DE4443688C1 - Bipolar plate for fuel-cell stack anode and cathode sepn. and contact - Google Patents

Bipolar plate for fuel-cell stack anode and cathode sepn. and contact

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Abstract

A bipolar plate for the separation and contact of the anode (1) and cathode (2) of adjacent fuel cells (9) arranged in a fuel cell stack (8) is formed by a single integral sheet metal body (400) which has a plurality of first raised regions (410) facing the anode and forming contact surfaces for the anode, and separated from each other by intermediate spaces, and a plurality of second raised regions (420) facing the cathode and forming contact surfaces for the cathode, and separated from each other by intermediate spaces, the intermediate spaces between the first raised regions (410) forming flow paths for the fuel gas (B) flowing on the anode side of the bipolar plate and the intermediate spaces between the second raised regions (420) forming flow paths for the cathode gas (K) flowing on the cathode side of the bipolar plate. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte zur Trennung und Kontaktierung von Anode und Kathode von benachbarten in einem Brennstoffzellenstapel angeordneten Brennstoffzellen.The invention relates to a bipolar plate for separating and contacting the anode and Cathode of neighboring fuel cells arranged in a fuel cell stack.

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 istIn modern fuel cell arrangements, especially in fuel cell arrangements According to molten carbonate technology, there are a large number of individual fuel cells arranged one above the other in a fuel cell stack so that they are electrically serial and gas technology can be connected in parallel. A corresponding fuel cell stack is, for example, in the company publication "new-tech news" from MBB, 3-1991, p. 30 shown. The individual cells are through within such a fuel cell stack a so-called bipolar plate separated from each other. The task of the bipolar plate is

  • - die Trennung des Gasraums an der Anode einer Brennstoffzelle von dem Gasraum an der Kathode der benachbarten Brennstoffzelle,- The separation of the gas space at the anode of a fuel cell from the gas space at the cathode of the neighboring fuel cell,
  • - die Bereitstellung von Strömungsquerschnitt, in welchem das Gas der Anode bzw. Kathode zugeführt und von dieser wieder abgeführt wird,- The provision of flow cross-section in which the gas of the anode or Cathode is fed in and discharged from it,
  • - Raum für die Unterbringung eines Katalysators zur internen Reformierung, und- space to house a catalyst for internal reforming, and
  • - die Ausbildung von elektrischen Kontakten zwischen Anode und Kathode benachbarter Brennstoffzellen.- The formation of electrical contacts between the anode and cathode neighboring fuel cells.

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.From US 4,389,467 A it is known that corrugated metal sheets or gratings are known the channels between the electrodes and separator plates of the individual cells to arrange. These corrugated components form the current collectors and at the same time support them Electrodes. Fuel gas or an oxidizer gas flows in the relevant channels.

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 ausConventional known bipolar plates, as can be seen from FIG. 2, are built up from a number of individual elements which, individually or in cooperation with several, are intended to fulfill the above-mentioned tasks. So a conventional bipolar plate consists of

  • - einem Separatorblech, das aus Edelstahl hergestellt und vorzugsweise anodenseitig vernickelt ist und die Trennung der Gasräume bewirkt, - A separator sheet made of stainless steel and preferably on the anode side is nickel-plated and separates the gas spaces,  
  • - 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,- a perforated, corrugated sheet shaped anode side current collector made of nickel-plated stainless steel, in addition to the task of collecting electricity the anodes sided gas space forms and space for the recording a catalyst material for internal reforming offers,
  • - einem perforierten, wellblechartigen geformten ka­ thodenseitigen Stromsammler aus Edelstahl, der den kathodenseitigen Gasraum bildet,- A perforated, corrugated sheet-like shaped ka current collector made of stainless steel, which forms gas space on the cathode side,
  • - einem anodenseitigen Lochblech aus Nickel, das eine gleichmäßige mechanische Unterstützung der Anode gewährleistet,- An anode-side perforated sheet made of nickel, the one even mechanical support of the anode ensures
  • - einem kathodenseitigen Lochblech aus Edelstahl zur Unterstützung der Kathode und- A perforated sheet made of stainless steel on the cathode Support the cathode and
  • - Randabschlußleisten aus Edelstahl, welche die Rand­ bereiche abdichten und zur Stabilisierung des Brenn­ stoffzellenstapels beitragen.- Stainless steel edging strips that cover the edge Seal areas and to stabilize the burning contribute to the cell stack.

