WO2012041878A1 - Part for a component for guiding operating media in a cell stack, method for producing a cell stack, and cell stack - Google Patents

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WO2012041878A1
WO2012041878A1 PCT/EP2011/066815 EP2011066815W WO2012041878A1 WO 2012041878 A1 WO2012041878 A1 WO 2012041878A1 EP 2011066815 W EP2011066815 W EP 2011066815W WO 2012041878 A1 WO2012041878 A1 WO 2012041878A1
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component
components
cell stack
stacking direction
cell
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PCT/EP2011/066815
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Frank Bärnreuther
Armin Datz
Albert Hammerschmidt
Herbert Hartnack
Joachim Hoffmann
Josef Lersch
Arno Mattejat
Igor Mehltretter
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Component for a component for guiding operating media in a cell stack method for producing a cell stack and cell stacks
  • the invention relates to a component for a component for guiding operating media in a cell stack of an electrochemical battery according to claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing such a cell stack according to claim 13 and a stack derarti ⁇ ger cells according to claim 15.
  • Bei the cells are preferably fuel cells, humidification cells for humidifying operating gases of fuel cells or electrolysis cells.
  • WO 02/063706 A1 discloses a stack in a stack ⁇ direction stacked fuel cells, in which the electrodes of adjacent fuel cells are in electrical connection via a component called a composite circuit board component.
  • the composite circuit boards also have the task to separate the gas spaces of the two adjacent fuel cells from each other. In addition, they can be flowed through by water, with which the adjacent gas chambers can be cooled or heated.
  • Such components are often referred to as bipolar plates, separators or flow field plates. They have - as disclosed for example in EP 591800 Bl - a Oberflä ⁇ Chen structure for the supply and removal of operating media transversely to the stacking direction of the cell stack to or from the electrodes of the fuel cell.
  • the component may for example be formed by two sheets which form a cavity between them for the passage of cooling or heating water and in which on their sides facing the electrodes by embossing a surface structure is introduced.
  • such components have an inner region in which the surface structure is located, and a NEN outer region, the channels for the supply and removal of operating media in the stacking direction of the Brennstoffzellensta- pels has on.
  • the components can be embedded in their outer region in frame-shaped seals, in which adjacent components touch each other and also embed an electrolyte-electrode unit in each case in the shape of a frame.
  • WO 03/030287 A2 and WO 03/030288 A2 it is also known, similar components in a stack of humidification, which serve for humidifying operating gases of fuel cells, for the supply and removal of operating media to and from the humidification and as well Heating device for moistening cells to use.
  • the invention is based on the consideration that a Keilbil tion can be prevented by targeted in a cell stack, a thickness compensation between the components in the stacking direction of the cell stack.
  • a Keilbil tion can be prevented by targeted in a cell stack, a thickness compensation between the components in the stacking direction of the cell stack.
  • a thickness compensation between the components in the stacking direction of the cell stack For this purpose, on the one hand correspondingly many different components, each with different thicknesses in the stacking direction, could be produced and stacked on top of each other, which, however, leads to an undesirably high manufacturing outlay for the components.
  • the Her position overhead can be kept small, however, if the components are formed or manufactured on the basis of components of identical design, the structural design ei ne arrangement of the components with different orientation and thus different arrangement of the differences in thickness allows transverse to the stacking direction.
  • the components have the symmetrical properties according to the invention.
  • the compensation of differences in thickness can then be done simply by the fact that in the formation of the cell stack one or more of these components formed components compared to another component to the first perpendicular to the stack ⁇ direction of the cell stack extending axis by an angle of 180 ° rotated and / or rotated about the second perpendicular to the stacking direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis through an angle of 180 ° and / or the first side and the second side about an axis extending in the stacking direction by an angle of 180 ° turned into the stack to be installed.
  • This makes it possible borrowed in a stack both thickness differences in the area to compensate for an entire edge or side as well as in only one corner of the component.
  • wedge formation due to differences in thickness other cell components, such as membrane electrode units compensate.
  • the inventive geometry of the component me ⁇ dien-carrying components of a stack may be produced from identical components, whereby the production is easy and inexpensive. If necessary, on the basis of these components which are identical per se, in a final step in the formation or production of the components shortly before their installation in the cell stack, an individualization of the component can take place, for example by one of the arrangement of the component or the component in Dependent assignment and provision of channels for the longitudinal direction of the cell stack
  • first and the second side each ⁇ wells comprise an outer region and an inner region, wherein the surface structure is located in the inner portion and wherein the equipment is in the Touch stacking in the cell stack in the outdoor area.
  • the surface structure includes the surface of the component is brought ⁇ imprints.
  • the surface structure may comprise a structure for distributing the operating medium over the surface of the first side or the second side and / or a collecting structure for collecting the operating medium from the surface of the first side or the second side.
  • the surface structure preferably comprises channels extending perpendicularly to the stacking direction for supplying the operating medium to the distributor structure or for removing the operating medium from the collecting structure.
  • the outer region advantageously has channels running in the stacking direction for the supply and removal of operating media along the cell stack.
  • the component may have a seal in the outer region.
  • the seal can also serve to seal the channels against one another and to seal the channels with respect to the inner region and with respect to the surroundings of the electrochemical cell.
