-
Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches System, z. B. ein Brennstoffzellensystem, einen elektrochemischen Verdichter oder einen Elektrolyseur, mit einer Endplatte und einer Stapelabschlussplatte gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
-
Bekannte elektrochemische Systeme weisen gewöhnlich zwei Endplatten auf, zwischen denen eine Vielzahl von metallischen Separatorplatten oder Bipolarplatten in einem Stapel angeordnet ist. Benachbarte Separatorplatten schließen dabei normalerweise elektrochemische Zellen ein, in denen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird oder umgekehrt. Ebenso können die elektrochemischen Zellen dazu dienen, auf elektrochemischem Weg den Druck in einem Wasserstoffsystem zu erhöhen. Dazu ist es erforderlich, dass das System elektrische Leiter aufweist, die die Elektroden der elektrochemischen Zellen mit einer Außenseite des Systems verbinden und über die an den Elektroden eine elektrische Spannung angelegt oder abgegriffen werden kann. Diese Leiter sind dann typischerweise mit einem elektrischen Verbraucher oder mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden oder verbindbar.
-
Üblicherweise erfolgt das Zu- oder Ableiten der elektrischen Energie bzw. das Anlegen oder Abgreifen der elektrischen Spannung an dem elektrochemischen System über wenigstens eine der Endplatten und über die an diese Endplatte angrenzende Separatorplatte. Diese wird auch Abschlussplatte, Abschlussseparatorplatte oder ggf. Abschlussbipolarplatte genannt, da sie den Plattenstapel zur jeweiligen Endplatte hin abschließt. Die elektrische Verbindung zwischen der Abschlussplatte und der Außenseite des elektrochemischen Systems erfolgt typischerweise über einen metallischen Stromableiter an einer der Abschlussplatte zugewandten Seite der Endplatte und über eine elektrisch leitfähige Gasdiffusionslage bzw. GDL (gas diffusion layer), die zwischen dem Stromableiter und der Abschlussplatte angeordnet ist und mit diesen jeweils in elektrischem Kontakt ist. Der Stromableiter ist mit der Außenseite des Systems z. B. über ein elektrisches Kabel verbunden. Die Gasdiffusionslage ist gewöhnlich als graphithaltiges Gewebe oder dergleichen ausgebildet.
-
Es hat sich jedoch wiederholt gezeigt, dass bei dieser Art der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der elektrochemischen Zellen des Plattenstapels hohe ohmsche Verluste auftreten.
-
Üblicherweise weisen sowohl die Endplatte als auch die Abschlussplatte Durchgangsöffnungen für Reaktionsmedien und Kühlmittel auf, die jeweils abgedichtet sind. Wird, wie üblich, die Endplatte aus einem Polymerwerkstoff gefertigt und die Abschlussplatte aus Metall, so kommt es bei Erwärmung und Abkühlung des elektrochemischen Systems zu unterschiedlich ausgeprägten Ausdehnungen bzw. Kontraktionen, die die bisher verwendeten Dichtungsvorrichtungen zerstören, so dass die Abdichtung des elektrochemischen Systems langfristig nicht gewährleistet ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches System mit einer verbesserten elektrischen Verbindung zwischen dem Zellstapel und der Außenseite des Systems zu schaffen. Alternativ liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches System mit einer zwischen einer Abschlussplatte und einer Endplatte angeordneten Dichtvorrichtung zu schaffen, wobei die Dichtvorrichtung auch bei starken Temperaturwechseln möglichst langlebig sein soll. Vorzugsweise soll das System zudem möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein.
-
Es wird daher ein elektrochemisches System mit einer Endplatte, einer an die Endplatte angrenzenden Stapelabschlussplatte und wenigstens einem metallischen elektrischen Leiter vorgeschlagen. Die Stapelabschlussplatte weist eine an die Endplatte angrenzende elektrisch leitfähige Kontaktierungsplatte und eine von der Endplatte abgewandte elektrisch leitfähige Separatorplattenhälfte auf. Die Kontaktierungsplatte und die Separatorplattenhälfte sind elektrisch und mediendicht miteinander verbunden. Der metallische elektrische Leiter erstreckt sich bis zu einer Außenseite des elektrochemischen Systems.
-
Das vorgeschlagene elektrochemische System zeichnet sich gegenüber bekannten Systemen dadurch aus, dass der metallische elektrische Leiter und die Kontaktierungsplatte einteilig ausgebildet sind oder dass der metallische elektrische Leiter die Kontaktierungsplatte unmittelbar kontaktiert.
-
Dadurch, dass der metallische elektrische Leiter, der sich bis zur Außenseite des Systems erstreckt, und die Kontaktierungsplatte einteilig ausgebildet sind oder dass der metallische elektrische Leiter die Kontaktierungsplatte unmittelbar kontaktiert, werden entlang der elektrischen Verbindung zwischen der Kontaktierungsplatte und der Außenseite des Systems auftretende ohmsche Verluste, hervorgerufen z. B. durch Kontaktspannungen und/oder Frittspannungen, gegenüber bekannten Systemen in erheblichem Maße verringert.
-
Der metallische elektrische Leiter kann als elektrisches Kabel ausgeführt sein, z. B. als Kupferkabel. Grundsätzlich kann jedoch jeder beliebige metallische elektrische Leiter verwendet werden. Vorzugsweise ist der metallische elektrische Leiter einteilig ausgebildet. Dabei soll der metallische elektrische Leiter vorzugsweise auch dann als einteilig gelten, wenn er an seinem die Kontaktierungsplatte kontaktierenden Ende einen Kabelschuh oder einen Stecker aufweist.
-
Das elektrochemische System kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, ein elektrochemischer Verdichter oder ein Elektrolyseur sein. Üblicherweise weisen solche elektrochemischen Systeme zwei Endplatten auf, zwischen denen eine Mehrzahl von Separatorplatten angeordnet ist. Zwischen benachbarten Separatorplatten oder Bipolarplatten ist typischerweise jeweils eine elektrochemische Zelle angeordnet. Das elektrochemische System weist also normalerweise eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen auf. Diese können dazu dienen, chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln oder umgekehrt bzw. auf elektrochemischem Weg den Druck in einem Wasserstoffsystem zu erhöhen.
