DE4443688C1 - Bipolarplatte für Brennstoffzellen - Google Patents

Bipolarplatte für Brennstoffzellen

Info

Publication number
DE4443688C1
DE4443688C1 DE4443688A DE4443688A DE4443688C1 DE 4443688 C1 DE4443688 C1 DE 4443688C1 DE 4443688 A DE4443688 A DE 4443688A DE 4443688 A DE4443688 A DE 4443688A DE 4443688 C1 DE4443688 C1 DE 4443688C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bipolar plate
cathode
raised areas
anode
plate according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4443688A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Huppmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH, MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Priority to DE4443688A priority Critical patent/DE4443688C1/de
Priority to GB9520957A priority patent/GB2296124A/en
Priority to IT95MI002249A priority patent/IT1276060B1/it
Priority to JP7316773A priority patent/JPH08236127A/ja
Priority to CA002164476A priority patent/CA2164476A1/en
Priority to NL1001858A priority patent/NL1001858C2/nl
Application granted granted Critical
Publication of DE4443688C1 publication Critical patent/DE4443688C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • H01M8/0208Alloys
    • H01M8/021Alloys based on iron
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte zur Trennung und Kontaktierung von Anode und Kathode von benachbarten in einem Brennstoffzellenstapel angeordneten Brennstoffzellen.
Bei modernen Brennstoffzellenanordnungen, insbesondere bei Brennstoffzellenanordnungen nach der Schmelzkarbonattechnik sind eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen übereinander in einem Brennstoffzellenstapel angeordnet, so daß sie elektrisch seriell und gastechnisch parallel verschaltet werden können. Ein entsprechender Brennstoffzellenstapel ist beispielsweise in der Firmenschrift "new-tech news" der Fa. MBB, 3-1991, S. 30 dargestellt. Innerhalb eines solchen Brennstoffzellenstapels sind die einzelnen Zellen durch eine sogenannte Bipolarplatte voneinander getrennt. Die Aufgabe der Bipolarplatte ist
  • - die Trennung des Gasraums an der Anode einer Brennstoffzelle von dem Gasraum an der Kathode der benachbarten Brennstoffzelle,
  • - die Bereitstellung von Strömungsquerschnitt, in welchem das Gas der Anode bzw. Kathode zugeführt und von dieser wieder abgeführt wird,
  • - Raum für die Unterbringung eines Katalysators zur internen Reformierung, und
  • - die Ausbildung von elektrischen Kontakten zwischen Anode und Kathode benachbarter Brennstoffzellen.
Aus der US 4,389,467 A geht es als bekannt hervor, gewellte Metallbleche oder Gitter in den Kanälen zwischen den Elektroden und Separatorplatten der einzelnen Zellen anzuordnen. Diese gewellten Bauteile bilden die Stromkollektoren und stützen zugleich die Elektroden. In den betreffenden Kanälen strömt Brenngas bzw. ein Oxidatorgas.
Herkömmliche bekannte Bipolarplatten, wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind aus einer Anzahl einzelner Elemente aufgebaut, welche einzeln oder in Zusammenwirkung mehrerer die oben genannten Aufgaben erfüllen sollen. So besteht eine herkömmliche Bipolarplatte aus
  • - einem Separatorblech, das aus Edelstahl hergestellt und vorzugsweise anodenseitig vernickelt ist und die Trennung der Gasräume bewirkt,
  • - einem perforierten, wellblechartig geformten anoden­ seitigen Stromsammler aus vernickeltem Edelstahl, der neben der Aufgabe, Strom zu sammeln den anoden­ seitigen Gasraum bildet und Platz für die Aufnahme eines Katalysatormaterials zur internen Reformierung bietet,
  • - einem perforierten, wellblechartigen geformten ka­ thodenseitigen Stromsammler aus Edelstahl, der den kathodenseitigen Gasraum bildet,
  • - einem anodenseitigen Lochblech aus Nickel, das eine gleichmäßige mechanische Unterstützung der Anode gewährleistet,
  • - einem kathodenseitigen Lochblech aus Edelstahl zur Unterstützung der Kathode und
  • - Randabschlußleisten aus Edelstahl, welche die Rand­ bereiche abdichten und zur Stabilisierung des Brenn­ stoffzellenstapels beitragen.