  • the seal is preferably electrically insulating.
  • the component is designed in the stacking direction rectangular or square.
  • the cells are preferably Brennstoffzel ⁇ len, humidification for humidifying process gases of fuel cells or electrolysis cells.
  • the media-carrying component is used for electrically connecting an electrode of a first electrochemical cell to an electrode of a second electrochemical cell in a stack in a stacking direction of stacked electrochemical cells.
  • an inventive method for producing a cell stack in which alternately made of above-mentioned components components and other cellular components, in particular electrolyte electrode assemblies or wasser knock- permeable membrane, are stacked for Ver ⁇ hinderance of a wedge formation in the cell stack at least one of the components is in the Compared to another of the components about the first perpendicular to the stacking direction of the cell stack extending axis rotated by an angle of 180 ° and / or about the second perpendicular to the stacking direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis rotated by an angle of 180 ° and / or the first side and the second side are built around an axis extending in the stacking direction rotated through an angle of 180 ° in the stack.
  • the components can also be individualized before stacking.
  • an inventive cell stack components produced in the above-out vorste ⁇ starting components and other cellular components, in particular electrolytic electrode units, or water permeable membranes alternately auffactge are ⁇ stacked, is to prevent a wedge formation in the cell stack at least one of the components in comparison to egg ⁇ ner other of the components about the first axis perpendicular to the stacking direction of the cell stack axis rotated by an angle of 180 ° and / or about the second perpendicular to the stack ⁇ direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis rotated by an angle of 180 ° and / or the first side and the second side are installed around an axis extending in the stacking direction through an angle of 180 ° in the stack.
  • Show: 1 shows a component for media guidance with a thickness difference in the
  • FIG. 3 is a plan view of the front of a ⁇ he inventive component
  • FIG. 6 is a simplified perspective view of a
  • 7 and 8 are plan views of the front side of two compo ⁇ le with a thickness difference on a component side and
  • 9 to 12 are plan views of the front several Bau ⁇ parts with a difference in thickness at a Bau ⁇ corner.
  • 1 shows a simplified representation of a perspective side view of a component 1 for guiding Be ⁇ operating media in a stack in a stacking direction S stacked cells of an electrochemical battery.
  • the cells can be, for example, fuel cells, humidification cells or electrolysis cells.
  • the component 1 serves for the supply and removal of Be ⁇ drive media transversely to the stacking direction of the cell stack to or from the cells of the cell stack.
  • electrochemical ⁇ mix cells eg, fuel cells or electrolytic cells
  • the component 1 also for electrical connection of electrodes of two adjacent electrochemical cells.
  • the media-carrying component 1 has in the stacking direction S on two opposite side edges on the thicknesses Dl and D2, wherein D2 is greater than Dl.
  • the rotation about a first perpendicular to the stacking direction S of the cell stack axis Sl ⁇ symmetrical with respect to an angle of 180 ° are designed, which are designed to be a second perpendicular to the stacking direction S of the cell ⁇ stack and perpendicular to the first axis extending second axis S2 rotationally symmetric with respect to an angle of 180 ° and in which the front and the remindsei ⁇ te in each case by a in the stacking direction S extending axis S * are designed rotationally symmetrical with respect to an angle of 180 ° (see also FIG 1).
  • Such a device 9 preferably has its on ⁇ the side 16 - as shown in Figure 3 - and on its rear ⁇ page 17 - as shown in Figure 4 - an outer portion 3 and an inner region 4.
  • the outer region 3 has channels 5 for the supply and removal of operating media along the cell stack.
  • operating media for example, hydrogen, Sauer ⁇ material and a coolant.
  • the inner region 4 there is a surface structure 6 for distributing the operating media, eg hydrogen or oxygen, transversely to the stacking direction S of the cell stack 2 over the surface of the front 16 and back 17 respectively and for collecting and removing these operating media from this surface ,
  • the surface structure 6 therefore arises from the surface of the component 1 is brought ⁇ imprints.
  • the surface structure 6 can also comprise perpendicular to the stack direction S channels (Radialka ⁇ ducts) 7 for supplying a working medium by a channel 5 to the surface structure 6 and for the discharge of working medium from the surface of structure 6 to a channel.
  • S channels dialka ⁇ ducts
  • the components 9 and thus also the components 1 are - as shown in Figure 5 in a side view of a cut cell ⁇ stack for the case of a fuel cell - ⁇ play formed at by two superimposed and in the edge region 3 of interconnected sheets 10, 11 positioned between comprise a cavity 12 for the flow of a cooling or heating means, and which are enclosed in its outer edge region 3 frame-shaped by a seal 13.
  • each of the sheets 10, 11 rests against an electrode 22 of an adjacent electrolyte-electrode unit 20, wherein a space 23 for the supply or removal of a working medium to the adjacent electrode 22 is formed by the Oberflä ⁇ chen Scheme of the sheets 10, 11.
  • a space 23 for the supply or removal of a working medium to the adjacent electrode 22 is formed by the Oberflä ⁇ chen Scheme of the sheets 10, 11.