-
Bei einer Ausführungsform des elektrochemischen Systems sind die Kontaktierungsplatte und die Separatorplattenhälfte stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder durch eine Lötverbindung. Dies gewährleistet eine gute mechanische Stabilität und Mediendichtigkeit.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform sind der wenigstens eine metallische elektrische Leiter und die Endplatte derart ausgebildet, dass der metallische elektrische Leiter ganz oder wenigstens teilweise durch die Endplatte hindurchgreift. Dies ermöglicht also eine elektrische Kontaktierung des elektrochemischen Systems durch die Endplatte hindurch.
-
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontaktierungsplatte an ihrer der Endplatte zugewandten Vorderseite wenigstens einen über die sonstige Oberfläche dieser Vorderseite auskragenden Vorsprung aufweist. Der Vorsprung ist normalerweise ebenfalls aus einem metallischen Material gebildet. Der Vorsprung und die Kontaktierungsplatte sind in elektrischem Kontakt miteinander. Der Vorsprung und die Kontaktierungsplatte können einteilig ausgebildet sein. Der Vorsprung kann mit der Kontaktierungsplatte verschweißt oder verlötet sein, auch dies zählt im Rahmen der vorliegenden Erfindung als unmittelbarer Kontakt. Der Vorsprung kann zur Ausbildung des elektrischen Leiters durch die Endplatte hindurchgreifen. Der Vorsprung kann sich also von der Kontaktierungsplatte bis zur Außenseite des elektrochemischen Systems erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann der Vorsprung wenigstens teilweise in eine erste Ausnehmung der Endplatte hineingreifen. Der metallische elektrische Leiter kann die Kontaktierungsplatte dann beispielsweise innerhalb der Ausnehmung am Vorsprung kontaktieren. Das Hindurchgreifen des Vorsprungs durch die Endplatte oder das wenigstens teilweise Hineingreifen des Vorsprungs in die Endplatte verleihen der Endplatte und der Kontaktierungsplatte oder der Stapelabschluss zusätzliche mechanische Stabilität.
-
Der Vorsprung kann in Form eines Domes oder eines Bolzens ausgeführt sein. Die Kontaktierungsplatte und der Vorsprung können einteilig ausgebildet sein. Die Kontaktierungsplatte und der Vorsprung können aus demselben Material gebildet sein, z. B. aus Edelstahl. Auf diese Weise kann das Auftreten von Korrosion im Kontaktbereich zwischen der Kontaktierungsplatte und dem Vorsprung vollständig oder weitgehend verhindert werden. Der Vorsprung kann stoffschlüssig mit der Kontaktierungsplatte verbunden sein, z. B. über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung. Die Kontaktierungsplatte und der Vorsprung können auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Z. B. kann der Vorsprung ein Nickelblech oder ein Kupferblech umfassen oder als Nickelblech oder Kupferblech ausgebildet sein. Der Vorsprung kann eine Goldbeschichtung aufweisen. Nickel, Kupfer und Gold haben jeweils einen besonders geringen spezifischen elektrischen Widerstand.
-
Der metallische elektrische Leiter und die Kontaktierungsplatte können stoffschlüssig verbunden sein, insbesondere durch eine Schweißverbindung oder durch eine Lötverbindung. Der metallische elektrische Leiter und die Kontaktierungsplatte können auch formschlüssig oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann das die Kontaktierungsplatte kontaktierende Ende des metallischen elektrischen Leiters als Stecker ausgebildet sein, der in eine entsprechende Ausnehmung oder Buchse in der Kontaktierungsplatte eingesteckt ist. Das die Kontaktierungsplatte kontaktierende Ende des metallischen elektrischen Leiters kann auch eine Druckfeder aufweisen, die den metallischen elektrischen Leiter gegen die Kontaktierungsplatte drückt.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Kontaktierungsplatte einen Fortsatz aufweisen, der zur Ausbildung des metallischen elektrischen Leiters in einer lateralen Richtung, wenigstens teilweise über die Kontur der Endplatte hinausragt. Der Fortsatz ragt hierbei normalerweise über die Außenseite des elektrochemischen Systems hinaus. Der Fortsatz kann jedoch auch in einen Bereich hineinragen, der mit einer Ausnehmung der Endplatte fluchtet, steht also über eine Innenkontur der Endplatte hinaus. Der Fortsatz erstreckt sich bei beiden Lösungen im nicht umgebogenen Zustand also parallel zur Planflächenebene der Endplatte oder parallel zur Planflächenebene der Kontaktierungsplatte. Der Fortsatz kann z. B. als biegbare Lasche ausgebildet sein. Der Fortsatz ist dann typischerweise an der Außenseite des elektrochemischen Systems zur Endplatte hin umgebogen. Zur Erhöhung der Biegbarkeit des Fortsatzes kann der Fortsatz eine geringere Dicke aufweisen als der übrige Teil der Kontaktierungsplatte. Normalerweise sind die Kontaktierungsplatte und der Fortsatz einteilig ausgebildet; sie können jedoch auch als separate Bauteile ausgebildet sein. Die Kontaktierungsplatte und der Fortsatz können dann aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Die Kontaktierungsplatte und der Fortsatz können stoffschlüssig verbunden sein, z. B. über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung. Der Fortsatz kann als Metallblech ausgebildet sein, z. B. als Nickelblech oder als Kupferblech. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit kann der Fortsatz eine metallische Beschichtung aufweisen, z. B. eine Goldbeschichtung.
