the plurality of seals preferably takes place in one method step.

Ebenfalls bevorzugt wird die Höhe des zumindest einen Dichtungselements beziehungsweise der Mehrzahl von Dichtungen gezielt an die Höhe der an die Endplatte angelegten Stromabnehmerplatte angepasst. Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren daher vor dem Aufbringen des FIP Dichtmaterials den Schritt des Ausmessens der Höhe der Stromabnehmerplatte in Normalenrichtung der planaren Oberfläche der Endplatte. Diese Messung kann beispielsweise mittels eines Lasers erfolgen.Also preferably, the height of the at least one sealing element or the plurality of seals is adapted specifically to the height of the current collector plate applied to the end plate. Therefore, the method according to the invention particularly preferably comprises, prior to the application of the FIP sealing material, the step of measuring the height of the current collector plate in the normal direction of the planar surface of the end plate. This measurement can be done for example by means of a laser.

In der bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens mit FIP Dichtmaterial entfallen vorteilhaft die Herstellung sowie das Aufbringen vorgefertigter Dichtungselemente und Dichtungen auf die Endplatte. Somit entfallen die Kosten für die zum Herstellen des Dichtungselements und der Dichtungen sowie für das zum Positionieren und Auflegen der Dichtungen benötigten Werkzeuge. Zumindest entfällt der Arbeitsschritt des Positionierens und Auflegens.In the preferred embodiment of the method with FIP sealing material advantageously eliminates the production and the application of prefabricated sealing elements and seals on the end plate. This eliminates the cost of manufacturing the seal member and seals, as well as the tools needed to position and apply the seals. At least eliminates the step of positioning and hanging up.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel, wie vorstehend beschrieben. Neben dem Brennstoffzellenstapel umfasst das System üblicherweise eine Anodengasversorgung für die Zu- und Ableitung des Anodenbetriebsmediums, insbesondere Wasserstoff, in den und aus dem Brennstoffzellenstapel. Des Weiteren umfasst das Brennstoffzellensystem eine Kathodengasversorgung zur Zu- und Abführung des Kathodenbetriebsmediums, insbesondere Luft, in den und aus dem Brennstoffzellenstapel. Weiterhin schließt das Brennstoffzellensystem einen Kühlkreis für den Brennstoffzellenstapel ein. Darüber hinaus gehören üblicherweise ein elektronisches Steuersystem zur Steuerung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels sowie seiner Peripheriekomponenten zum Brennstoffzellensystem.Another aspect of the invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention, as described above. In addition to the fuel cell stack, the system usually includes an anode gas supply for the supply and discharge of the anode operating medium, in particular hydrogen, in and out of the fuel cell stack. Furthermore, the fuel cell system comprises a cathode gas supply for supplying and discharging the cathode operating medium, in particular air, into and out of the fuel cell stack. Furthermore, the fuel cell system includes a cooling circuit for the fuel cell stack. In addition, usually include an electronic control system for controlling the operation of the fuel cell stack and its peripheral components to the fuel cell system.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel beziehungsweise dem Brennstoffzellensystem aufweist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, bei dem eine von dem Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie der Versorgung eines Elektrotraktionsmotors und/oder einer Traktionsbatterie bedient.Another aspect of the invention relates to a vehicle having a fuel cell system with a fuel cell stack according to the invention or the fuel cell system. The vehicle is preferably an electric vehicle in which an electrical energy generated by the fuel cell system serves to supply an electric traction motor and / or a traction battery.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels;
  • 2 eine schematische Explosionszeichnung einer Endplattenanordnung gemäß dem Stand der Technik;
  • 3 schematische Schnittdarstellungen der Endplattenanordnung gemäß dem Stand der Technik;
  • 4 eine schematische Explosionszeichnung einer Endplattenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung der Endplattenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 6 eine detaillierte Schnittdarstellung der Endplattenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 7 eine schematische Explosionszeichnung einer Endplattenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 8 eine schematische Schnittdarstellung der Endplattenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 9 eine detaillierte Schnittdarstellung der Endplattenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform; und
  • 10 eine schematische Darstellung eines Dichtungselements gemäß einer dritten Ausführungsform.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a highly simplified schematic representation of a fuel cell stack;
  • 2 a schematic exploded view of a Endplattenanordnung according to the prior art;
  • 3 schematic sectional views of the end plate assembly according to the prior art;
  • 4 a schematic exploded view of an end plate assembly according to a first embodiment;
  • 5 a schematic sectional view of the end plate assembly according to the first embodiment;
  • 6 a detailed sectional view of the Endplattenanordnung according to the first embodiment;
  • 7 a schematic exploded view of an end plate assembly according to a second embodiment;
  • 8th a schematic sectional view of the Endplattenanordnung according to the second embodiment;
  • 9 a detailed sectional view of the end plate assembly according to the second embodiment; and
  • 10 a schematic representation of a sealing element according to a third embodiment.