  • an electrolyte electric ⁇ denisme 20 and the voltage applied to its electrodes 22 sides of the components 1 th is formed in each case an electrochemical cell h ⁇ le, where the cells 14 and 14 '.
  • the electrolyte electrode units 20 are polymer electrolyte membrane (PEM) electrode units, which consist of a polymer electrolyte membrane (PEM) 21 and both sides of a respective adjacent electrode 22.
  • a cell stack 2 is formed by stacking components 1 and electrolyte electrode units 20 alternately made of components 9.
  • the components 1 thus also serve for electrical connection between the
  • the seal 13 serves to seal the inner region 4 with respect to the environment of the cell and to seal the channels 5 against each other and with respect to the inner region 4 and the environment of the cell.
  • the gasket 13 is driven elekt ⁇ insulating.
  • the electrolyte electrode units 20 are embedded in a frame 24 formed by the seal 13 of the components 1. tet.
  • the individual components 1 touch each other on this frame 24th
  • components produced from components 9 according to the invention can also be used, for example, for the supply and removal of operating media to or from electrolysis cells or for the supply and removal of operating media to or from humidifying cells and as a heating device for the humidifying cells.
  • the design of the front and back of the components 9, i. the arrangement and design of the surface structure 6, the channels 5, 7, 8 and the seal 13 is such that the symmetry conditions explained above are met.
  • such a component 9 has a greater thickness on its right-hand side 31 than on the opposite side 32 (see FIG. 7)
  • the use of a second component 9a which, in comparison with the first component 9, can produce the thicknesses that are required in FIG 8), so that the side 32 is now thicker than the side 31 and after any individualization of the components 9, 9a has taken place by stacking them together from these components 9 , 9a formed or produced media-carrying components
  • Thickness compensation allows and thus avoid a wedge ⁇ the.
  • part 9a The same result can be achieved in part 9a by use of a construction which is rotated relative to the part 9 through 180 ° about the perpendicular to the stack direction S * of the cell stack ver ⁇ current axis Sl or S2 (ie, the front side is exchanged with the rear ).
  • a construction which is rotated relative to the part 9 through 180 ° about the perpendicular to the stack direction S * of the cell stack ver ⁇ current axis Sl or S2 (ie, the front side is exchanged with the rear ).
  • a succession stacking of total four of such components 9, 9a, 9b, 9c formed or manufactured components allows thickness compensation and thus a wedge formation can be avoided.
  • a second component 9a is rotated by 180 ° in comparison with the first component 9 in the stacking direction S * and thus has a greater thickness in the upper left corner 34 than in the corners 33, 35 and 36 (see FIG. 10).
  • a third component 9b is rotated about the axis S1 in comparison with the first component 9 and thus has a greater thickness in the lower left corner 35 than in the corners 33, 34 and 36 (see FIG. 11).
  • a fourth component 9c is in turn rotated by 180 ° relative to the first component 9 about the axis S2 and thus has a greater thickness in the upper right corner 36 than in the corners 33, 34 and 35 (see FIG. 12).
  • the components 9, 9a, 9b, 9c can already form the media-carrying components without further manufacturing step, or they are still individualized in a final manufacturing step prior to stacking, for example, by one of the arrangement of the component or the component in

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Abstract

In a part (9) for a component (1) for guiding operating media in a stack (2) in a stacking direction (S) of cells (14, 14'), which are stacked one on top of the other, of an electrochemical battery, wherein the part (9) or the component (1) has a first side (16) with a surface structure for inputting and outputting an operating medium to and from a first cell (14) in the stack (2), and has a second side (17) with a surface structure for inputting and outputting an operating medium to and from a second cell (14') in the stack (2), the part (9) is, according to the invention, designed to be rotationally symmetrical with respect to an angle of 180° about a first axis (S1), which runs at right angles to the stacking direction (S) of the cell stack (2), the part (9) is designed to be rotationally symmetrical with respect to an angle of 180° about a second axis (S2), which runs at right angles to the stacking direction (S) of the cell stack (2) and at right angles to the first axis (S1), and the first side (16) and the second side (17) are each designed to be rotationally symmetrical with respect of an angle of 180° about an axis (S*) which runs in the stacking direction (S).

Description

Beschreibung description
Bauteil für eine Komponente zur Führung von Betriebsmedien in einem Zellstapel, Verfahren zur Herstellung eines Zellstapels sowie Zellstapel Component for a component for guiding operating media in a cell stack, method for producing a cell stack and cell stacks
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Komponente zur Führung von Betriebsmedien in einem Zellstapel einer elektrochemischen Batterie gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung be- trifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zellstapels gemäß Patentanspruch 13 und einen Stapel derarti¬ ger Zellen gemäß Patentanspruch 15. Bei den Zellen handelt es sich vorzugsweise um Brennstoffzellen, Befeuchtungszellen zur Befeuchtung von Betriebsgasen von Brennstoffzellen oder um Elektrolysezellen. The invention relates to a component for a component for guiding operating media in a cell stack of an electrochemical battery according to claim 1. The invention further relates to a method for producing such a cell stack according to claim 13 and a stack derarti ¬ ger cells according to claim 15. Bei the cells are preferably fuel cells, humidification cells for humidifying operating gases of fuel cells or electrolysis cells.