-
Sind der wenigstens eine metallische elektrische Leiter und die Kontaktierungsplatte nicht einteilig ausgebildet, so ist es vorteilhaft, wenn es pro metallischem elektrischen Leiter nur eine Kontaktstelle zur Kontaktierungsplatte gibt. Das erfindungsgemäße elektrochemische System kann jedoch sowohl bei dieser Ausführungsform als auch bei der einteiligen Ausführungsform an einer Kontaktierungsplatte mehrere Kontaktstellen aufweisen, an denen jeweils genau ein Leiter den Strom abgreift.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktierungsplatte als Blech ausgebildet. Sie ist damit besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Eine senkrecht zur Planflächenebene der Kontaktierungsplatte bestimmte Materialdicke der Kontaktierungsplatte kann zwischen 0,1 mm und 8,0 mm betragen, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 3,0 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm. Die senkrecht zur Planflächenebene der Kontaktierungsplatte und der Endplatte ausgerichtete Richtung wird im Weiteren auch Stapelrichtung genannt.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Kontaktierungsplatte und der Endplatte wenigstens eine Dichtungsanordnung angeordnet. Die Dichtungsanordnung umfasst jeweils vorzugsweise eine zweite Ausnehmung in der der Kontaktierungsplatte zugewandten Seite der Endplatte und einen wenigstens teilweise in der zweiten Ausnehmung aufgenommenen Dichtungsring. Der Dichtungsring bildet vorzugsweise eine geschlossene Schleife. Der Dichtungsring kann eine ringförmige, ovale oder rechteckige Form haben. Er kann jedoch auch auf beliebige andere Weise geformt sein. Typischerweise ist der Dichtungsring aus einem elastischen Material gebildet, z. B. aus einem Elastomer. Eine Härte des Materials, aus dem der Dichtungsring gebildet ist, beträgt vorzugsweise zwischen 30 Shore A und 80 Shore A. Die entlang der Stapelrichtung bestimmte Tiefe der zweiten Ausnehmung kann bis zu 10 mm betragen, vorzugsweise bis zu 5 mm, besonders vorzugsweise bis zu 3 mm. Die Abmessungen des Dichtungsringes sind normalerweise derart gewählt, dass der Dichtungsring im unverpressten Zustand entlang der Stapelrichtung um wenigstens 0,1 mm und/oder um bis zu 5,0 mm oder um bis zu 2,0 mm über die zweite Ausnehmung hinaus ragt.
-
Die Endplatte und die Kontaktierungsplatte weisen normalerweise Öffnungen zum Durchleiten eines Mediums auf, insbesondere zum Durchleiten eines Prozessgases, eines Reaktionsproduktes oder eines Kühlmittels. Normalerweise ist die Dichtungsanordnung oder sind die Dichtungsanordnungen jeweils zum Abdichten dieser Öffnungen um diese Öffnungen herum angeordnet. Am Außenrand müssen die Platten des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems hingegen nicht notwendigerweise eine Dichtung aufweisen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn entlang des Außenrands eine abschnittsweise oder umlaufende Abstützvorrichtung vorhanden ist, die in ihrem Aufbau der zuvor genannten Dichtungsanordnung entsprechen kann.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine der Endplatte zugewandte Seite der Kontaktierungsplatte wenigstens im Bereich der Dichtungsanordnung eben ausgebildet. Dies ermöglicht ein Abgleiten oder Abrollen des Dichtungsringes an der Kontaktierungsplatte, wenn die Kontaktierungsplatte und die Endplatte lateral relativ zueinander verschoben werden. Dies kann insbesondere bei Temperaturwechsel auftreten, wenn die Endplatte und die Kontaktierungsplatte unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens 80 Prozent, vorzugsweise wenigstens 90 Prozent einer der Endplatte zugewandten Oberfläche der Kontaktierungsplatte eben ausgebildet. Dabei handelt es sich vorzugsweise jeweils um zusammenhängende ebene Bereiche der Oberfläche. Die der Endplatte zugewandte Oberfläche der Kontaktierungsplatte kann auch vollständig eben ausgebildet sein. Dies vereinfacht die Herstellung der Kontaktierungsplatte und senkt die Herstellungskosten.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die Endplatte und die Kontaktierungsplatte an ihren einander zugewandten Seiten jeweils Kontaktbereiche auf, entlang derer die Kontaktierungsplatte und die Endplatte im verpressten Zustand miteinander in Kontakt sind. Wenn die Kontaktierungsplatte und die Endplatte entlang der Stapelrichtung durch eine Anpresskraft gegeneinander gepresst werden, wird diese Anpresskraft vorzugsweise vornehmlich entlang dieser Kontaktbereiche in die Endplatte und in die Kontaktierungsplatte eingeleitet. Die Anpresskraft wird also vorzugsweise nicht oder vornehmlich nicht über die Dichtungsanordnung in die Endplatte und in die Kontaktierungsplatte eingeleitet. Auf diese Weise kann die Dichtungsanordnung entlastet werden. So kann insbesondere verhindert werden, dass die Dichtungsanordnung beschädigt wird, wenn die Endplatte und die Kontaktierungsplatte bei Temperaturwechsel lateral relativ zueinander verschoben werden.
-
Die beim Verpressen der Endplatte mit der Kontaktierungsplatte entlang der Stapelrichtung auf die Dichtungsanordnung ausgeübte Kraft ist auf diejenige Kraft begrenzt, die notwendig ist, um den Dichtungsrichtung entlang der Stapelrichtung gerade soweit zusammenzudrücken, bis die Endplatte und die Kontaktierungsplatte entlang der Kontaktbereiche miteinander in Kontakt kommen. Diese größte beim Verpressen auf die Dichtungsanordnung ausgeübte Kraft wird im Weiteren auch Maximalkraft genannt. Die Größe der Maximalkraft kann durch eine entsprechende Wahl der Tiefe der zweiten Ausnehmung entlang der Stapelrichtung, der Dicke des Dichtungsringes entlang der Stapelrichtung, der Elastizität oder der Härte des Materials des Dichtungsringes sowie der Geometrie der Kontaktbereiche eingestellt werden. Beispielsweise können die Kontaktbereiche der Endplatte und/oder der Kontaktierungsplatte wenigstens abschnittweise als Vorsprünge ausgebildet sein, die entlang der Stapelrichtung von der jeweiligen Platte abstehen. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktbereiche der Endplatte und/oder der Kontaktierungsplatte wenigstens abschnittweise als Ausnehmungen oder Einbuchtungen ausgebildet sein. Die Geometrie der Kontaktbereiche ist dann insbesondere durch die Höhe der Vorsprünge und durch die Tiefen der Ausnehmungen/Einbuchtungen entlang der Stapelrichtung gegeben.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform werden daher die Tiefe der zweiten Ausnehmung entlang der Stapelrichtung, die Dicke des Dichtungsringes entlang der Stapelrichtung, die Elastizität oder die Härte des Materials des Dichtungsringes und die Geometrie der Kontaktbereiche derart eingestellt, dass die Anpresskraft im Betrieb des elektrochemischen Systems wenigstens ein Doppeltes, vorzugsweise wenigstens ein Fünffaches, besonders vorzugsweise wenigstens ein Zehnfaches der Maximalkraft beträgt. Die Anpresskraft wird dann vornehmlich über die Kontaktbereiche in die Endplatte und die Kontaktierungsplatte eingeleitet, so dass die Dichtungsanordnung deutlich entlastet und deren Lebensdauer verlängert wird.