Wegen des Aufbaus einer solchen herkömmlichen Bipolar­ platte aus der Vielzahl von genannten Teilen ergeben sich verschiedene Nachteile. Wegen der großen Anzahl von Teilen sind die Kosten für Material, Produktion und Montage hoch; zwischen den einzelnen Teilen ergeben sich hohe elektrische Übergangswiderstände, die insbesondere auf der Kathodenseite in deren reduzierender Atmosphäre erhebliche Werte annehmen können; die Vernickelung des anodenseitigen Stromsammlers verursacht einen erheblichen Aufwand, da dieser erst nach der Prägung vernickelt werden kann, um eine Vernickelung aller Schnittkanten sicherzustellen. Eine Ausführung aus Nickelblech ist wegen dessen mechanischer Eigenschaften nicht möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bipolarplatte für Brennstoffzellen zu schaffen, die einfach aufgebaut ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies bei einer Bipolarplatte der vorausgesetzten Art dadurch erreicht, daß die Bipolarplatte durch einen einzigen integralen Blech­ körper gebildet ist, der eine Vielzahl von der Anode zugewandten und Anlagenflächen für die Anode bildenden und durch Zwischenräume voneinander beabstandeten ersten erhabenen Bereichen und eine Vielzahl von der Kathode zugewandten und Anlagenflächen für die Kathode bildenden und durch Zwischenräume voneinander beabstandeten zweiten erhabenen Bereichen aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den ersten erhabenen Bereichen Strömungswege für das auf der Anodenseite der Bipolarplatte strömende Brenngas und die Zwischenräume zwischen den zweiten erhabenen Bereichen Strömungswege für das auf der Katho­ denseite der Bipolarplatte strömende Kathodengas bilden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bipolar­ platte ist ihr Aufbau aus einem einzigen Stück, wodurch elektrische Kontaktstellen innerhalb einzelner Elemente der Bipolarplatte entfallen. Dadurch entfallen elektri­ sche Übergangswiderstände und damit der interne Ohm′sche Widerstand des Brennstoffzellenstapels, somit verringert sich die Entstehung von Wärme und es ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrads.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß die erfindungsgemäße Bipolarplatte im Gegensatz zu den herkömmlichen Strom­ sammlern keine Durchbrüche aufweist, so daß es keiner kostspieligen Vernickelung nach deren Herstellung bedarf, sondern die Bipolarplatte aus einseitig vorvernickeltem, z. B. walzplattiertem Blech hergestellt werden kann. Dies führt zu beträchtlichen Kosteneinsparungen.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß durch den einstückigen Aufbau der erfindungsgemäßen Bipolarplatte gegenüber dem konventionellen Aufbau aus fünf Einzelblechen Material, Gewicht und Montagekosten eingespart werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen zunächst der herkömmliche Aufbau einer Bipolarplatte und sodann Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Brennstoffzellenstapels mit herkömmlichen Bipolarplatten;
Fig. 2 eine vergrößerte, perspektivische und zum Teil geschnittene Teilansicht einer herkömmlichen Bipolar­ platte;
Fig. 3 schematisiert eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4 eine schematisierte Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte im eingebauten Zustand.
Bei der in Fig. 1 gezeigten perspektivischen Explosions­ ansicht eines Brennstoffzellenstapels mit Schmelzkarbo­ natbrennstoffzellen ist mit dem Bezugszeichen 8 der Brennstoffzellenstapel allgemein bezeichnet. Zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit sind lediglich drei Brenn­ stoffzellen 9 gezeigt. Jede der Brennstoffzellen 9 ent­ hält eine aus einer Nickellegierung hergestellte hoch­ poröse Anode 1, eine aus mit Lithium dotiertem Nickeloxid hergestellte hochporöse Kathode 2 und eine zwischen Anode 1 und Kathode 2 eingebettete Matrix 3, in der ein durch eine Alkalikarbonatschmelze gebildeter Schmelzelektrolyt fixiert ist. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Bipolarplatte nicht auf die Verwendung einer solchen Alkalischmelzkarbonatbrennstoffzelle beschränkt. Bei der Darstellung in Fig. 1 sind Anode 1, Kathode 2 und Matrix 3 der oberen und der unteren Brennstoffzelle in zusammen­ gefügtem Zustand dargestellt, wogegen diese Teile bei der in der Mitte dargestellten Brennstoffzelle 3 voneinander getrennt in Explosionsansicht gezeigt sind.