Die WO 02/063706 AI offenbart einen Stapel in einer Stapel¬ richtung aufeinander gestapelter Brennstoffzellen, bei denen die Elektroden benachbarter Brennstoffzellen über eine als Verbundleiterplatte bezeichnete Komponente in elektrischer Verbindung stehen. Die Verbundleiterplatten haben daneben auch die Aufgabe, die Gasräume der beiden benachbarten Brennstoffzellen voneinander zu trennen. Außerdem sind sie von Wasser durchströmbar, mit dem die angrenzenden Gasräume ge- kühlt oder geheizt werden können. Derartige Bauteile werden häufig auch als Bipolarplatten, Separatoren oder Strömungsfeldplatten (flow field plates) bezeichnet. Sie weisen - wie beispielsweise in der EP 591800 Bl offenbart - eine Oberflä¬ chenstruktur zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien quer zu der Stapelrichtung des Zellstapels zu bzw. von den Elektroden der Brennstoffzellen auf. Die Komponente kann beispielsweise durch zwei Bleche gebildet sein, die zwischen sich einen Hohlraum für die Durchfuhr von Kühl- oder Heizwasser ausbilden und in die auf ihren den Elektroden zugewandten Seiten durch eine Prägung eine Oberflächenstruktur eingebracht ist. WO 02/063706 A1 discloses a stack in a stack ¬ direction stacked fuel cells, in which the electrodes of adjacent fuel cells are in electrical connection via a component called a composite circuit board component. The composite circuit boards also have the task to separate the gas spaces of the two adjacent fuel cells from each other. In addition, they can be flowed through by water, with which the adjacent gas chambers can be cooled or heated. Such components are often referred to as bipolar plates, separators or flow field plates. They have - as disclosed for example in EP 591800 Bl - a Oberflä ¬ Chen structure for the supply and removal of operating media transversely to the stacking direction of the cell stack to or from the electrodes of the fuel cell. The component may for example be formed by two sheets which form a cavity between them for the passage of cooling or heating water and in which on their sides facing the electrodes by embossing a surface structure is introduced.
Üblicherweise weisen derartige Komponenten einen inneren Bereich, in dem sich die Oberflächenstruktur befindet, und ei- nen äußeren Bereich, der Kanäle zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien in der Stapelrichtung des Brennstoffzellensta- pels aufweist, auf. Die Komponenten können dabei - wie in der WO 02/063706 AI gezeigt - in ihrem äußeren Bereich in rahmen- förmige Dichtungen eingebettet sein, an denen sich benachbarte Bauteile berühren und die rahmenförmig auch jeweils eine Elektrolyt-Elektroden-Einheit einbetten . Usually, such components have an inner region in which the surface structure is located, and a NEN outer region, the channels for the supply and removal of operating media in the stacking direction of the Brennstoffzellensta- pels has on. As shown in WO 02/063706 A1, the components can be embedded in their outer region in frame-shaped seals, in which adjacent components touch each other and also embed an electrolyte-electrode unit in each case in the shape of a frame.
Aus der WO 03/030287 A2 und der WO 03/030288 A2 ist es zudem bekannt, ähnliche Komponenten in einem Stapel von Befeuchtungszellen, die zur Befeuchtung von Betriebsgasen von Brennstoffzellen dienen, zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien zu bzw. von den Befeuchtungszellen sowie als Heizeinrichtung für die Befeuchtungszellen zu verwenden. From WO 03/030287 A2 and WO 03/030288 A2 it is also known, similar components in a stack of humidification, which serve for humidifying operating gases of fuel cells, for the supply and removal of operating media to and from the humidification and as well Heating device for moistening cells to use.
Bei der Herstellung dieser medienführenden Komponenten kann es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Fertigungsungenau- igkeiten, die z.B. durch Abnutzung der Fertigungswerkzeuge entstehen können, zu Unterschieden in den Dicken sich gegenüberliegender Ränder oder Ecken der Komponenten in Stapelrichtung kommen. Stapelt man nun diese Komponenten aufeinander, so tragen die dickeren Seiten auf und der Stapel neigt sich zur Seite der geringeren Komponentendicken hin. Dieser Effekt, der auch als „Keileffekt" bezeichnet wird, kann nur durch sehr enge Fertigungstoleranzen beherrscht werden. Die engen Fertigungstoleranzen müssen jedoch mit einem entsprechend hohen Aufwand bei der Fertigung der Komponenten und bei der Wartung und Pflege der hierzu verwendeten Werkzeuge erkauft werden. Zudem kann hierdurch die Neigungstendenz zwar abgemildert, aber jedoch nicht vollständig unterbunden wer¬ den. Diese Probleme bestehen nicht nur bei Brennstoffzellen, sondern kommen gleichermaßen auch bei Elektrolysezellen oder Befeuchtungszellen zum Tragen. In the production of these media-carrying components, differences in the thicknesses of opposite edges or corners of the components in the stacking direction may occur due to manufacturing tolerances or production inaccuracies, which may arise, for example, as a result of wear of the production tools. If these components are stacked on top of one another, the thicker sides will bear on and the stack will lean towards the side of the smaller component thicknesses. This effect, which is also referred to as a "wedge effect", can only be mastered by very tight manufacturing tolerances, but the tight manufacturing tolerances must be paid for with a correspondingly high level of effort in the manufacture of the components and in the maintenance and care of the tools used for this purpose Although this can alleviate the tendencies of inclination, it can not, however, completely prevent them . These problems do not only exist with fuel cells, but equally also with electrolysis cells or humidifying cells.