1 zeigt in einer stark schematischen Darstellung einen Brennstoffzellenstapel 10. Da der prinzipielle Aufbau eines Brennstoffzellenstapels 10 durch die Erfindung nicht geändert wird, gilt der prinzipielle Aufbau sowohl für konventionelle als auch für erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel 10. Der Brennstoffzellenstapel 10 umfasst eine erste (hier untere) Endplattenanordnung 11, 21 sowie eine zweite (hier obere) Endplattenanordnung 12, 22. 1 shows a highly schematic representation of a fuel cell stack 10 , As the basic structure of a fuel cell stack 10 is not changed by the invention, the basic structure applies to both conventional and inventive fuel cell stack 10 , The fuel cell stack 10 includes a first (here lower) end plate assembly 11 . 21 and a second (here upper) end plate assembly 12 . 22 ,

Zwischen den Endplattenanordnungen 11, 12 ist ein Zellstapel mit einer Vielzahl übereinander und abwechselnd gestapelter Bipolarplatten 13 und Membran-Elektroden-Einheiten 14 angeordnet. Die Membran-Elektroden-Einheiten 14 umfassen jeweils eine Membran und beidseitig der Membran anschließende katalytische Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, die bevorzugt jeweils eine poröse Kohlenstoffmatrix aufweisen. Jeweils zwischen den Bipolarplatten 13 und Membran-Elektroden-Einheiten 14 sind Dichtungselemente 15 angeordnet, um die Anoden- und Kathodenräume nach außen abzudichten. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist mittels der Spannelemente 16, z. B. Zugstangen, verpresst.Between the end plate arrangements 11 . 12 is a cell stack with a plurality of stacked and alternately stacked bipolar plates 13 and membrane-electrode assemblies 14 arranged. The membrane-electrode units 14 in each case comprise a membrane and catalytic electrodes which adjoin the membrane on both sides, namely an anode and a cathode, which preferably each have a porous carbon matrix. In each case between the bipolar plates 13 and membrane-electrode assemblies 14 are sealing elements 15 arranged to seal the anode and cathode compartments to the outside. The fuel cell stack 10 is by means of the clamping elements 16 , z. B. tie rods, pressed.

2 zeigt eine schematische Explosionszeichnung einer Endplattenanordnung 11, 12 gemäß dem Stand der Technik. Die 3 (A) bis (C) zeigen verschiedene Schnittdarstellungen dieser Endplattenanordnung 11, 12. Diese weist eine Endplatte 17 auf, die auf einer nach innen in Richtung des Zellstapels weisenden Oberfläche eine Kavität 171 zur Aufnahme einer Stromabnehmerplatte aufweist. Die Endplatte 17 weist ferner einer Mehrzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 172 auf, die in einem Randbereich der Endplatte 17 angeordnet sind. Insbesondere weist die Endplatte 17 je eine Zuflussöffnung und eine Abflussöffnung für ein Anodenbetriebsmittel, ein Kathodenbetriebsmittel und ein Kühlmittel auf. 2 shows a schematic exploded view of an end plate assembly 11 . 12 according to the prior art. The 3 (A) to (C) show various sectional views of this end plate assembly 11 . 12 , This has an end plate 17 on, on a facing inwards in the direction of the cell stack surface, a cavity 171 has to receive a current collector plate. The end plate 17 further includes a plurality of resource passages 172 on that in an edge area of the end plate 17 are arranged. In particular, the end plate 17 each an inflow port and an outflow port for an anode resource, a cathode resource, and a coolant.