Zwischen zwei im Stapel aufeinanderfolgend benachbarten Brennstoffzellen 9 ist jeweils eine Bipolarplatte 4 angeordnet. Diese Bipolarplatten 4 trennen den Gasraum an der Anode 1 einer Brennstoffzelle 9 von dem Gasraum an der Kathode 2 der benachbarten Brennstoffzelle und stel­ len gleichzeitig einen jeweiligen Strömungsquerschnitt zur Verfügung, in welchem das Brenngas B an der Anode und das Kathodengas K an der Kathode vorbeigeführt wird. Bei der Darstellung in Fig. 1 wird das Brenngas B von vorne nach hinten durch den anodenseitigen Gasraum auf der Unterseite der Bipolarplatten 4 geführt, während das Kathodengas K durch den kathodenseitigen Gasraum auf der Oberseite der Bipolarplatten 4 von links nach rechts geführt wird. Die Verteilung und Zusammenfassung der Gasströme erfolgt durch auf allen vier Seiten des Brenn­ stoffzellenstapels 8 angeordnete Gasverteiler 7, von denen in der Figur der Übersichtlichkeit halber nur einer dargestellt ist.
Auf der Oberseite der obersten Brennstoffzelle 9 und der Unterseite der untersten Brennstoffzelle 9 sind jeweils Teilbipolarplatten 4′ angeordnet, welche jeweils nur den an der Anode 1 der obersten Brennstoffzelle bzw. der Kathode 2 der untersten Brennstoffzelle benötigten Teil zur Bildung des jeweiligen Gasraums enthalten.
Die oberste und unterste Brennstoffzelle 9 sind durch jeweilige Isolationsplatten 5 gegen Endplatten 6 elek­ trisch isoliert. Der Brennstoffzellenstapel 8 wird durch vier in den Ecken verlaufende Schraubbolzen 6′ zusammen­ gehalten, welche in der Figur nur teilweise gezeigt sind.
Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Teil einer herkömm­ lichen Bipolarplatte. Diese Bipolarplatte ist aus fünf einzelnen Plattenelementen aufgebaut, die zu der Bipolar­ platte zusammengefaßt sind. Dies sind ein aus Edelstahl hergestelltes und anodenseitig vernickeltes Separator­ blech 40, welches die Trennung der Gasräume bewirkt, ein perforierter, wellblechartig geformter anodenseitiger Stromsammler 41 ebenfalls aus vernickeltem Edelstahl, dessen Aufgabe es ist, den Strom an der Anode zu sammeln, den anodenseitigen Gasraum zu bilden und der weiterhin Platz für die Aufnahme eines Katalysatormaterials 45 für eine interne Reformierungsreaktion bietet. Über dem anodenseitigen Stromsammler 41 ist ein anodenseitiges Lochblech 42 aus Nickel angeordnet, das der gleichmäßigen mechanischen Abstützung der Anode dient. Dieses anoden­ seitige Lochblech 42 steht mit der Anode unmittelbar in Kontakt. Unter dem Separatorblech 40 befindet sich ein perforierter, wellblechartig geformter kathodenseitiger Stromsammler 43 aus Edelstahl, der den kathodenseitigen Gasraum bildet. Gegenüber dem anodenseitigen Stromsammler 41 braucht der kathodenseitige Stromsammler 43 keine Vernickelung aufzuweisen. Unter dem kathodenseitigen Stromsammler 43 befindet sich ein kathodenseitiges Loch­ blech 44 auf Edelstahl, welches der Abstützung der Katho­ de dient und mit dieser direkt in Kontakt steht. Durch diese genannten fünf einzelnen Elemente ist die herkömm­ liche Bipolarplatte gebildet. Weiterhin weist die Bipo­ larplatte noch Randabschlußleisten 46 und 47 auf, welche der seitlichen Begrenzung der Gasräume an den Anoden bzw. Kathoden und der mechanischen Stabilisierung des gesamten Brennstoffzellenstapels dienen. Diese Randabschlußleisten 46, 47 sollen jedoch nicht als Bestandteile der Bipolar­ platte im engeren Sinne angesehen werden.