Ausgehend hiervon ist es deshalb Aufgabe vorliegender Erfin¬ dung, mit geringem Herstellungsaufwand eine Neigung des Zell¬ stapels (d.h. den so genannte „Keileffekt") zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Bauteil für eine Komponente zur Medienführung gemäß Patentanspruch 1. Vorteil hafte Ausgestaltungen des Bauteils sind Gegenstand der An¬ sprüche 2 bis 12. Ein Verfahren zur Herstellung eines Zellstapels unter Verwendung von aus derartigen Bauteilen hergestellten Komponenten ist Gegenstand des Anspruchs 13 und ein Zellstapel mit aus derartigen Bauteilen hergestellten Komponenten ist Gegenstand des Anspruchs 15. It is therefore an object of the present OF INVENTION ¬ dung Proceeding from this, (that is, the so-called "wedge effect") to avoid low production outlay an inclination of the cell ¬ stack. The solution of this object is achieved with a component for a component for media management according to claim 1. Advantageous embodiments of the component are the subject of An ¬ claims 2 to 12. A method for producing a cell stack using components made from such components is the subject of the claim 13 and a cell stack with components made from such components is the subject of claim 15.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Keilbil dung unterbunden werden kann, indem in einem Zellstapel gezielt ein Dickenausgleich zwischen den Komponenten in Stapel richtung des Zellstapels erfolgt. Hierzu könnten zum einen entsprechend viele unterschiedliche Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Dicken in Stapelrichtung hergestellt und aufeinandergestapelt werden, was jedoch zu einem unerwünscht hohen Herstellungsaufwand für die Komponenten führt. Der Her Stellungsaufwand kann jedoch klein gehalten werden, wenn die Komponenten auf Basis an sich baugleicher Bauteile gebildet bzw. hergestellt werden, deren konstruktive Ausgestaltung ei ne Anordnung der Komponenten mit unterschiedlicher Ausrichtung und somit unterschiedlicher Anordnung der Dickenunterschiede quer zur Stapelrichtung zulässt. The invention is based on the consideration that a Keilbil tion can be prevented by targeted in a cell stack, a thickness compensation between the components in the stacking direction of the cell stack. For this purpose, on the one hand correspondingly many different components, each with different thicknesses in the stacking direction, could be produced and stacked on top of each other, which, however, leads to an undesirably high manufacturing outlay for the components. The Her position overhead can be kept small, however, if the components are formed or manufactured on the basis of components of identical design, the structural design ei ne arrangement of the components with different orientation and thus different arrangement of the differences in thickness allows transverse to the stacking direction.
Dies ist möglich, wenn die Bauteile die erfindungsgemäßen symmetrischen Eigenschaften aufweisen. Der Ausgleich von Dickenunterschieden kann dann ganz einfach dadurch erfolgen, dass bei der Bildung des Zellstapels eine oder mehrere der aus diesen Bauteilen gebildeten Komponenten im Vergleich zu einer anderen Komponente um die erste senkrecht zur Stapel¬ richtung des Zellstapels verlaufenden Achse um einen Winkel von 180° gedreht und/oder um die zweite senkrecht zur Stapel richtung des Zellstapels und senkrecht zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse um einen Winkel von 180° gedreht und/oder die erste Seite und die zweite Seite um eine in der Stapelrichtung verlaufenden Achse um einen Winkel von 180° gedreht in den Stapel eingebaut werden. Hierdurch ist es mög lieh, in einem Stapel sowohl Dickenunterschiede im Bereich einer gesamten Kante bzw. Seite als auch nur in einer Ecke des Bauteils auszugleichen. Auch lassen sich Keilbildungen aufgrund von Dickenunterschieden anderer Zellkomponenten, wie z.B. von Membran-Elektroden-Einheiten, ausgleichen. This is possible if the components have the symmetrical properties according to the invention. The compensation of differences in thickness can then be done simply by the fact that in the formation of the cell stack one or more of these components formed components compared to another component to the first perpendicular to the stack ¬ direction of the cell stack extending axis by an angle of 180 ° rotated and / or rotated about the second perpendicular to the stacking direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis through an angle of 180 ° and / or the first side and the second side about an axis extending in the stacking direction by an angle of 180 ° turned into the stack to be installed. This makes it possible borrowed in a stack both thickness differences in the area to compensate for an entire edge or side as well as in only one corner of the component. Also, wedge formation due to differences in thickness other cell components, such as membrane electrode units, compensate.