Die konventionelle Endplattenanordnung 11,12 weist ferner eine Stromabnehmerplatte (Busplatte) 18 auf. Diese weist dieselbe Form auf, wie die Kavität 171 der Endplatte 17. Dies ist besonders gut in den detaillierten Schnittdarstellungen der 3 (A) und (B) zu erkennen. Die Stromabnehmerplatte 18 ist eine im Wesentlichen rechteckige Platte, beispielsweise aus Metall, mit einer kleineren Fläche als die Endplatte 17. Die Stromabnehmerplatte 18 weist ferner zwei Stromabnehmer 181 auf, die als Vorsprünge der rechteckigen Platte ausgebildet sind und in lateraler Richtung über die Endplatte 17 überstehen. Somit sind die Stromabnehmer 181 auch im verpressten Brennstoffzellenstapel 10 problemlos von außen elektrisch kontaktierbar.The conventional end plate assembly 11 . 12 also has a pantograph plate (bus plate) 18 on. This has the same shape as the cavity 171 the end plate 17 , This is especially good in the detailed sectional views of the 3 (A) and (B) to recognize. The pantograph plate 18 is a substantially rectangular plate, for example of metal, with a smaller area than the end plate 17 , The pantograph plate 18 also has two pantographs 181 on, which are formed as projections of the rectangular plate and in the lateral direction over the end plate 17 survive. Thus, the pantographs 181 also in the compressed fuel cell stack 10 easily electrically contacted from the outside.

Die Endplattenanordnung 11, 12 weist ferner eine Mehrzahl von Dichtungen 19 auf, die jeweils den Umfang einer der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 172 vollständig umranden. Gemäß dem Stand der Technik sind diese Dichtungen 19 bevorzugt verklebte Flachdichtungen.The end plate assembly 11 . 12 also has a plurality of seals 19 in each case the circumference of one of the equipment through-openings 172 completely border. According to the prior art, these seals 19 preferably glued flat gaskets.

Wie insbesondere in den Schnittdarstellungen der 3 zu erkennen, ist die Kavität 171 an die laterale Form der Stromabnehmerplatte 18 angepasst. Darüber hinaus sollte auch die Tiefe der Kavität 171 der Höhe der Stromabnehmerplatte 18 entsprechen, damit diese mit der Oberfläche der Stromabnehmerplatte 18 bündig abschließt. Wie in der Detaildarstellung der 3 (C) gezeigt, führen Fertigungstoleranzen, insbesondere in der Herstellung der Stromabnehmerplatten 18 dazu, dass ein solcher bündiger Abschluss nicht erreicht wird. Somit kann es vorkommen, dass die Stromabnehmerplatte 18 über die Endplatte 17 übersteht, wie exemplarisch in der 3 (C) dargestellt, oder aber in der Kavität 171 versenkt ist.As in particular in the sectional views of 3 to recognize, is the cavity 171 to the lateral shape of the pantograph plate 18 customized. In addition, the depth of the cavity should also be considered 171 the height of the pantograph plate 18 to match with the surface of the pantograph plate 18 flush. As in the detailed representation of the 3 (C) shown lead manufacturing tolerances, especially in the production of pantograph plates 18 that such a flush degree is not achieved. Thus, it may happen that the pantograph plate 18 over the end plate 17 survives, as exemplified in the 3 (C) represented, or in the cavity 171 sunk.

Diese Abweichungen in der Dicke der Stromabnehmerplatte 18 und/oder der Tiefe der Kavität 18 führen beim Verpressen des Brennstoffzellenstapels 10 zum Auftreten von Kipp- und Biegemomenten, wodurch es aufgrund lokaler Maxima mechanischen Drucks oder Spannung zu Materialermüdung und Beschädigungen kommen kann. Simulationen haben gezeigt, dass zum Erreichen eines Sicherheitsfaktors von zumindest 3 (SF>3), insbesondere hinsichtlich der Kohlenstofflagen der katalytischen Elektroden, die Dicke einer Stromabnehmerplatte 18 die Höhe der Kavität 171 einer Endplatte 17 um nicht mehr als 35 µm unterschreiten und um nicht mehr als 65 µm überschreiten darf. Derart geringe Toleranzen sind nur schwer zu realisieren.These variations in the thickness of the collector plate 18 and / or the depth of the cavity 18 lead during compression of the fuel cell stack 10 the occurrence of tilting and bending moments, which may lead to material fatigue and damage due to local maxima of mechanical pressure or stress. Simulations have shown that to achieve a safety factor of at least 3 (SF> 3), in particular with regard to the carbon layers of the catalytic electrodes, the thickness of a collector plate 18 the height of the cavity 171 an end plate 17 not anymore falls below 35 microns and may not exceed more than 65 microns. Such small tolerances are difficult to realize.