-
Eine entlang der Kontaktbereiche im verpressten Zustand bestimmte Kontaktfläche zwischen der Endplatte und der Kontaktierungsplatte wird im Folgenden erste Kontaktfläche genannt. Im Gegensatz dazu soll eine entlang der Dichtungsanordnung im verpressten Zustand bestimmte Kontaktfläche zwischen der Dichtungsanordnung und der Endplatte oder zwischen der Dichtungsanordnung und der Kontaktierungsplatte zweite Kontaktfläche heißen. Die Kontaktbereiche und die Dichtungsanordnung können derart ausgebildet sein, dass die erste Kontaktfläche wenigstens ein Fünffaches, vorzugsweise wenigstens ein Zehnfaches, besonders vorzugsweise wenigstens ein Zwanzigfaches der zweiten Kontaktfläche beträgt. Auch dies trägt zur Entlastung der Dichtungsanordnung bei und verlängert deren Lebensdauer.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Separatorplattenhälfte an ihrer von der Kontaktierungsplatte abgewandten Rückseite Kanäle zum Führen eines Mediums auf, insbesondere zum Führen eines Prozessgases oder eines Reaktionsproduktes. Das Prozessgas kann z. B. einem chemisch aktiven Bereich des elektrochemischen Systems zugeführt werden, in dem chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Separatorplattenhälfte kann als Prägeteil ausgebildet sein, in welches die Kanäle an der Rückseite eingeprägt sind. Die Separatorplattenhälfte kann aus einem Blech geformt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Typischerweise weist die Separatorplattenhälfte eine Materialdicke von höchstens 0,2 mm oder von höchstens 0,1 mm, aber von mindestens 0,025 mm auf.
-
Normalerweise wird bei einer solchen Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie jedoch zusätzlich Reaktionswärme erzeugt, die dann wenigstens teilweise auch über die Separatorplattenhälfte der Stapelabschlussplatte abgeleitet wird. Zum Kühlen der Separatorplattenhälfte der Stapelabschlussplatte kann die Kontaktierungsplatte an ihrer der Separatorplattenhälfte zugewandten Seite daher Kanäle zum Führen eines Kühlmittels aufweisen.
-
Die Kontaktierungsplatte kann z. B. als Prägeteil mit eingeprägten ersten Verformungen ausgebildet sein. Die ersten Verformungen können alternativ auch durch chemisches Ätzen in die Kontaktierungsplatte eingebracht sein. Die ersten Verformungen können dann an der der Separatorplattenhälfte zugewandten Seite der Kontaktierungsplatte die genannten Kanäle zum Führen eines Kühlmittels bilden. Die durch die ersten Verformungen gebildeten Kanäle der Kontaktierungsplatte können dabei einen vom Querschnitt der Kanäle der Separatorplattenhälfte abweichenden Querschnitt aufweisen. Der für das Führen des Kühlmittels zur Verfügung stehende Querschnitt der durch die ersten Verformungen gebildeten Kanäle kann kleiner sein als der Querschnitt der für die Kühlmittelführung durch die Separatorplatten des übrigen elektrochemischen Systems gebildeten Kanäle. Alternativ oder zusätzlich kann der für das Führen des Kühlmittels zur Verfügung stehende Querschnitt der durch die ersten Verformungen gebildeten Kanäle größer sein als der Querschnitt, den die Kanäle der Separatorplattenhälfte allein ausbilden. Mittels der Dimensionierung der durch die ersten Verformungen gebildeten Kanäle lässt sich also der für die Kühlmittelführung zur Verfügung stehende Querschnitt einstellen.
-
Werden die ersten Verformungen durch die Kontaktierungsplatte durchgeprägt, so bilden sich auf deren der Endplatte zugewandter Oberfläche ebenfalls Verformungen aus, die nachfolgend als zweite Verformungen bezeichnet werden. Die der Kontaktierungsplatte zugewandte Seite der Endplatte kann dritte Verformungen aufweisen. Diese dritten Verformungen können derart ausgebildet sein, dass die zweiten Verformungen und die dritten Verformungen einander aufnehmen, wenn die Endplatte und die Kontaktierungsplatte verpresst werden. Insbesondere weist die Endplatte eine einzige dritte Verformung auf, die als Rücksprung gegenüber der ersten Kontaktfläche ausgebildet ist und sämtliche zweiten Verformungen aufnimmt. Die zweiten und die dritten Verformungen sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie im verpressten Zustand bei Temperaturwechsel eine Bewegung der Endplatte und der Kontaktierungsplatte relativ zueinander zulassen.
-
Die Separatorplattenhälfte kann hinsichtlich ihrer Dicke, der Tiefe ihrer Prägungen und/oder des Durchmessers ihrer Durchgangsöffnungen im Wesentlichen gleich ausgebildet sein wie die Plattenhälften der Bipolarplatten des elektrochemischen Systems, diese Parameter können aber auch allesamt von den Bipolarplatten des elektrochemischen Systems abweichen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform weist auch die Separatorplattenhälfte der Stapelabschlussplatte mindestens eine Öffnung zum Durchleiten eines Mediums auf, z. B. zum Durchleiten eines Kühlmittels. An ihrer von der Kontaktierungsplatte abgewandten Seite kann die Separatorplattenhälfte dann eine Dichtungsanordnung mit einer Sicke zum Abdichten der Öffnung in der Separatorplattenhälfte aufweisen. Diese Sicke kann Durchbrüche aufweisen, die eingerichtet sind, das durch die Öffnung der Separatorplattenhälfte geleitete Medium, vorrangig ein Kühlmittel, in einen zwischen der Separatorplattenhälfte und der Kontaktierungsplatte angeordneten Zwischenraum zu leiten.