Durch die erfindungsgemäße Bauteilgeometrie können die me¬ dienführenden Komponenten eines Stapels aus identischen Bauteilen hergestellt werden, wodurch die Herstellung einfach und kostengünstig ist. Falls notwendig, kann auf Basis dieser an sich baugleichen Bauteile in einem letzten Schritt bei der Bildung bzw. Herstellung der Komponenten kurz vor deren Einbau in den Zellstapel noch eine Individualisierung des Bauteils erfolgen, z.B. durch eine von der Anordnung des Bauteils bzw. der Komponente in Längsrichtung des Zellstapels abhängige Zuordnung und Bereitstellung von Kanälen für dieThe inventive geometry of the component me ¬ dien-carrying components of a stack may be produced from identical components, whereby the production is easy and inexpensive. If necessary, on the basis of these components which are identical per se, in a final step in the formation or production of the components shortly before their installation in the cell stack, an individualization of the component can take place, for example by one of the arrangement of the component or the component in Dependent assignment and provision of channels for the longitudinal direction of the cell stack
Betriebsmedien oder den Einbau von Elektroden (Kathode, Anode) , Membranen und/oder Gasdiffusionsschichten in den Bauteilen bzw. Komponenten. Die durch die Erfindung bewirkten Vorteile kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn die erste und die zweite Seite je¬ weils einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich aufweisen, wobei sich die Oberflächenstruktur in dem inneren Bereich befindet und wobei sich die Bauteile bzw. Komponenten bei der Aufeinanderstapelung in dem Zellstapel in dem Außenbereich berühren. In diesem Fall führen Dickenunterschiede in den Rändern der Komponenten besonders stark zu einer Keilbildung des Zellstapels. In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung umfasst die Oberflächenstruktur in die Oberfläche des Bauteils einge¬ brachte Prägungen. Operating media or the installation of electrodes (cathode, anode), membranes and / or gas diffusion layers in the components or components. The effected by the invention advantages are particularly evident when the first and the second side each ¬ weils comprise an outer region and an inner region, wherein the surface structure is located in the inner portion and wherein the equipment is in the Touch stacking in the cell stack in the outdoor area. In this case, differences in thickness in the edges of the components lead particularly strongly to a wedge formation of the cell stack. In a structurally simple embodiment, the surface structure includes the surface of the component is brought ¬ imprints.
Die Oberflächenstruktur kann dabei eine Struktur zur Vertei- lung des Betriebsmediums über die Fläche der ersten Seite bzw. der zweiten Seite und/oder eine Sammelstruktur zur Sammlung des Betriebsmediums von der Fläche der ersten Seite bzw. der zweiten Seite umfassen. Die Oberflächenstruktur umfasst bevorzugt senkrecht zur Sta- pelrichtung verlaufende Kanäle zur Zufuhr des Betriebsmediums zu der Verteilerstruktur bzw. zur Abfuhr des Betriebsmediums von der Sammelstruktur. The surface structure may comprise a structure for distributing the operating medium over the surface of the first side or the second side and / or a collecting structure for collecting the operating medium from the surface of the first side or the second side. The surface structure preferably comprises channels extending perpendicularly to the stacking direction for supplying the operating medium to the distributor structure or for removing the operating medium from the collecting structure.
Der äußere Bereich weist von Vorteil in der Stapelrichtung verlaufende Kanäle zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien entlang des Zellstapels auf. The outer region advantageously has channels running in the stacking direction for the supply and removal of operating media along the cell stack.
Zur Abdichtung des inneren Bereichs gegenüber der Umgebung der Zelle kann das Bauteil in dem äußeren Bereich eine Dichtung aufweisen. To seal the inner region from the environment of the cell, the component may have a seal in the outer region.
Die Dichtung kann dabei auch zur Abdichtung der Kanäle gegeneinander sowie zur Abdichtung der Kanäle gegenüber dem inne- ren Bereich und gegenüber der Umgebung der elektrochemischen Zelle dienen. The seal can also serve to seal the channels against one another and to seal the channels with respect to the inner region and with respect to the surroundings of the electrochemical cell.
Um einen Stromfluss zwischen zwei benachbarten Zellen über deren äußeren Bereich zu verhindern, ist die Dichtung vorzugsweise elektrisch isolierend. In order to prevent a flow of current between two adjacent cells over their outer region, the seal is preferably electrically insulating.
Gemäß eine konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung ist das Bauteil in der Stapelrichtung gesehen rechteckförmig oder quadratisch gestaltet. According to a structurally particularly simple embodiment, the component is designed in the stacking direction rectangular or square.