4 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Endplattenanordnung 21 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Endplattenanordnung 21 ist hier nur beispielsweise als erste Endplattenanordnung 21 gekennzeichnet. Es kann sich jedoch ebenfalls um eine zweite Endplattenanordnung 22 handeln. 4 shows a schematic exploded view of an end plate assembly 21 according to a first embodiment of the invention. The end plate assembly 21 is here only for example as a first end plate assembly 21 characterized. However, it may also be a second endplate assembly 22 act.

Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die Endplattenanordnung 21 eine Endplatte 23 auf, deren nach innen, das heißt in Richtung des Zellstapels, weisende Oberfläche 25 planar ist. Die planare Oberfläche 25 macht dabei zumindest einen zentralen Bereich der Endplatte 23 aus. In einem Randbereich der Endplatte 23 sind eine Vielzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 28 angeordnet. Die Planarität der Endplatte 23 muss in dem Randbereich nicht gegeben sein.In contrast to the prior art, the end plate assembly 21 an end plate 23 on whose inward, ie in the direction of the cell stack, facing surface 25 is planar. The planar surface 25 doing at least a central region of the end plate 23 out. In a border area of the end plate 23 are a variety of resource passages 28 arranged. The planarity of the end plate 23 must not be given in the border area.

Die erfindungsgemäße Endplattenanordnung 21 weist ferner eine Stromabnehmerplatte 24 auf, die der bereits beschriebenen Stromabnehmerplatte 18 gemäß Stand der Technik entspricht. Darüber hinaus weist die Endplattenanordnung 21 eine Mehrzahl von Dichtungen 29 auf, die in Form und Funktion den bereits erläuterten Dichtungen 19 gemäß Stand der Technik gleichen. The end plate assembly according to the invention 21 also has a pantograph plate 24 on, the already described pantograph plate 18 according to the prior art. In addition, the end plate assembly 21 a plurality of seals 29 on, in the form and function of the already explained seals 19 according to the prior art.

Die erfindungsgemäße Endplattenanordnung 21 weist darüber hinaus ein Dichtungselement 26 auf, das aus zwei Komponenten besteht, insbesondere einer Hauptkomponente 261 und einem weiteren Element 262. Die Funktion dieses Dichtungselements 26 wird mit Bezug zu den Schnittdarstellungen der 5 und 6 im Folgenden im Detail erläutert.The end plate assembly according to the invention 21 also has a sealing element 26 on, which consists of two components, in particular a main component 261 and another element 262 , The function of this sealing element 26 is related to the sectional views of 5 and 6 explained in detail below.

Wie in der Schnittdarstellung der 5 gezeigt, wird die Stromabnehmerplatte 24 eben auf die planare Oberfläche 25 der Endplatte 23 aufgelegt. Wie in den 4 und 5 dargestellt, umrandet das Dichtungselement 26 den auf der Endplatte 23 angeordneten Umfang der Stromabnehmerplatte 24 vollständig. Insbesondere ist das Hauptelement 261 des Dichtungselements 26 so auf der planaren Oberfläche 25 aufgebracht, dass es den gesamten Umfang der Stromabnehmerplatte 24 abgesehen von einem, zwischen Stromabnehmern 27 der Stromabnehmerplatte 24 angeordneten Abschnitt umrandet. Das Hauptelement 261 weist dabei einen konstanten lateralen Abstand zu den Kanten der Stromabnehmerplatte 24 auf. Das weitere Element 262 ist zwischen den Stromabnehmern 27 der Stromabnehmerplatte 24 und mit demselben lateralen Abstand wie das Hauptelement 261 auf der Oberfläche 25 angeordnet.As in the sectional view of 5 shown is the pantograph plate 24 just on the planar surface 25 the end plate 23 hung up. As in the 4 and 5 shown surrounds the sealing element 26 the one on the end plate 23 arranged circumference of the pantograph plate 24 Completely. In particular, the main element 261 of the sealing element 26 so on the planar surface 25 applied that it covers the entire circumference of the pantograph plate 24 apart from one, between pantographs 27 the pantograph plate 24 arranged section arranged. The main element 261 has a constant lateral distance to the edges of the pantograph plate 24 on. The further element 262 is between the pantographs 27 the pantograph plate 24 and with the same lateral distance as the main element 261 on the surface 25 arranged.