Bei dem in Fig. 3 schematisch in der Perspektive gezeig­ ten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bipolar­ platte ist diese durch einen einzigen integralen Blech­ körper 400 gebildet. Dieser weist auf seiner der (nicht dargestellten und sich auf der Unterseite der Bipolar­ platte vorzustellenden) Anode zugewandten Seite eine Vielzahl von ersten erhabenen Bereichen 410 auf. Ent­ sprechend sind auf der der (ebenfalls nicht dargestellten und sich auf der Oberseite der Bipolarplatte vorzustel­ lenden) Kathode zugewandten Seite eine Vielzahl von zweiten erhabenen Bereichen 420 ausgebildet. Während in der Figur zum Zwecke der Übersichtlichkeit lediglich jeweils acht der ersten und zweiten erhabenen Bereich 410 bzw. 420 gezeigt sind, sind dies in der Praxis natürlich sehr viel mehr. Die erhabenen Bereiche 410 und 420 bilden mit ihren Spitzen jeweils Anlagebereiche oder -flächen zur Anlage der jeweiligen Elektrode, also der unter der Bipolarplatte zu denkenden Anode und der oberhalb der Bipolarplatte zu denkenden Kathode. An den Längsseiten der Bipolarplatte sind jeweils Randabschlußleisten 430 vorgesehen, die in Fig. 3 lediglich schematisiert darge­ stellt sind.
Die Zwischenräume zwischen den ersten erhabenen Bereichen 410 bilden Strömungswege für das auf der Anodenseite der Bipolarplatte strömende Brenngas B, wogegen die Zwischen­ räume zwischen den zweiten erhabenen Bereichen 420 Strömungswege für das auf der Kathodenseite der Bipolarplatte strömende Kathodengas K bilden.
Die ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410, 420 sind vorzugsweise jeweils in re­ gelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Um Anpassung an die Strömungsver­ hältnisse und andere brennstoffzellentypische Parameter zu ermöglichen, können die Abstände auch nicht regelmäßig gewählt werden.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte sind die ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410 und 420 kalottenförmig ausgebildet. Hierdurch ergibt sich gegenüber der pyramidenförmigen Formgebung der erhabenen Bereiche bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vergrößerung der Anlagefläche für die Anode bzw. Kathode, sowie eine Federeigenschaft der Bipo­ larplatte, welche eine gleichmäßigere Druckbeaufschlagung der angeordneten Brenn­ stoffzellen sowie einen Ausgleich von Spannungsschwankungen gewährleistet. Hierzu können die kalottenförmigen ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410 bzw. 420 mehr oder weniger ballig ausgebildet sein. Zwischen den anodenseitigen erhabenen Bereichen 410 ist ein Katalysatormaterial in Form von Pellets 450 angeordnet, welches der inter­ nen Reformierung des an der Anode vorbeigeführten Brenngases B dient. Diese Kataly­ satorpellets 450 sind somit auf der Rückseite der der Kathode zugewandten zweiten erhabenen Bereiche 420 eingebracht.
Der Blechkörper 400 der Bipolarplatte ist vorzugsweise durch Prägen, Pressen oder Tiefziehen der ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410, 420 aus einem Stück planen Blechs aus Edelstahl hergestellt, welches anodenseitig vernickelt ist.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410, 420 nach Art eines Schachbrettmusters jeweils gegenseitig abwechselnd an­ geordnet, wobei die Gitterkonstante des Schachbrettmusters den Strömungsverhältnissen und anderen brennstoffzellenspezifischen Parametern angepaßt werden kann. In einer ersten Richtung, welche die Hauptströmungsrichtung des Anodengases B ist, sind die ersten erhabenen Bereiche 410 entsprechend den Reihen der schachbrettmusterartigen Anordnung abwechselnd aufeinand­ erfolgend angeordnet, wogegen in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung, welche die Haupt­ strömungsrichtung des Kathodengases K ist, die zweiten erhabenen Bereiche 420 entsprechend den Spalten der schachbrettmusterartigen Anordnung abwechselnd aufeinand­ erfolgen.
Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann die schachbrettmusterartige Anordnung so gewählt sein, daß die jeweiligen Strömungsrichtungen von Brenngas B und Kathodengas K mit den Diagonalen des Schachbrettmusters zusammenfallen, wodurch sich eine Verringerung des Strö­ mungswiderstandes ergibt.
Abweichend von der tonnenförmigen oder kalottenförmigen Ausbildung der erhabenen Bereiche 410, 420 bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch andere Formgebungen möglich. So können die ersten und zweiten erhabenen Bereiche 410, 420 auch tonnenförmig ausgebildet sein. Hierbei ist es möglich, beispielsweise, die langen Achsen der tonnenförmig ausgebildeten ersten Bereich 410 senkrecht zu den langen Achsen der tonnenförmig ausgebil­ deten zweiten Bereiche 420 anzuordnen, wobei die langen Achsen der zu der Anode gewandten ersten erhabenen Berei­ che 410 parallel zur Hauptströmungsrichtung des Brenn­ gases B und die langen Achsen der zu der Kathode gewand­ ten zweiten erhabenen Bereiche 420 parallel zur Haupt­ strömungsrichtung des Kathodengases K verlaufen. Hier­ durch ergibt sich einerseits eine Vergrößerung der An­ lagefläche zwischen den jeweiligen erhabenen Bereichen 410, 420 und den daran anliegenden Elektroden, d. h. Anode bzw. Kathode der jeweils benachbarten Brennstoffzellen, wobei andererseits der Strömungswiderstand nicht wesent­ lich erhöht wird.