Bei den Zellen handelt es sich vorzugsweise um Brennstoffzel¬ len, Befeuchtungszellen zur Befeuchtung von Betriebsgasen von Brennstoffzellen oder um Elektrolysezellen. The cells are preferably Brennstoffzel ¬ len, humidification for humidifying process gases of fuel cells or electrolysis cells.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dient die medienführende Komponente zur elektrischen Verbindung einer Elektrode einer ersten elektrochemischen Zelle mit einer Elektrode einer zweiten elektrochemischen Zelle in einem Stapel in einer Stapelrichtung aufeinandergestapelter elektrochemischer Zellen. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Zellstapels, bei dem abwechselnd aus vorstehend erläuterten Bauteilen hergestellte Komponenten und andere Zellbauteile, insbesondere Elektrolyt-Elektrodeneinheiten oder wasserdurch- lässige Membrane, aufeinandergestapelt werden, wird zur Ver¬ hinderung einer Keilbildung in dem Zellstapel zumindest eine der Komponenten im Vergleich zu einer anderen der Komponenten um die erste senkrecht zur Stapelrichtung des Zellstapels verlaufende Achse um einen Winkel von 180° gedreht und/oder um die zweite senkrecht zur Stapelrichtung des Zellstapels und senkrecht zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse um einen Winkels von 180° gedreht und/oder die erste Seite und die zweite Seite um eine in der Stapelrichtung verlaufenden Achse um einen Winkel von 180° gedreht in den Stapel einge- baut. According to a particularly advantageous embodiment, the media-carrying component is used for electrically connecting an electrode of a first electrochemical cell to an electrode of a second electrochemical cell in a stack in a stacking direction of stacked electrochemical cells. In an inventive method for producing a cell stack in which alternately made of above-mentioned components components and other cellular components, in particular electrolyte electrode assemblies or wasserdurch- permeable membrane, are stacked, for Ver ¬ hinderance of a wedge formation in the cell stack at least one of the components is in the Compared to another of the components about the first perpendicular to the stacking direction of the cell stack extending axis rotated by an angle of 180 ° and / or about the second perpendicular to the stacking direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis rotated by an angle of 180 ° and / or the first side and the second side are built around an axis extending in the stacking direction rotated through an angle of 180 ° in the stack.
Die Bauteile können dabei vor dem Aufeinanderstapeln auch noch individualisiert werden. Bei einem erfindungsgemäßen Zellstapel, bei dem aus vorste¬ hend erläuterten Bauteilen hergestellte Komponenten und andere Zellbauteile, insbesondere Elektrolyt-Elektrodeneinheiten oder wasserdurchlässige Membrane, abwechselnd aufeinanderge¬ stapelt sind, ist zur Verhinderung einer Keilbildung in dem Zellstapel zumindest eine der Komponenten im Vergleich zu ei¬ ner anderen der Komponenten um die erste senkrecht zur Stapelrichtung des Zellstapels verlaufende Achse um einen Winkel von 180° gedreht und/oder um die zweite senkrecht zur Stapel¬ richtung des Zellstapels und senkrecht zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse um einen Winkel von 180° gedreht und/oder die erste Seite und die zweite Seite um eine in der Stapelrichtung verlaufenden Achse um einen Winkel von 180° gedreht in dem Stapel eingebaut. Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 eine Komponente zur Medienführung mit einem Di- cken-unterschied in den Seitenrändern, The components can also be individualized before stacking. In an inventive cell stack components produced in the above-out vorste ¬ starting components and other cellular components, in particular electrolytic electrode units, or water permeable membranes alternately aufeinanderge are ¬ stacked, is to prevent a wedge formation in the cell stack at least one of the components in comparison to egg ¬ ner other of the components about the first axis perpendicular to the stacking direction of the cell stack axis rotated by an angle of 180 ° and / or about the second perpendicular to the stack ¬ direction of the cell stack and perpendicular to the first axis extending second axis rotated by an angle of 180 ° and / or the first side and the second side are installed around an axis extending in the stacking direction through an angle of 180 ° in the stack. The invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the figures. Show: 1 shows a component for media guidance with a thickness difference in the side edges,
FIG 2 eine Keilbildung bei einer Aufeinanderstapelung mehrerer Komponenten gemäß Figur 1, 2 shows a wedge formation in a stacking of several components according to Figure 1,
FIG 3 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines er¬ findungsgemäßen Bauteils, 3 is a plan view of the front of a ¬ he inventive component,
FIG 4 eine Draufsicht auf die Rückseite des Bauteils  4 shows a plan view of the back of the component
Figur 3,  FIG. 3,
FIG 5 Seitenansicht eines aufgeschnittenen Zell  5 shows a side view of a cut-open cell
Stapels ,  Stack,
FIG 6 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines  6 is a simplified perspective view of a
Zellstapels gemäß FIG 5,  Cell stack according to FIG. 5,
FIG 7 und 8 Draufsichten auf die Vorderseite zweier Bautei¬ le mit einem Dickenunterschied an einer Bau- teilseite und 7 and 8 are plan views of the front side of two compo ¬ le with a thickness difference on a component side and
FIG 9 bis 12 Draufsichten auf die Vorderseite mehrere Bau¬ teile mit einem Dickenunterschied an einer Bau¬ teilecke . Die Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine perspektivische Seitenansicht einer Komponente 1 zur Führung von Be¬ triebsmedien in einem Stapel in einer Stapelrichtung S auf- einandergestapelter Zellen einer elektrochemischen Batterie. Bei den Zellen kann es sich beispielsweise um Brennstoffzel- len, Befeuchtungszellen oder um Elektrolysezellen handeln. Die Komponente 1 dient dabei zur Zufuhr und Abfuhr von Be¬ triebsmedien quer zu der Stapelrichtung des Zellstapels zu bzw. von den Zellen des Zellstapels. Im Fall von elektroche¬ mischen Zellen (z.B. Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen) dient die Komponente 1 auch zur elektrischen Verbindung von Elektroden zweier benachbarter elektrochemischer Zellen. 9 to 12 are plan views of the front several Bau ¬ parts with a difference in thickness at a Bau ¬ corner. 1 shows a simplified representation of a perspective side view of a component 1 for guiding Be ¬ operating media in a stack in a stacking direction S stacked cells of an electrochemical battery. The cells can be, for example, fuel cells, humidification cells or electrolysis cells. The component 1 serves for the supply and removal of Be ¬ drive media transversely to the stacking direction of the cell stack to or from the cells of the cell stack. In the case of electrochemical ¬ mix cells (eg, fuel cells or electrolytic cells) is used, the component 1 also for electrical connection of electrodes of two adjacent electrochemical cells.