Wie insbesondere in der 6 dargestellt, weist das Dichtungselement 26 in Normalenrichtung der planaren Oberfläche 25 der Endplatte 23 eine größere Ausdehnung (Höhe) auf, als die Stromabnehmerplatte 24 in derselben Normalenrichtung. Dies gilt sowohl für das Hauptelement 261 als auch für das weitere Element 262 des Dichtungselements 26.As in particular in the 6 shown, the sealing element 26 in the normal direction of the planar surface 25 the end plate 23 a larger extent (height) than the pantograph plate 24 in the same normal direction. This applies to both the main element 261 as well as for the further element 262 of the sealing element 26 ,

In der in den 4 bis 6 gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endplattenanordnung 21 ist das Dichtungselement 26 und die Mehrzahl von Dichtungen 29 um die Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 28 gemeinsam als „form in place“ - FIP Dichtungen ausgebildet. Das heißt, diese Dichtungen wurden gemeinsam in situ auf der planaren Oberfläche 25 der Endplatte 23 erzeugt. Dafür werden zunächst der Anordnung des Dichtungselements 26 und der Dichtungen 29 entsprechende Dichtraupen auf die planare Oberfläche 25 aufgetragen und anschließend mittels UV Licht ausgehärtet. Somit werden vorteilhaft keine weiteren Dichtelemente benötigt. Entsprechende Verfahrensschritte zur Herstellung beziehungsweise Montage solcher weiterer Dichtelemente entfallen entsprechend.In the in the 4 to 6 shown first embodiment of the end plate assembly according to the invention 21 is the sealing element 26 and the majority of seals 29 around the resource passages 28 jointly designed as "form in place" - FIP seals. That is, these gaskets were put together in situ on the planar surface 25 the end plate 23 generated. For this, first, the arrangement of the sealing element 26 and the seals 29 corresponding sealing beads on the planar surface 25 applied and then cured by means of UV light. Thus, advantageously no further sealing elements are needed. Corresponding method steps for the production or assembly of such further sealing elements are eliminated accordingly.

Die 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endplattenanordnung 21. Diese wird im Folgenden nur insofern beschrieben, als sie sich von der in den 4 bis 6 gezeigten ersten Ausführungsform unterscheidet.The 7 to 9 show a second embodiment of an end plate assembly according to the invention 21 , This is described below only insofar as they differ from that in the 4 to 6 differs shown first embodiment.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der Endplattenanordnung 21 ist das Dichtungselement 26 nicht als FIP Dichtung sondern als Flachdichtung 31 ausgebildet. Diese ist vorgefertigt und wird auf der planaren Oberfläche 25 der Endplatte 23 mittels einer Schicht eines Elastomer-basierten Klebstoffs 32 befestigt. Die Kombination aus der Klebstoffschicht 32 und der Flachdichtung 31 weist dabei in Normalenrichtung der planaren Oberfläche 25 eine größere Ausdehnung auf als die Stromabnehmerplatte 24. Auch mit dem Dichtungselement 26 wird somit vorteilhaft ein gleichmäßigeres Verpressen eines Brennstoffzellenstapels 10 mit zumindest einer der erfindungsgemäßen Endplattenanordnung 21, 22 erreicht.According to the second embodiment of the end plate assembly 21 is the sealing element 26 not as a FIP gasket but as a flat gasket 31 educated. This is prefabricated and will be on the planar surface 25 the end plate 23 by means of a layer of an elastomer-based adhesive 32 attached. The combination of the adhesive layer 32 and the gasket 31 points in the normal direction of the planar surface 25 a larger extent than the pantograph plate 24 , Also with the sealing element 26 Thus, a more uniform compression of a fuel cell stack is advantageous 10 with at least one of the end plate assembly according to the invention 21 . 22 reached.