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.Because of the construction of such a conventional bipolar plate result from the large number of parts mentioned various disadvantages. Because of the large number of Sharing is the cost of materials, production, and Assembly high; arise between the individual parts high electrical contact resistance, in particular on the cathode side in their reducing atmosphere can assume significant values; the nickel plating of the anode-side current collector causes a considerable Effort, since this is nickel-plated only after the embossing can be to nickel plating all cut edges ensure. It is made of nickel sheet not possible because of its mechanical properties.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bipolarplatte für Brennstoffzellen zu schaffen, die einfach aufgebaut ist. The object of the present invention is a To create bipolar plate for fuel cells that is simply constructed.  

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.According to the present invention, this is a Reached bipolar plate of the required type that the bipolar plate through a single integral sheet body is formed which is a variety of the anode facing and plant surfaces for the anode and first spaced apart by spaces raised areas and a variety of the cathode facing and plant surfaces for the cathode and spaced apart second spaces has raised areas, the spaces flow paths for between the first raised areas that flowing on the anode side of the bipolar plate Fuel gas and the gaps between the second raised areas flow paths for that on the Katho form the flowing side of the bipolar plate cathode gas.

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.A major advantage of the bipolar according to the invention plate is its construction from a single piece, whereby electrical contact points within individual elements the bipolar plate is eliminated. This eliminates electrical cal contact resistances and thus the internal ohmic Resistance of the fuel cell stack, thus reduced there is the generation of heat and there is one Improve efficiency.

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.Another advantage is that the invention Bipolar plate in contrast to the conventional current Collectors has no breakthroughs, so that none expensive nickel plating required after their manufacture, but the bipolar plate made of nickel-plated, e.g. B. roll-clad sheet can be made. This leads to considerable cost savings.

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.Another advantage is that the one-piece Structure of the bipolar plate according to the invention compared to the  conventional construction from five single sheets of material, Weight and installation costs can be saved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments of the bipo according to the invention Larplatte are characterized in the subclaims.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen zunächst der herkömmliche Aufbau einer Bipolarplatte und sodann Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte erläutert.The following are based on the attached drawings first the conventional construction of a bipolar plate and then embodiments of the bipo according to the invention larplatte explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Brennstoffzellenstapels mit herkömmlichen Bipolarplatten; FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell stack with bipolar plates conventional;

Fig. 2 eine vergrößerte, perspektivische und zum Teil geschnittene Teilansicht einer herkömmlichen Bipolar­ platte; Fig. 2 is an enlarged, perspective and partially sectioned partial view of a conventional bipolar plate;

Fig. 3 schematisiert eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und FIG. 3 shows schematically a perspective view of a bipolar plate according to a first embodiment of the invention; and

Fig. 4 eine schematisierte Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bipo­ larplatte im eingebauten Zustand. Fig. 4 is a schematic partial sectional view of a second embodiment of the Bipo larplatte according to the invention in the installed state.

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.In the perspective exploded view shown in FIG. 1 of a fuel cell stack with fused carbon nat fuel cells, the fuel cell stack is generally designated by reference numeral 8 . For the sake of clarity, only three fuel cells 9 are shown. Each of the fuel cells 9 contains a highly porous anode 1 made of a nickel alloy, a highly porous cathode 2 made of lithium doped nickel oxide and a matrix 3 embedded between the anode 1 and cathode 2 , in which a molten electrolyte formed by an alkali carbonate melt is fixed. Of course, the bipolar plate according to the invention is not limited to the use of such an alkaline molten carbonate fuel cell. In the illustration in Fig. 1 the anode 1, cathode 2 and matrix 3 of the upper and the lower fuel cell in gefügtem together condition shown, these portions whereas in the embodiment illustrated in the middle of the fuel cell 3 separated from each other in exploded view are shown.