Auch ist es möglich, die erhabenen Bereiche 410 und 420 unterschiedlich auszugestalten, z. B. die einen erhabenen Bereiche pyramiden- oder kalottenförmig und die anderen erhabenen Bereiche tonnenförmig.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die pyramiden-, kalot­ ten-, tonnenförmig oder in anderer Form ausgebildeten erhabenen Bereiche in einer Richtung parallel zur Haupt­ ebene der Bipolarplatte abzuflachen und dadurch die Anlageflächen zu den Elektroden zu vergrößern. Auch diese Abflachung kann für die erhabenen Bereiche der einen und anderen Art unterschiedlich gewählt sein, um beispiels­ weise die Bipolarplatte an unterschiedliche mechanische und Festigkeitseigenschaften von Anode und Kathode anzu­ passen.

Claims (17)

1. Bipolarplatte zur Trennung und Kontaktierung von Anode (1) und Kathode (2) von benachbarten, in einem Brennstoffzellenstapel (8) angeordneten Brennstoffzellen (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Bipolarplatte durch einen einzigen integralen Blechkörper (400) gebildet ist, der eine Vielzahl von der Anode (1) zugewandten und Anlagenflächen für die Anode (1) bildenden und durch Zwischenräume voneinander beabstandeten ersten erhabenen Bereichen (410) und eine Vielzahl von der Kathode (2) zugewandten und Anlagenflächen für die Kathode (2) bil­ denden und durch Zwischenräume voneinander beabstandeten zweiten erhabenen Bereichen (420) aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den ersten erhabenen Bereichen (410) Strömungswege für das auf der Anodenseite der Bipolarplatte strömende Brenngas (B) und die Zwischenräu­ me zwischen den zweiten erhabenen Bereichen (420) Strö­ mungswege für das auf der Kathodenseite der Bipolarplatte strömende Kathodengas (K) bilden.
2. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) jeweils in regelmäßigen Abständen zueinander an­ geordnet sind.
3. Bipolarplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) nach Art eines Schachbrettmusters abwechselnd an­ geordnet sind.
4. Bipolarplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer ersten Richtung, welche die Hauptströ­ mungsrichtung des Brenngases (B) ist, und in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung, welche die Hauptströmungsrichtung des Kathodengases (K) ist, erste und zweite erhabene Bereiche (410, 420) entsprechend den Reihen und Spalten der schachbrettmusterartigen Anordnung abwechselnd aufeinander folgend angeordnet sind.
5. Bipolarplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer ersten Richtung, welche die Hauptströ­ mungsrichtung des Brenngases (B) ist, und in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung, welche die Hauptströmungsrichtung des Kathodengases (K) ist, jeweils nur erste oder nur zweite erhabene Bereiche (410, 420) entsprechend den Diagonalen der schachbrettmusterartigen Anordnung aufeinanderfolgend angeordnet sind.
6. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) pyramidenförmig ausgebildet sind.
7. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) kalottenförmig ausgebildet sind.
8. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) tonnenförmig ausgebildet sind.
9. Bipolarplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die langen Achsen der tonnenförmig ausgebildeten ersten Bereiche (410) senkrecht zu den langen Achsen der tonnenförmig ausgebildeten zweiten Bereiche (420) ver­ laufen, wobei die langen Achsen der zu der Anode (1) gewandten ersten erhabenen Bereiche (410) parallel zur Hauptströmungsrichtung des Brenngases (B) und die langen Achsen zu der Kathode gewandten zweiten erhabenen Berei­ che (420) parallel zur Hauptströmungsrichtung des Katho­ dengases (K) verlaufen.
10. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pyramiden-, kalotten- oder tonnenförmig ausgebildeten ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (420, 420) abgeflachte Anlageflächen für die Anode (1) oder die Kathode (2) aufweisen.
11. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten erha­ benen Bereiche (410, 420) gleich ausgebildet sind.
12. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten erha­ benen Bereiche (410, 420) verschieden ausgebildet sind.
13. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkörper (400) der Bipolarplatte aus einem Stück planen Blechs durch Prägen, Pressen oder Tiefziehen der ersten und zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) hergestellt ist.
14. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkörper (400) aus einem Edelstahlblech hergestellt ist.
15. Bipolarplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Edelstahlblech anodenseitig vernickelt ist.
16. Bipolarplatte nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenräumen zwischen den anodenseitigen ersten erhabenen Bereichen (410) Katalysator-Pellets angeordnet sind.
17. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bipolarplatte anodensei­ tig mit einer Katalysatorbeschichtung versehen ist.
DE4443688A 1994-12-08 1994-12-08 Bipolarplatte für Brennstoffzellen Expired - Fee Related DE4443688C1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4443688A DE4443688C1 (de) 1994-12-08 1994-12-08 Bipolarplatte für Brennstoffzellen
GB9520957A GB2296124A (en) 1994-12-08 1995-10-13 Bipolar plate for fuel cells comprises single integral metal sheet having raised regions forming contact surfaces and gas flow paths
IT95MI002249A IT1276060B1 (it) 1994-12-08 1995-10-31 Piastra bipolare per celle a combustibile
JP7316773A JPH08236127A (ja) 1994-12-08 1995-12-05 燃料電池用双極板
CA002164476A CA2164476A1 (en) 1994-12-08 1995-12-05 Fuel cell bipolar plate
NL1001858A NL1001858C2 (nl) 1994-12-08 1995-12-08 Tweepolige plaat voor brandstofcellen.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4443688A DE4443688C1 (de) 1994-12-08 1994-12-08 Bipolarplatte für Brennstoffzellen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4443688C1 true DE4443688C1 (de) 1996-03-28

Family

ID=6535260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4443688A Expired - Fee Related DE4443688C1 (de) 1994-12-08 1994-12-08 Bipolarplatte für Brennstoffzellen

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JPH08236127A (de)
CA (1) CA2164476A1 (de)
DE (1) DE4443688C1 (de)
GB (1) GB2296124A (de)
IT (1) IT1276060B1 (de)
NL (1) NL1001858C2 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19630004A1 (de) * 1996-07-25 1998-01-29 Mtu Friedrichshafen Gmbh Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle
EP0840388A1 (de) * 1996-10-30 1998-05-06 Sulzer Hexis AG Batterie mit planaren Hochtemperatur-Brennstoffzellen
WO1998033224A1 (de) 1997-01-22 1998-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und verwendung von legierungen auf der basis von eisen für die konstruktion von brennstoffzellen
EP0931359A1 (de) * 1996-10-02 1999-07-28 Energy Research Corporation Bipolarer plattenseparator
DE19805674C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mit Edelmetall lokal belegte bipolare Platte und Verfahren zu deren Herstellung
DE19835759A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-17 Opel Adam Ag Brennstoffzelle
EP1211742A2 (de) * 2000-11-28 2002-06-05 Arako Kabushiki Kaisha Leitende Platte und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102005026060A1 (de) * 2005-05-18 2006-11-23 Bohmann, Dirk, Dr.-Ing. Bipolarplatte
EP2002500A2 (de) * 2006-03-31 2008-12-17 Fuelcell Energy, Inc. Brennstoffzellenplattenstruktur mit prallblechen im nassdichtungsbereich
US7482084B2 (en) 2000-09-09 2009-01-27 Elring Klinger Ag Fuel cell unit with sheet metal fluid guiding element and composited block of fuel cells
DE102009059343A1 (de) * 2009-12-31 2011-07-07 Muhr und Bender KG, 57439 Federelement als offenes Wellenband
DE102011051440A1 (de) 2011-06-29 2012-05-10 Innovations- und Informationszentrum Schneiden und Fügen e.V. Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, Interkonnektor sowie Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE102018200842A1 (de) 2018-01-19 2019-07-25 Audi Ag Brennstoffzellenplatte, Bipolarplatten und Brennstoffzellenaufbau

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2336937A (en) * 1998-05-02 1999-11-03 British Gas Plc Stack assembly primarily for an electrochemical cell