Das Dichtungselement 26 gemäß der zweiten Ausführungsform weist wiederum ein Hauptelement 261 sowie ein weiteres Element 262 auf, die so angeordnet sind, wie die entsprechenden Bauteile der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus weist das Dichtungselement 26 gemäß der zweiten Ausführungsform zwei identische, in den Randbereichen der Endplatte 23 angeordneten Randbereichsdichtungen 263 auf.The sealing element 26 according to the second embodiment again has a main element 261 as well as another element 262 which are arranged as the corresponding components of the first embodiment. In addition, the sealing element 26 according to the second embodiment, two identical, in the edge regions of the end plate 23 arranged edge region seals 263 on.

Die Randbereichsdichtungen 263 sind dabei getrennt von dem Hauptelement 261 und dem weiteren Element 262 ausgebildet und dienen auch der zusätzlichen Abdichtung der Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 28. Diese sind somit jeweils von den sie umrandenden Dichtungen 29 sowie einem Abschnitt der Randbereichsdichtung 263 abgedichtet. Jede der zwei Randbereichsdichtungen 263 weist hierfür drei Öffnungen auf, wovon jede an die Ausdehnung einer Betriebsmitteldurchgangsöffnung 28 und der zugehörigen Dichtung 29 angepasst ist. Alternativ wird vollständig auf den Einsatz der Dichtungen 29 verzichtet und werden die Betriebsmitteldurchgangsöffnungen 28 allein durch die Randbereichsdichtungen 263 abgedichtet. The edge area seals 263 are separated from the main element 261 and the other element 262 trained and also serve the additional sealing of the equipment through openings 28 , These are thus each of the surrounding seals 29 and a portion of the rim seal 263 sealed. Each of the two edge area seals 263 for this purpose has three openings, each of which corresponds to the extent of a working medium passage opening 28 and the associated seal 29 is adjusted. Alternatively, it is completely based on the use of the seals 29 omitted and become the equipment through openings 28 solely by the edge area seals 263 sealed.

Die Hauptaufgabe der Randbereichsdichtungen 263 ist wiederum das Erzeugen eines noch gleichmäßigeren Höhenprofils der Endplattenanordnung 21. An dem Dichtelement 26 gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine angrenzende Monopolarplatte (nicht dargestellt) nahezu vollflächig anliegen. Kipp- und Biegemomente beim Verpressen werden so vermieden.The main task of the edge area seals 263 in turn, is creating an even more uniform height profile of the endplate assembly 21 , On the sealing element 26 According to the second embodiment, an adjacent monopolar plate (not shown) may be nearly full-surface. Tilting and bending moments during pressing are thus avoided.