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.A bipolar plate 4 is arranged in each case between two consecutively adjacent fuel cells 9 in the stack. These bipolar plates 4 separate the gas space at the anode 1 of a fuel cell 9 from the gas space at the cathode 2 of the adjacent fuel cell and at the same time provide a respective flow cross-section in which the fuel gas B is conducted past the anode and the cathode gas K is directed past the cathode . In the illustration in FIG. 1, the fuel gas B is passed from front to back through the anode-side gas space on the underside of the bipolar plates 4 , while the cathode gas K is guided through the cathode-side gas space on the top of the bipolar plates 4 from left to right. The gas flows are distributed and summarized by gas distributors 7 arranged on all four sides of the fuel cell stack 8 , of which only one is shown in the figure for the sake of clarity.

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.On the upper side of the uppermost fuel cell 9 and the underside of the lowermost fuel cell 9 , partial bipolar plates 4 'are each arranged, which each contain only the part required on the anode 1 of the uppermost fuel cell or the cathode 2 of the lowermost fuel cell to form the respective gas space.

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.The top and bottom fuel cells 9 are electrically isolated by respective insulation plates 5 against end plates 6 . The fuel cell stack 8 is held together by four bolts 6 'running in the corners, which are only partially shown in the figure.

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. Fig. 2 shows a perspective part of a conven union bipolar plate. This bipolar plate is made up of five individual plate elements, which are combined to form the bipolar plate. These are a separator sheet 40 made of stainless steel and nickel-plated on the anode side, which effects the separation of the gas spaces, a perforated, corrugated sheet-shaped anode-side current collector 41 also made of nickel-plated stainless steel, the task of which is to collect the current at the anode, towards the anode-side gas space form and which also offers space for the accommodation of a catalyst material 45 for an internal reforming reaction. Arranged above the anode-side current collector 41 is an anode-side perforated plate 42 made of nickel, which serves for the uniform mechanical support of the anode. This anode-side perforated plate 42 is in direct contact with the anode. Under the separator sheet 40 is a perforated, corrugated sheet shaped cathode-side current collector 43 made of stainless steel, which forms the cathode-side gas space. Compared to the anode-side current collector 41 , the cathode-side current collector 43 need not have any nickel plating. Under the cathode-side current collector 43 is a cathode-side perforated plate 44 on stainless steel, which serves to support the cathode and is in direct contact with it. By these five individual elements, the conven- union bipolar plate is formed. Furthermore, the Bipo larplatte still edge strips 46 and 47 , which serve the lateral limitation of the gas spaces on the anodes or cathodes and the mechanical stabilization of the entire fuel cell stack. However, these edge strips 46 , 47 should not be viewed as components of the bipolar plate in the narrower sense.

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.In the embodiment shown schematically in perspective in FIG. 3, the bipolar plate according to the invention is formed by a single integral sheet metal body 400 . On its side facing the anode (not shown and to be presented on the underside of the bipolar plate), it has a plurality of first raised regions 410 . Accordingly, a plurality of second raised regions 420 are formed on the side facing the cathode (also not shown and to be presented on the top of the bipolar plate). While only eight of the first and second raised regions 410 and 420 are shown in the figure for the sake of clarity, in practice these are of course much more. With their tips, the raised areas 410 and 420 each form contact areas or areas for contacting the respective electrode, that is to say the anode to be thought of under the bipolar plate and the cathode to be thought above the bipolar plate. On the long sides of the bipolar plate, edge end strips 430 are provided, which are shown only schematically in FIG. 3.

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.The spaces between the first raised areas 410 form flow paths for the fuel gas B flowing on the anode side of the bipolar plate, whereas the spaces between the second raised areas 420 form flow paths for the cathode gas K flowing on the cathode side of the bipolar plate.