JP2004522257A (ja) * 2000-11-14 2004-07-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 空気呼吸するメタノール燃料電池
US6720101B1 (en) 2001-06-08 2004-04-13 Palcan Fuel Cell Co. Ltd Solid cage fuel cell stack
EP1447869A1 (de) * 2003-02-15 2004-08-18 Haldor Topsoe A/S Verbindungsvorrichtung, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
US8137741B2 (en) 2007-05-10 2012-03-20 Fuelcell Energy, Inc. System for fabricating a fuel cell component for use with or as part of a fuel cell in a fuel cell stack
CN111640961A (zh) * 2020-06-04 2020-09-08 浙江锋源氢能科技有限公司 一种燃料电池模块和燃料电池堆

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4389467A (en) * 1979-12-27 1983-06-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Porous electrolyte retainer for molten carbonate fuel cell
DE4237602A1 (de) * 1992-11-06 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3234050A (en) * 1962-01-02 1966-02-08 Exxon Research Engineering Co Fuel cell
GB966407A (en) * 1962-03-22 1964-08-12 Exxon Research Engineering Co Fuel cell pack construction
US3709736A (en) * 1970-08-17 1973-01-09 Engelhard Min & Chem Fuel cell system comprising noncirculating,counter-current gas flow means
JPS58129788A (ja) * 1982-01-29 1983-08-02 Toshiba Corp 溶融炭酸塩燃料電池積層体
JPS58129787A (ja) * 1982-01-29 1983-08-02 Toshiba Corp 溶融炭酸塩燃料電池積層体
US4467050A (en) * 1982-07-08 1984-08-21 Energy Research Corporation Fuel cell catalyst member and method of making same
JPS61267269A (ja) * 1985-05-21 1986-11-26 Mitsubishi Electric Corp 溶融炭酸塩形燃料電池用燃料側流路板
JPS6313276A (ja) * 1986-07-04 1988-01-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池のバイポ−ラ板
JPH01167958A (ja) * 1987-12-23 1989-07-03 Tokyo Gas Co Ltd 内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池
US5049458A (en) * 1988-08-31 1991-09-17 Nkk Corporation Fuel cell
US4937152A (en) * 1988-09-26 1990-06-26 Nkk Corporation Fuel cell
JP2708500B2 (ja) * 1988-09-27 1998-02-04 三菱電機株式会社 積層形燃料電池
EP0378812A1 (de) * 1989-01-18 1990-07-25 Asea Brown Boveri Ag Anordnung von Brennstoffzellen auf der Basis eines Hochtemperatur-Feststoffelektrolyten aus stabilisiertem Zirkonoxyd zur Erzielung höchsmöglicher Leistung
CH677847A5 (de) * 1989-05-12 1991-06-28 Asea Brown Boveri
EP0410166A1 (de) * 1989-07-24 1991-01-30 Asea Brown Boveri Ag Bauteil zur StromfÀ¼hrung für Hochtemperatur-Brennstoffzellen
JPH04237962A (ja) * 1991-01-18 1992-08-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 平板型固体電解質燃料電池
JP3102969B2 (ja) * 1993-04-28 2000-10-23 三菱電機株式会社 内部改質形燃料電池装置
US5527363A (en) * 1993-12-10 1996-06-18 Ballard Power Systems Inc. Method of fabricating an embossed fluid flow field plate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4389467A (en) * 1979-12-27 1983-06-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Porous electrolyte retainer for molten carbonate fuel cell
DE4237602A1 (de) * 1992-11-06 1994-05-11 Siemens Ag Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"New-tech news", MBB (1991), S. 30 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19630004C2 (de) * 1996-07-25 2001-11-08 Mtu Friedrichshafen Gmbh Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle
DE19630004A1 (de) * 1996-07-25 1998-01-29 Mtu Friedrichshafen Gmbh Anodenstromkollektor für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle
EP0931359A1 (de) * 1996-10-02 1999-07-28 Energy Research Corporation Bipolarer plattenseparator
EP0931359A4 (de) * 1996-10-02 2002-04-17 Energy Res Corp Bipolarer plattenseparator
EP0840388A1 (de) * 1996-10-30 1998-05-06 Sulzer Hexis AG Batterie mit planaren Hochtemperatur-Brennstoffzellen
US5902692A (en) * 1996-10-30 1999-05-11 Sulzer Hexis Ag Battery with planar high temperature fuel cells
WO1998033224A1 (de) 1997-01-22 1998-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und verwendung von legierungen auf der basis von eisen für die konstruktion von brennstoffzellen
DE19805674C1 (de) * 1998-02-12 1999-09-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mit Edelmetall lokal belegte bipolare Platte und Verfahren zu deren Herstellung
DE19835759A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-17 Opel Adam Ag Brennstoffzelle