-
Die Endplatte ist vorteilhafterweise als Spritzgußteil aus PPS (Phenylensulfid), PI (Polyimiden), PAI (Polyamidimiden), PPA (Polyphthalamiden), PA (Polyamiden) oder GFK (Glasfaserverstärkten Kunststoffen) gebildet. Sie kann zur Gewichtsreduktion auf ihrer Außenseite mit Verstärkungsrippen und Aussparungen zwischen den Verstärkungsrippen ausgebildet sein.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrochemisches System mit einer Endplatte sowie einer an die Endplatte angrenzende Stapelabschlussplatte. Die Stapelabschlussplatte weist dabei eine an die Endplatte angrenzende, elektrisch leitfähige Kontaktierungsplatte und eine von der Endplatte abgewandte elektrisch leitfähige Separatorplattenhälfte auf. Die Kontaktierungsplatte und die Separatorplattenhälfte sind dabei elektrisch und mediendicht miteinander verbunden. Zwischen der Endplatte und der Kontaktierungsplatte ist mindestens eine Dichtungsanordnung vorgesehen. Die Dichtungsanordnung kann ganz oder wenigstens teilweise in oder an der zur Kontaktierungsplatte weisenden Seite der Endplatte angeordnet sein. Der der Dichtungsanordnung in der Endplatte gegenüberliegende Bereich der Kontaktierungsplatte ist dabei eben ausgebildet. Zum Ausgleich von, insbesondere thermisch bedingten, aufgrund der verschiedenen Werkstoffe unterschiedlich starken, Dehnungen oder Kontraktionen von Endplatte und Kontaktierungsplatte kann die Dichtungsanordnung an der Oberfläche der Kontaktierungsplatte abgleiten oder abrollen. Die Dichtungsanordnung dient dabei insbesondere der Abdichtung eines Mediendurchgangs für Reaktionsmittel oder Kühlmittel, der durch die Separatorplattenhälfte, die Kontaktierungsplatte und die Endplatte hindurchreicht.
-
Vorteilhafterweise weist das elektrochemische System eine Vielzahl von Separatorplatten oder Bipolarplatten auf, die in ihrer Flächenausdehnung im Wesentlichen der Flächenausdehnung der Separatorplattenhälfte bzw. der Kontaktierungsplatte entsprechen. Die Platten der Stapelabschlussplatten reichen somit also bis zum Außenrand der Separatorplatten bzw. Bipolarplatten des elektrochemischen Systems und werden mit diesen zusammen verspannt.
-
Auch für diese Ausführungsform der Erfindung kann das zuvor für die Dichtungsanordnung, deren Anordnung und die ersten bis dritten Vorsprünge Ausgeführte analog gelten.
-
Die bis hier beschriebenen Ausführungsformen des vorgeschlagenen elektrochemischen Systems sowie einzelne Merkmale der bis hier beschriebenen Ausführungsformen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
-
Spezielle Ausführungsbeispiele des hier vorgeschlagenen elektrochemischen Systems sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 schematisch ein elektrochemisches System gemäß dem Stand der Technik mit einer Endplatte, einer Abschlussbipolarplatte und mit einer elektrischen Verbindung zwischen der Abschlussbipolarplatte und einer Außenseite des Systems;
-
2 schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer an eine Endplatte angrenzenden Stapelabschlussplatte, die eine Kontaktierungsplatte und eine Separatorplattenhälfte aufweist;
-
3 schematisch eine zweite Ausführungsform der Kontaktierungsplatte gemäß 2;
-
4 schematisch eine dritte Ausführungsform der Kontaktierungsplatte gemäß 2;
-
5 schematisch eine perspektivische Ansicht des elektrochemischen Systems gemäß 2;
-
6 schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems, wobei die Kontaktierungsplatte Kanäle zum Führen eines Mediums aufweist;
-
7 schematisch eine Detailansicht der Kontaktierungsplatte und der Separatorplattenhälfte gemäß 6 in perspektivischer Darstellung;
-
8 schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems, wobei die Kontaktierungsplatte als Prägeteil ausgebildet ist; sowie
-
9 schematisch eine Detailansicht der Kontaktierungsplatte und der Separatorplattenhälfte gemäß 8 in perspektivischer Darstellung.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung ein elektrochemisches System 1 gemäß dem Stand der Technik im Bereich einer Endplatte und der unmittelbar daran sich anschließenden Elemente. Das elektrochemische System 1 umfasst eine Endplatte 2, eine der Endplatte 2 unmittelbar benachbarte Abschlussbipolarplatte 3 und eine Separatorplatte 4 in Gestalt einer Bipolarplatte. Die Platten 3, 4 sind aus Edelstahl gebildet. Zwischen der Abschlussbipolarplatte 3 und der Separatorplatte 4 ist eine elektrochemische Zelle 5 angeordnet. Diese umfasst Gasdiffusionslagen 6a, 6b sowie eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 7 und dient z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie.
-
Eine elektrische Verbindung zwischen der Abschlussbipolarplatte 3 und einer Außenseite des Systems 1 ist über eine Gasdiffusionslage 9, einen in die Endplatte 2 integrierten Stromableiter 10 aus Kupfer und ein elektrisches Kupferkabel 11 realisiert. Die Gasdiffusionslage 9 ist als graphithaltiges Gewebe ausgebildet. Die Gasdiffusionslage 9 ist in elektrischem Kontakt mit der Abschlussbipolarplatte 3 und mit dem Stromableiter 10. Das Kupferkabel 11 ist in elektrischem Kontakt mit dem Stromableiter 10 und erstreckt sich vom Stromableiter 10 bis zur Außenseite 8 des Systems 1. Dort ist es z. B. mit einem elektrischen Verbraucher verbunden (nicht gezeigt). An einer ersten Kontaktstelle 9a zwischen der Gasdiffusionslage 9 und dem Stromableiter 10 und an einer zweiten Kontaktstelle 9b zwischen der Gasdiffusionslage 9 und der Abschlussbipolarplatte 3 können hohe ohmsche Verluste auftreten. Solche Verluste verringern die Effizienz des Systems 1 bei dessen Verwendung als Spannungsquelle, Elektrolyseur oder dergleichen.