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.The first and second raised areas 410 , 420 are preferably arranged at regular intervals from one another. In order to enable adaptation to the flow conditions and other parameters typical of fuel cells, the distances cannot be selected regularly.

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.In the second exemplary embodiment of the bipolar plate according to the invention shown in FIG. 4, the first and second raised regions 410 and 420 are dome-shaped. This results in an increase in the contact surface for the anode or cathode, as well as a spring characteristic of the bipo larplatte, which ensures a more uniform pressurization of the arranged fuel cells and a compensation of voltage fluctuations compared to the pyramidal shape of the raised areas in the embodiment shown in Fig. 3 . For this purpose, the dome-shaped first and second raised areas 410 and 420 can be more or less spherical. Between the anode-side raised areas 410 , a catalyst material in the form of pellets 450 is arranged, which is used for internal reforming of the fuel gas B conducted past the anode. These catalyst pellets 450 are thus introduced on the back of the second raised areas 420 facing the cathode.

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.The sheet metal body 400 of the bipolar plate is preferably produced by stamping, pressing or deep drawing the first and second raised areas 410 , 420 from a piece of flat sheet metal made of stainless steel, which is nickel-plated on the anode side.

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.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the first and second raised areas 410 , 420 are each arranged alternately in the manner of a checkerboard pattern, the lattice constant of the checkerboard pattern being able to be adapted to the flow conditions and other fuel cell-specific parameters. In a first direction, which is the main flow direction of the anode gas B, the first raised regions 410 are arranged alternately one after the other corresponding to the rows of the checkerboard pattern-like arrangement, whereas in a second direction perpendicular to the first direction, which is the main flow direction of the cathode gas K, the second raised areas 420 take place alternately in accordance with the columns of the checkerboard pattern-like arrangement.

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.Deviating from this embodiment, the Checkerboard-like arrangement should be chosen so that the respective flow directions of fuel gas B and Cathode gas K with the diagonals of the checkerboard pattern coincide, resulting in a reduction in the current resistance results.

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.Deviating from the barrel-shaped or dome-shaped design of the raised areas 410 , 420 in the two described exemplary embodiments, other shapes are also possible. Thus, the first and second raised areas 410 , 420 can also have a barrel shape. Here, it is possible, for example, to arrange the long axes of the barrel-shaped first region 410 perpendicular to the long axes of the barrel-shaped second regions 420 , the long axes of the first raised regions 410 facing the anode being parallel to the main flow direction of the fuel gas B and the long axes of the second raised regions 420 facing the cathode run parallel to the main direction of flow of the cathode gas K. This results in, on the one hand, an enlargement of the contact area between the respective raised regions 410 , 420 and the electrodes lying thereon, ie the anode or cathode of the adjacent fuel cells, on the other hand the flow resistance is not increased significantly.

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.It is also possible to design the raised areas 410 and 420 differently, e.g. B. the raised areas pyramid or dome-shaped and the other raised areas barrel-shaped.

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.There is also the possibility of the pyramid, calotte ten-, barrel-shaped or in another form raised areas in a direction parallel to the main flatten the plane of the bipolar plate and thereby the Enlarging contact surfaces to the electrodes. This too Flattening can be used for the raised areas of the one and another type can be chosen differently, for example assign the bipolar plate to different mechanical and strength properties of anode and cathode fit.