US7482084B2 (en) 2000-09-09 2009-01-27 Elring Klinger Ag Fuel cell unit with sheet metal fluid guiding element and composited block of fuel cells
DE10044703B4 (de) * 2000-09-09 2013-10-17 Elringklinger Ag Brennstoffzelleneinheit, Brennstoffzellenblockverbund und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenblockverbunds
US7811695B2 (en) 2000-09-09 2010-10-12 Elringklinger Ag Composite block of fuel cells
EP1211742A3 (de) * 2000-11-28 2006-07-19 Araco Kabushiki Kaisha Leitende Platte und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP1211742A2 (de) * 2000-11-28 2002-06-05 Arako Kabushiki Kaisha Leitende Platte und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102005026060A1 (de) * 2005-05-18 2006-11-23 Bohmann, Dirk, Dr.-Ing. Bipolarplatte
EP2002500A2 (de) * 2006-03-31 2008-12-17 Fuelcell Energy, Inc. Brennstoffzellenplattenstruktur mit prallblechen im nassdichtungsbereich
EP2002500A4 (de) * 2006-03-31 2011-01-19 Fuelcell Energy Inc Brennstoffzellenplattenstruktur mit prallblechen im nassdichtungsbereich
DE102009059343A1 (de) * 2009-12-31 2011-07-07 Muhr und Bender KG, 57439 Federelement als offenes Wellenband
DE102011051440A1 (de) 2011-06-29 2012-05-10 Innovations- und Informationszentrum Schneiden und Fügen e.V. Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, Interkonnektor sowie Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE102018200842A1 (de) 2018-01-19 2019-07-25 Audi Ag Brennstoffzellenplatte, Bipolarplatten und Brennstoffzellenaufbau
DE102018200842B4 (de) 2018-01-19 2023-07-06 Audi Ag Brennstoffzellenplatte, Bipolarplatten und Brennstoffzellenaufbau

Also Published As

Publication number Publication date
NL1001858A1 (nl) 1996-06-10
JPH08236127A (ja) 1996-09-13
ITMI952249A1 (it) 1997-05-01
ITMI952249A0 (de) 1995-10-31
IT1276060B1 (it) 1997-10-24
GB2296124A (en) 1996-06-19
GB9520957D0 (en) 1995-12-13
CA2164476A1 (en) 1996-06-09
NL1001858C2 (nl) 1998-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4443688C1 (de) Bipolarplatte für Brennstoffzellen
DE69837848T2 (de) Eine brennstofzellenanordnung
DE3511751C2 (de) Brennstoffzellentrennvorrichtung mit zusammendrückbaren Abdichtflanschen
EP3140434B1 (de) Gasdiffusionsschicht, elektrochemische zelle mit einer solchen gasdiffusionsschicht sowie elektrolyseur
DE19539959C2 (de) Brennstoffzellenanordnung
DE4208057C2 (de) Zellaufbau für Elektrolyseure und Brennstoffzellen
DE112009000381T5 (de) Brennstoffzelle
DE102017213964A1 (de) Separator für eine Brennstoffzelle und Elementarzelle einer Brennstoffzelle
DE102016202010A1 (de) Bipolarplatte mit asymmetrischen Dichtungsabschnitten, sowie Brennstoffzellenstapel mit einer solchen
EP2181474A1 (de) Bipolarplatte für brennstoffzellen
DE10033898B4 (de) Hochtemperaturbrennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE1671932B2 (de) Brennstoffbatterie
DE102012023055A1 (de) Bipolarplatte sowie Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102007059449B4 (de) Brennstoffzellensystem und Kompressionshalterungssystem mit planaren Streifen
DE19517451A1 (de) Brennstoffzellenanordnung mit Stromkollektor aus Drahtgewebematerial
DE10009828A1 (de) Zwischenstück für Festoxid-Brennstoffzellen
EP1589602B1 (de) Kontaktfederblech und elektrochemische Batterie mit einem derartigen Kontaktfederblech
DE102013206789A1 (de) Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Brennstoffzelle mit einer solchen Bipolarplatte
EP1314216B1 (de) Brennstoffzellenstapel mit internen gasanschlüssen
DE10233982B4 (de) Bipolare Platte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE10038589A1 (de) Elektrochemische Zelle
DE19649456C2 (de) Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE102018114006A1 (de) Bipolarplatte und Brennstoffzelle aufweisend eine Bipolarplatte
DE102011051440A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektors für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, Interkonnektor sowie Hochtemperatur-Brennstoffzelle
DE102015222245A1 (de) Polarplatte für einen Brennstoffzellenstapel

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, D

8339 Ceased/non-payment of the annual fee