-
2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems 100. Dabei werden hier und im Folgenden wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Bei dem System 100 handelt es sich um eine Brennstoffzellenanordnung. Das System 100 weist eine Endplatte 2, eine der Endplatte 2 unmittelbar benachbarte Stapelabschlussplatte 50 sowie eine Separatorplatte 4 auf, hier in Gestalt einer Bipolarplatte. Die Stapelabschlussplatte 50 umfasst eine der Endplatte 2 zugewandte und an die Endplatte 2 angrenzende Kontaktierungsplatte 51 und eine von der Endplatte 2 abgewandte Separatorplattenhälfte 52. Die Platten 51, 52 sind aus Metall gebildet, hier jeweils aus Edelstahl, und sind mehrfach oder zumindest einmal mediendicht miteinander verschweißt. Insbesondere sind die Platten 51, 52 in elektrischem Kontakt miteinander. Die Kontaktierungsplatte 51 ist ein Blech. Entlang einer Stapelrichtung 17, die senkrecht zu den Planflächenebenen der Platten 2, 51, 52, 4 ausgerichtet ist, hat die Kontaktierungsplatte 51 eine Materialdicke 70 von z. B. 0,9 mm. Eine laterale Richtung 18 verläuft senkrecht zur Stapelrichtung 17 und parallel zu den Planflächenebenen der Platten 2, 51, 52, 4. Die Endplatte 2 ist aus einem Kunststoff gefertigt. Die Endplatte 2 und die Kontaktierungsplatte 51 weisen somit unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf.
-
Das System 100 weist ferner eine zwischen der Separatorplattenhälfte 52 und der Separatorplatte 4 eingeschlossene elektrochemische Zelle 5 mit Gasdiffusionslagen 6a, 6b und einer MEA 7 auf. Die Zelle 5 dient der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Die Platten 52 und 4 dienen der Zuleitung von Prozessgas und der Ableitung von Reaktionsprodukten zur bzw. von der Zelle 5, der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der Zelle 5, der Ableitung von Wärme, die bei der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie in der Zelle 5 entsteht, sowie der Trennung der betreffenden Medien. Das System 100 weist eine Vielzahl weiterer Separatorplatten auf (nicht gezeigt), die entlang der Stapelrichtung 17 gestapelt sind und zwischen denen jeweils weitere elektrochemische Zellen angeordnet sind.
-
Die Elektroden der elektrochemischen Zellen des Systems 100 sind elektrisch miteinander verbunden; hier sind sie elektrisch in Reihe geschaltet. Eine von den elektrochemischen Zellen des Systems 100 gegenüber dem Nullpotential erzeugte elektrische Spannung kann an der Kontaktierungsplatte 51 abgegriffen werden. Eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktierungsplatte 51 und einer Außenseite 8 des Systems 100 ist über einen metallischen elektrischen Leiter 19a realisiert. Der Leiter 19a und die Kontaktierungsplatte 51 sind an einer der Endplatte 2 zugewandten Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 in elektrischem Kontakt miteinander. Dort sind der Leiter 19a und die Kontaktierungsplatte 51 miteinander verschweißt. Der Leiter 19a ist einteilig ausgebildet, z. B. ist er als einteiliges Formteil, hier als Bolzen ausgebildet. Der Leiter 19a erstreckt sich von der Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 bis zur Außenseite 8 des Systems, insbesondere bis an eine von der Stapelabschlussplatte 50 abgewandte Außenseite 2a der Endplatte 2. Der Leiter 19a greift durch eine Durchgangsöffnung 22 in der Endplatte 2 hindurch. Die Durchgangsöffnung 22 erstreckt sich von der Außenseite 2a der Endplatte 2 bis zu einer der Kontaktierungsplatte 51 zugewandten Innenseite 2b der Endplatte 2. Der Leiter 19a ist aus Edelstahl gebildet und bildet an der Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 einen Vorsprung in Gestalt eines Bolzens. Das von der Kontaktierungsplatte 51 abgewandte Ende des Leiters 19a ist in elektrischem Kontakt mit einem elektrischen Kabel 11, das z. B. mit einem elektrischen Verbraucher verbunden ist.
-
Bei einer hier nicht explizit dargestellten abgewandelten Ausführungsform des Systems 100 können die Kontaktierungsplatte 51 und der metallische elektrische Leiter 19a auch einteilig ausgebildet sein, z. B. als einteiliges Formteil. Die erfindungsgemäße elektrische Verbindung zwischen der Kontaktierungsplatte 51 und der Außenseite 8 des Systems 100 ist damit gegenüber derjenigen des Systems 1 aus 1 deutlich verbessert, bei der hohe ohmsche Verluste an den Kontaktstellen 9a und 9b auftreten können.
-
Die 3 und 4 zeigen abgewandelte Ausführungsformen der in 2 gezeigten Kontaktierungsplatte 51 und der Separatorplattenhälfte 52. Die Kontaktierungsplatte 51 in 3 weist neben dem bereits in 2 dargestellten metallischen elektrischen Leiter 19a weitere metallische elektrische Leiter 19b und 19c auf. Der Leiter 19b kontaktiert die Kontaktierungsplatte 51 wie der Leiter 19a an ihrer der Endplatte 2 zugewandten Vorderseite 51a und ist dort mit der Kontaktierungsplatte 51 verschweißt. Der metallische Leiter 19c bildet einen seitlichen Fortsatz der Kontaktierungsplatte 51. Der metallische Leiter 19c und die Kontaktierungsplatte 51 sind einteilig ausgebildet. In 3 entspricht eine entlang der Stapelrichtung 17 bestimmte Dicke 19c' des Leiters 19c der Materialdicke 70 der Kontaktierungsplatte 51. Der Leiter 19c erstreckt sich seitlich bis zur Außenseite 8 des Systems 100 (nicht gezeigt), wo er z. B. mit einem Kabel verlötet oder verschweißt werden kann. Die Separatorplattenhälfte 52 ist bei der Ausführungsform gemäß 3 zu wenigstens 90 Prozent eben ausgebildet.
-
Einerseits können die hier dargestellten Leiter 19a, 19b und 19c nebeneinander in einer einzigen Kontaktierungsplatte 51 zum Abgreifen des Stroms verwendet werden. Andererseits stellen die Leiter 19a, 19b und 19c auch beispielhaft verschiedene Typen von elektrischen Leitern dar, von denen in einer Kontaktierungsplatte 51 auch nur einer oder mehrere eines einzigen der dargestellten drei unterschiedlichen Typen 19a, 19b und 19c vorhanden sein können. Grundsätzlich kann also an einer Kontaktierungsplatte 51 mittels mehrerer Leiter an verschiedenen Stellen Spannung abgegriffen werden, pro Leiter ergibt sich dabei aber nur eine Kontaktstelle. Weist die Kontaktierungsplatte nur einen einzigen als Vorsprung ausgebildeten Leiter 19a, 19b auf, so ist dieser vorteilhafterweise im Bereich des Flächenschwerpunkts der Kontaktierungsplatte bzw. fluchtend zum flächenschwerpunkt der Endplatte angeordnet.