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.1. Bipolar plate for separating and contacting the anode ( 1 ) and cathode ( 2 ) from adjacent fuel cells ( 9 ) arranged in a fuel cell stack ( 8 ), characterized in that the bipolar plate is formed by a single integral sheet metal body ( 400 ) which a plurality of the anode ( 1 ) facing and plant areas for the anode ( 1 ) and spaced apart by first raised areas ( 410 ) and a plurality of the cathode ( 2 ) facing and plant areas for the cathode ( 2 ) forming and having second raised areas ( 420 ) spaced apart from one another by gaps, the clearances between the first raised areas ( 410 ) flow paths for the fuel gas (B) flowing on the anode side of the bipolar plate and the clearances between the second raised areas ( 420 ) flow paths for the cathode gas flowing on the cathode side of the bipolar plate ( K) form. 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.2. Bipolar plate according to claim 1, characterized in that the first and second raised areas ( 410 , 420 ) are each arranged at regular intervals. 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.3. Bipolar plate according to claim 2, characterized in that the first and second raised areas ( 410 , 420 ) are arranged alternately in the manner of a checkerboard pattern. 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.4. Bipolar plate according to claim 3, characterized in that in a first direction, which is the main flow direction of the fuel gas (B), and in a direction perpendicular to the first direction, which is the main flow direction of the cathode gas (K), first and second raised areas ( 410 , 420 ) corresponding to the rows and columns of the checkerboard pattern are alternately arranged in succession. 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.5. Bipolar plate according to claim 3, characterized in that in a first direction, which is the main flow direction of the fuel gas (B), and in a direction perpendicular to the first direction, which is the main flow direction of the cathode gas (K), in each case only first or only second raised areas ( 410 , 420 ) are arranged in succession corresponding to the diagonals of the checkerboard-like arrangement. 6. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) pyramidenförmig ausgebildet sind.6. Bipolar plate according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first and / or second raised areas ( 410 , 420 ) are pyramid-shaped. 7. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) kalottenförmig ausgebildet sind.7. Bipolar plate according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first and / or second raised areas ( 410 , 420 ) are dome-shaped. 8. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten erhabenen Bereiche (410, 420) tonnenförmig ausgebildet sind.8. Bipolar plate according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first and / or second raised areas ( 410 , 420 ) are barrel-shaped. 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.9. Bipolar plate according to claim 8, characterized in that the long axes of the barrel-shaped first regions ( 410 ) run perpendicular to the long axes of the barrel-shaped second regions ( 420 ), the long axes of the to the anode ( 1 ) facing first raised areas ( 410 ) parallel to the main flow direction of the fuel gas (B) and the long axes to the cathode facing second raised areas ( 420 ) parallel to the main flow direction of the cathode gas (K). 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.10. Bipolar plate according to one of claims 6 to 9, characterized in that the pyramid, dome or barrel-shaped first and / or second raised areas ( 420 , 420 ) flattened contact surfaces for the anode ( 1 ) or the cathode ( 2 ) exhibit. 11. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten erha­ benen Bereiche (410, 420) gleich ausgebildet sind.11. Bipolar plate according to one of claims 6 to 10, characterized in that the first and second raised areas ( 410 , 420 ) are of identical design. 12. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten erha­ benen Bereiche (410, 420) verschieden ausgebildet sind.12. Bipolar plate according to one of claims 6 to 10, characterized in that the first and second raised areas ( 410 , 420 ) are designed differently. 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.13. Bipolar plate according to one of claims 1 to 12, characterized in that the sheet metal body ( 400 ) of the bipolar plate is made from a piece of flat sheet metal by embossing, pressing or deep-drawing the first and second raised areas ( 410 , 420 ). 14. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkörper (400) aus einem Edelstahlblech hergestellt ist.14. Bipolar plate according to one of claims 1 to 13, characterized in that the sheet metal body ( 400 ) is made of a stainless steel sheet. 15. Bipolarplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Edelstahlblech anodenseitig vernickelt ist.15. Bipolar plate according to claim 14, characterized net that the stainless steel sheet is nickel-plated on the anode side. 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. 16. Bipolar plate according to one of the preceding claims, characterized in that catalyst pellets are arranged in the spaces between the anode-side first raised regions ( 410 ). 17. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bipolarplatte anodensei­ tig mit einer Katalysatorbeschichtung versehen ist.17. Bipolar plate according to one of claims 1 to 15, characterized in that the bipolar plate anodensei tig is provided with a catalyst coating.
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