Die 10 zeigt ein ebenfalls als Flachdichtung 31 ausgebildetes Dichtungselement 26 gemäß einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endplattenanordnung 21. Die Endplattenanordnung 21 der dritten Ausführungsform unterscheidet sich allein in dem Dichtungselement 26 von der gemäß der zweiten Ausführungsform und daher ist auch nur das Dichtungselement 26 dargestellt. Dieses weist wiederrum ein Hauptelement 261 und ein weiteres Element 262 auf. Anstelle separater Randbereichsdichtungen 263 sind diese im Dichtungselement 26 der dritten Ausführungsform monolithisch mit dem Hauptelement 261 ausgebildet. Somit ergibt sich ein noch gleichmäßigeres Höhenprofil der Endplattenanordnung 21 und folglich ein noch gleichmäßigeres Verpressen eines Brennstoffzellenstapels 10 damit.The 10 also shows as a flat gasket 31 formed sealing element 26 according to a third embodiment of an end plate assembly according to the invention 21 , The end plate assembly 21 The third embodiment is different only in the sealing member 26 from that according to the second embodiment and therefore only the sealing element 26 shown. This in turn has a main element 261 and another element 262 on. Instead of separate edge area seals 263 these are in the sealing element 26 of the third embodiment monolithic with the main element 261 educated. This results in a more even height profile of the end plate assembly 21 and consequently even more uniform compression of a fuel cell stack 10 in order to.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
erste Endplattenanordnungfirst end plate assembly
1212
zweite Endplattenanordnungsecond end plate assembly
1313
Bipolarplattebipolar
1414
Membran-Elektroden-EinheitMembrane-electrode assembly
1515
Dichtungselementsealing element
1616
Spannelement clamping element
1717
Endplatteendplate
171171
Kavität für StromabnehmerplatteCavity for pantograph plate
172172
BetriebsmitteldurchgangsöffnungenEquipment through openings
1818
StromabnehmerplatteCurrent collector plate
181181
Stromabnehmerpantograph
1919
Dichtungen für Betriebsmitteldurchgangsöffnungen Seals for equipment through-openings
2121
erste Endplattenanordnungfirst end plate assembly
2222
zweite Endplattenanordnungsecond end plate assembly
2323
Endplatteendplate
2424
StromabnehmerplatteCurrent collector plate
2525
planare Oberfläche der Endplatteplanar surface of the end plate
2626
Dichtungselementsealing element
261261
Hauptelementmain element
262262
weiteres Elementanother element
263263
Randdichtungedge seal
2727
Stromabnehmerpantograph
2828
Betriebsmitteldurchgangsöffnungen der EndplatteEquipment through-openings of the end plate
2929
Dichtungen für BetriebsmitteldurchgangsöffnungenSeals for equipment through-openings
3131
Flachdichtunggasket
3232
Klebeschichtadhesive layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012221407 A1 [0008]DE 102012221407 A1 [0008]
  • EP 1244167 A1 [0008]EP 1244167 A1 [0008]
  • DE 102004035168 A1 [0008]DE 102004035168 A1 [0008]

Claims (10)

Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend eine erste Endplattenanordnung (21) und eine zweite Endplattenanordnung (22), wobei zumindest die erste Endplattenanordnung (21) eine Endplatte (23) und eine Stromabnehmerplatte (24) aufweist; eine Mehrzahl abwechselnd zwischen den Endplattenanordnungen (21,22) angeordneter Bipolarplatten (13) und Membran-Elektroden-Anordnungen (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (23) der ersten Endplattenanordnung (21) eine in Richtung der zweiten Endplattenanordnung (22) weisende planare Oberfläche (25) aufweist, die Stromabnehmerplatte (24) als planare Platte ausgebildet ist und eben an der planaren Oberfläche (25) anliegt, und zumindest ein auf der planen Oberfläche (25) angeordnetes Dichtungselement (26) die Stromabnehmerplatte (24) zumindest abschnittsweise umfänglich umrandet, wobei die Höhe des zumindest einen Dichtungselements (26) in einer Normalenrichtung der planaren Oberfläche (25) der Höhe der Stromabnehmerplatte (24) in der Normalenrichtung zumindest entspricht.A fuel cell stack (10) comprising a first end plate assembly (21) and a second end plate assembly (22), at least the first end plate assembly (21) including an end plate (23) and a current collector plate (24); a plurality of bipolar plates (13) and membrane electrode assemblies (14) alternately disposed between the end plate assemblies (21, 22), characterized in that the end plate (23) of the first end plate assembly (21) faces toward the second end plate assembly (22). pointing planar surface (25), the current collector plate (24) is formed as a planar plate and just abuts the planar surface (25), and at least one on the planar surface (25) arranged sealing element (26) the pantograph plate (24) at least Sectionally circumferentially bordered, wherein the height of the at least one sealing element (26) in a normal direction of the planar surface (25) at least equal to the height of the current collector plate (24) in the normal direction. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 1, wobei die Stromabnehmerplatte (24) zwei in lateraler Richtung über die Endplatte (23) überstehende Stromabnehmer (27) aufweist und das zumindest eine Dichtungselement (26) die Stromabnehmerplatte (24) abgesehen von den zwei Stromabnehmern (27) vollständig umfänglich umrandet.Fuel cell stack (10) after Claim 1 in that the current collector plate (24) has two current collectors (27) projecting laterally beyond the end plate (23) and the at least one sealing element (26) surrounds the current collector plate (24) completely circumferentially apart from the two current collectors (27). Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Betriebsmitteldurchgangsöffnungen (28) in einem Randbereich der Endplatte (23) angeordnet und jeweils von einer auf der planaren Oberfläche (25) angeordneten Dichtung (29) zumindest abschnittsweise umfänglich umrandet sind.Fuel cell stack (10) after Claim 1 or 2 , wherein a plurality of operating medium passage openings (28) in an edge region of the end plate (23) and each surrounded by a on the planar surface (25) arranged seal (29) are circumferentially surrounded at least in sections. Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 3, wobei das zumindest eine Dichtungselement (26) und/oder die Mehrzahl von Dichtungen (29) als FIP-Dichtungen ausgebildet sind.Fuel cell stack (10) after Claim 3 wherein the at least one sealing element (26) and / or the plurality of seals (29) are formed as FIP seals. Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zumindest eine Dichtungselement (26) eine Flachdichtung (31) und eine Klebeschicht (32) zum Befestigen der Flachdichtung (31) auf der planaren Oberfläche (25) aufweist.Fuel cell stack (10) according to one of Claims 1 to 3 wherein the at least one sealing element (26) has a flat gasket (31) and an adhesive layer (32) for securing the gasket (31) on the planar surface (25). Brennstoffzellenstapel (10) nach Anspruch 5, wobei das zumindest eine Dichtungselement (26) eine Mehrzahl von in einem Randbereich der Endplatte (23) angeordneten Betriebsmitteldurchgangsöffnungen (28) umfänglich umrandet.Fuel cell stack (10) after Claim 5 in that the at least one sealing element (26) peripherally surrounds a plurality of operating medium passage openings (28) arranged in an edge region of the end plate (23). Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die mechanischen Eigenschaften des zumindest einen Dichtungselements (26) an die mechanischen Eigenschaften der Mehrzahl von Dichtungen (29) angepasst sind.Fuel cell stack (10) according to one of Claims 3 to 5 wherein the mechanical properties of the at least one sealing element (26) are adapted to the mechanical properties of the plurality of seals (29). Verfahren zum Herstellen einer Endplattenanordnung (21,22) für einen Brennstoffzellenstapel (10), aufweisend die Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Endplatte (23) mit einer planaren Oberfläche (25) und einer Mehrzahl von in einem Randbereich der Endplatte (23) angeordneten Betriebsmitteldurchgangsöffnungen (28); Anlegen einer als planaren Platte ausgebildeten Stromabnehmerplatte (24) an die planare Oberfläche (25) der Endplatte (23); und Ausbilden oder Aufbringen eines die Stromabnehmerplatte (24) zumindest abschnittsweise umfänglich umrandenden Dichtungselements (26) auf der planaren Oberfläche (25), wobei die Höhe des zumindest einen Dichtungselements (26) in einer Normalenrichtung der planaren Oberfläche (25) der Höhe der Stromabnehmerplatte (24) in dieser Richtung zumindest entspricht.Method for producing an end plate arrangement (21, 22) for a fuel cell stack (10), comprising the method steps: Providing an end plate (23) having a planar surface (25) and a plurality of working medium passage openings (28) arranged in an edge region of the end plate (23); Applying a current collector plate (24) in the form of a planar plate to the planar surface (25) of the end plate (23); and Forming or applying a sealing element (26) on the planar surface (25) surrounding the current collector plate (24) at least in sections, wherein the height of the at least one sealing element (26) in a normal direction of the planar surface (25) is equal to the height of the current collector plate (24 ) in this direction at least corresponds. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine Dichtungselement (26) und eine Mehrzahl die Betriebsmitteldurchgangsöffnungen (28) zumindest abschnittsweise umfänglich umrandender Dichtungen (29) auf der planaren Oberfläche (25) der Endplatte (23) gemeinsam in situ als FIP Dichtungen ausgebildet werden.Method according to Claim 8 in that the at least one sealing element (26) and a plurality of the device through-openings (28) at least partially circumferentially enclosing seals (29) on the planar surface (25) of the end plate (23) are formed together in situ as FIP seals. Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Fuel cell system with a fuel cell stack (10) according to one of Claims 1 to 7 ,
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