-
4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Leiters 19c aus 3. Der Leiter 19c gemäß 4 unterscheidet sich von dem Leiter 19c gemäß 3 durch eine gegenüber der Materialdicke 70 der Kontaktierungsplatte 51 verringerte Dicke 19c'. Beispielsweise beträgt die Dicke 19c' des Leiters 19c in 3 weniger als 50 Prozent oder weniger als 20 Prozent der Materialdicke 70 der Kontaktierungsplatte 51. Der Leiter 19c in 4 bildet auf diese Weise eine Lasche, die an der Außenseite des Systems 100 leicht umgebogen werden kann, z. B. in Stapelrichtung 17 zur Endplatte 2 hin.
-
Beim System 100 gemäß 2 weisen die Platten 2, 51, 52 und 4 fluchtende Öffnungen 2', 51', 52' und 4' auf, die einen Kanal 13 zum Durchleiten eines Mediums 14 bilden. Das Medium 14 kann ein Prozessgas, z. B. molekularer Wasserstoff oder molekularer Sauerstoff, ein Reaktionsprodukt, z. B. Wasserdampf, oder ein Kühlmittel sein. Zur Abdichtung des Kanals 13 gegenüber einem Zwischenraum 15 zwischen der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 weist das System 100 eine Dichtungsanordnung 16 auf. Die Dichtungsanordnung 16 ist zwischen der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 um den Kanal 13 herum angeordnet. Die Dichtungsanordnung 16 umschließt die Öffnung 2' in der Endplatte 2 und die Öffnung 51' in der Kontaktierungsplatte 51 lateral und erstreckt sich in einer Ebene parallel zu den Planflächenebenen der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51.
-
Die Dichtungsanordnung 16 umfasst eine z. B. ringförmige Ausnehmung 24 an der Innenseite 2b der Endplatte 2 und einen in der Ausnehmung 24 angeordneten elastischen Dichtungsring 25. Eine Härte des Elastomers, aus dem der Dichtungsring 25 gebildet ist, beträgt z. B. 60 Shore A. Entlang der Stapelrichtung 17 sind die Abmessungen der Ausnehmung 24 und des Dichtungsringes 25 derart gewählt, dass der Dichtungsring 25 im unverpressten Zustand entlang der Stapelrichtung 17 über die Innenseite 2b der Endplatte 2 hinausragt, z. B. wenigstens um 10 Prozent oder wenigstens um 20 Prozent einer entlang der Stapelrichtung 17 bestimmten Tiefe der Ausnehmung 24.
-
Hier sind die Tiefe der Ausnehmung 24, eine entlang der Stapelrichtung 17 bestimmte Dicke des Dichtungsringes 25 und die Härte des Dichtungsringes 25 derart gewählt, dass die Kraft, die parallel zur Stapelrichtung 17 über die Endplatte 2 und die Kontaktierungsplatte 51 auf den Dichtungsring 25 ausgeübt werden muss, um den Dichtungsring 25 so weit zusammenzudrücken, bis die Endplatte 2 und die Kontaktierungsplatte 51 einander berühren, höchstens 10 Prozent oder höchstens 5 Prozent der typischerweise zum Verpressen des Systems 100 entlang der Stapelrichtung ausgeübten Anpresskraft beträgt. Damit wird gewährleistet, dass die zwischen der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 wirksame Anpresskraft vornehmlich über die Innenseite 2a der Endplatte 2 und die Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 in die Endplatte 2 und in die Kontaktierungsplatte 51 eingeleitet wird und nicht über die Dichtungsanordnung 16.
-
Beim System 100 der 2 ist die Innenseite 2a der Endplatte 2 vollständig eben ausgebildet. Ebenso ist die Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 vollständig eben ausgebildet. Auch die der Separatorplattenhälfte 52 zugewandte Rückseite 51b der Kontaktierungsplatte 51 ist vollständig eben ausgebildet. Die Innenseite 2b der Endplatte 2 und die Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 bilden somit jeweils Kontaktbereiche der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51, die beim Verpressen des Systems 100 miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 ist insbesondere im Bereich der Dichtungsanordnung 16 eben ausgebildet. So kann der Dichtungsring 25 bei Temperaturwechsel, wenn sich die Endplatte 2 und die Kontaktierungsplatte 51 aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten senkrecht zur Stapelrichtung 17 relativ zueinander verschieben, an der im Bereich der Dichtungsanordnung 16 ebenen oder glatten Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte abgleiten oder abrollen. Die Abmessungen des im Bereich der Dichtungsanordnung 16 ebenen Bereichs der Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 können abhängig davon gewählt werden, wie groß die zu erwartende Verschiebung der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 ist. Dies hängt gewöhnlich von den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 sowie vom Temperaturbereich ab, in dem das System 100 verwendet werden soll. Gewöhnlich ist das System 100 zur Anwendung bei Temperaturen zwischen –40°C und 100°C ausgelegt. Die Dichtungsanordnung 16 ist besonders langlebig. Insbesondere kann die Dichtungsanordnung 16 problemlos wiederverwendet werden, wenn das System 100 auseinandergebaut wird.
-
Die Separatorplattenhälfte 52 ist als Prägeteil ausgebildet. An ihrer von der Kontaktierungsplatte 51 abgewandten Rückseite 52b weist die Separatorplattenhälfte 52 Kanäle 53 zum Führen eines Prozessgases auf, das der elektrochemischen Zelle 5 zugeführt wird. Hier wurden die Kanäle 53 in einem Prägeprozess in die Separatorplattenhälfte 52 eingeprägt. Eine senkrecht zur Planflächenebene der Separatorplattenhälfte 52 bestimmte Dicke der Separatorplattenhälfte 52 aus Edelstahl beträgt beispielsweise weniger als 0,2 mm oder weniger als 0,1 mm.
-
Zur Abdichtung der elektrochemischen Zelle 5 vom Kanal 13 weist die Separatorplattenhälfte 52 an ihrer Rückseite 52b zusätzlich eine den Kanal 13 umschließende Dichtungsanordnung mit einer ringförmigen Sicke 54 auf, die entlang der Stapelrichtung 17 über die Kanäle 53 hinausragt. Die Sicke 54 weist Durchbrüche 55 auf (siehe auch 7 und 9), durch die hindurch eine Kühlflüssigkeit in einen Zwischenraum 56 geleitet werden kann. Der Zwischenraum 56 ist zwischen der Kontaktierungsplatte 51 und der Separatorplattenhälfte 52 angeordnet und wird von den Platten 51, 52 eingeschlossen. Hierzu sind die Kontaktierungsplatte 51 und die Separatorplattenhälfte 52 auf beiden Seiten der Sicke 54 umlaufend und mediendicht entlang der Schweißnähte 63 miteinander verschweißt. Die Schweißabschnitte 64, die im Bereich der Außenkanten der Platten 51 und 52 zu erkennen sind, sind hier dagegen nur abschnittsweise vorgesehen und dienen der Stabilisierung des Gesamtsystems.
-
5 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung des Systems 100 gemäß 2, die insbesondere die Struktur des Kanals 13 verdeutlicht, der durch die fluchtenden Öffnungen 2', 51', 52' in den Platten 2, 51, 52 gebildet wird. Nur der Übersichtlichkeit halber sind der metallische elektrische Leiter 19a und die Kanäle 53 an der Rückseite 52b der Separatorplattenhälfte 52 in 5 nicht dargestellt.
-
6 zeigt ein elektrochemisches System 200, dass eine leicht abgewandelte Ausführungsform des elektrochemischen Systems 100 aus 2 ist. Das System 200 unterscheidet sich vom System 100 dadurch, dass die Kontaktierungsplatte 51 an ihrer der Separatorplattenhälfte 52 zugewandten Rückseite 51b nicht eben ist, sondern Kanäle 57 zum Führen eines Kühlmittels aufweist. Dies ermöglicht oder verbessert die Kühlung der Separatorplattenhälfte 52, über die normalerweise wenigstens ein Teil der in der elektrochemischen Zelle 5 erzeugten Reaktionswärme abgeführt wird. Die Kanäle 57 können z. B. durch einen Ätzprozess gebildet werden. Auf eine Darstellung möglicher Sickendurchbrüche oder Plattenverbindungen wurde in 6 zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet.
-
7 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Ausschnitts der Kontaktierungsplatte 51 und der Separatorplattenhälfte 52 des Systems 200 gemäß 6 in perspektivischer Darstellung. Deutlich zu erkennen sind die vollständig glatte oder ebene Vorderseite 51a und die strukturierte Rückseite 51b der Kontaktierungsplatte 51 mit den durch die Strukturierungen gebildeten Kanälen 57. Sichtbar ist ebenfalls die als Prägeteil ausgebildete Separatorplattenhälfte 52 mit den an der Rückseite 52b ausgebildeten Kanälen 53, der Sicke 54 und einem Druchbruch 55, durch den hindurch Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Separatorplattenhälfte 52 aus dem Kanal 13 in den Zwischenraum 56 zwischen der Kontaktierungsplatte 51 und der Separatorplattenhälfte 52 gelangen kann.
-
8 zeigt ein elektrochemisches System 300, das eine abgewandelte Ausführungsform des Systems 200 gemäß den 6 und 7 ist. Das System 300 unterscheidet sich vom System 200 gemäß den 6 und 7 dadurch, dass die Kontaktierungsplatte 51 als Prägeteil mit eingeprägten ersten und zweiten Verformungen ausgebildet ist, wobei die ersten Verformungen an der der Separatorplattenhälfte 52 zugewandten Rückseite 51b der Kontaktierungsplatte 51 die zuvor beschriebenen Kanäle 57 zum Führen eines Kühlmittels bilden. Die Kanäle 57 der Kontaktierungsplatte 51 weisen dabei einen von den Kanälen 56 der Separatorplattenhälfte 52 abweichenden Querschnitt auf, so dass der für das Führen des Kühlmittels zur Verfügung stehende Querschnitt einerseits kleiner ist als der für die Kühlmittelführung durch die Bipolarplatte 4 aber andererseits größer als der Querschnitt, den die Kanäle 56 im Ausführungsbeispiel der 2 aufspannen. Mittels der Dimensionierung der Kanäle 57 lässt sich also der für die Kühlmittelführung zur Verfügung stehende Querschnitt einstellen.
-
Die zweiten Verformungen ragen in Kontaktbereichen 58 in Stapelrichtung 17 zur Endplatte 2 hin um eine Länge 59 über einen ebenen Bereich 60 der Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte im Bereich der Dichtungsanordnung 16 hinaus. Die Endplatte 2 weist an ihrer Innenseite 2b eine dritte Verformung in Gestalt einer Ausnehmung 61 auf. Die Ausnehmung 61 hat gegenüber einem ebenen Bereich 62 der Innenseite 2b der Endplatte 2 im Bereich der Dichtungsanordnung 16 eine entlang der Stapelrichtung 17 bestimmte Tiefe, die gerade der zuvor genannten Länge 59 entspricht. Dies hat zur Folge, dass die Innenseite 2b der Endplatte 2 und die Vorderseite 51a der Kontaktierungsplatte 51 beim Aneinanderpressen der Endplatte 2 und der Kontaktierungsplatte 51 in Stapelrichtung 17 sowohl entlang der ebenen Bereiche 60, 62 im Bereich der Dichtungsanordnung 16 als auch entlang der in die Ausnehmung 61 hineinragenden Kontaktbereiche 58 in Kontakt gebracht werden, so dass die Dichtungsanordnung entlastet wird. Weiter deutet 8 an, dass das Dichtelement 16 keineswegs zwingend einen runden Querschnitt aufweisen muss, auch der rautenförmige Querschnitt ist dabei nur beispielhaft. Auch hier wurde auf eine Darstellung möglicher Sickendurchbrüche oder Plattenverbindungen zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet.
-
9 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Ausschnitts der Kontaktierungsplatte 51 und der Separatorplattenhälfte 52 des Systems 300 gemäß 8 in perspektivischer Darstellung. Deutlich zu erkennen sind die in die als Prägeteil ausgebildete Kontaktierungsplatte 51 eingeprägten ersten und zweiten Verformungen.