Die medienführende Komponente 1 weist in der Stapelrichtung S an zwei gegenüberliegenden Seitenrändern die Dicken Dl und D2 auf, wobei D2 größer als Dl ist. The media-carrying component 1 has in the stacking direction S on two opposite side edges on the thicknesses Dl and D2, wherein D2 is greater than Dl.
Werden - wie in Figur 2 gezeigt - mehrerer derartiger Komponenten 1 in der Stapelrichtung S aufeinandergestapelt , so kommt es aufgrund der Dickenunterschiede in den Seitenrändern zu einer Neigung des Stapels in Richtung zu den Seitenrändern mit der geringeren Dicke Dl und somit zu dem so genannten „Keileffekt" . Are - as shown in Figure 2 - several such components 1 stacked in the stacking direction S, so Due to the differences in thickness in the side edges, the stack tends to slope in the direction of the side edges with the smaller thickness D1 and thus to the so-called "wedge effect".
Zur Vermeidung dieses Keileffektes bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten werden für die Bildung des Zellstapels Komponenten 1 verwendet, die aus baugleichen Bauteilen gebildet bzw. hergestellt sind, die um eine erste senkrecht zur Stapelrichtung S des Zellstapels verlaufende Achse Sl dreh¬ symmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet sind, die um eine zweite senkrecht zur Stapelrichtung S des Zell¬ stapels und senkrecht zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse S2 drehsymmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet sind und bei denen die Vorderseite und die Rücksei¬ te jeweils in sich um eine in der Stapelrichtung S verlaufende Achse S* drehsymmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet sind (siehe auch FIG 1) . Ein derartiges Bauteil 9 weist vorzugsweise auf seiner Vor¬ derseite 16 - wie in Figur 3 gezeigt - und auf seiner Rück¬ seite 17 - wie in Figur 4 gezeigt - einen äußeren Bereich 3 und einen inneren Bereich 4 auf. Der äußere Bereich 3 weist Kanäle 5 zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien entlang des Zellstapels auf. Im Fall von Brennstoffzellen handelt es sich bei den Betriebsmedien beispielsweise um Wasserstoff, Sauer¬ stoff und ein Kühlmittel. In dem inneren Bereich 4 befindet sich eine Oberflächenstruktur 6 zur Verteilung der Betriebsmedien, z.B. Wasserstoff oder Sauerstoff, quer zu der Stapel- richtung S des Zellstapels 2 über die Fläche der Vorderseite 16 bzw. Rückseite 17 und zur Sammlung und Abfuhr dieser Betriebsmedien von dieser Fläche. Die Oberflächenstruktur 6 entsteht dabei durch in die Oberfläche des Bauteils 1 einge¬ brachte Prägungen. Die Oberflächenstruktur 6 kann dabei auch senkrecht zur Stapelrichtung S verlaufende Kanäle (Radialka¬ näle) 7 zur Zufuhr eines Betriebsmediums von einem Kanal 5 zu der Oberflächenstruktur 6 bzw. zur Abfuhr des Betriebsmediums von der Oberflächenstruktur 6 zu einem Kanal 8 umfassen. Die Bauteile 9 und somit auch die Komponenten 1 werden - wie in FIG 5 in einer Seitenansicht eines aufgeschnittenen Zell¬ stapels für den Fall einer Brennstoffzelle gezeigt - bei¬ spielsweise durch zwei aufeinanderliegende und im Randbereich 3 miteinander verbundene Bleche 10, 11 gebildet, die zwischen sich einen Hohlraum 12 für den Durchfluss eines Kühl- oder Heizmittels umfassen, und die in ihrem äußeren Randbereich 3 rahmenförmig von einer Dichtung 13 umfasst sind. Jedes der Bleche 10, 11 liegt an einer Elektrode 22 einer benachbarten Elektrolyt-Elektrodeneinheit 20 an, wobei durch die Oberflä¬ chenstruktur der Bleche 10, 11 jeweils ein Raum 23 für die Zufuhr bzw. Abfuhr eines Betriebsmediums zu der anliegenden Elektrode 22 ausgebildet wird. Durch eine Elektrolyt-Elektro¬ deneinheit 20 und die an ihren Elektroden 22 anliegende Sei- ten der Komponenten 1 wird jeweils eine elektrochemische Zel¬ le gebildet, hier die Zellen 14 und 14'. Vorzugsweise handelt es sich bei den Elektrolyt-Elektrodeneinheiten 20 um Polymer- Elektrolyt-Membran (PEM) Elektrodeneinheiten, die aus einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) 21 und beidseitig jeweils einer anliegenden Elektrode 22 bestehen. To avoid this wedge effect at the same time low production costs components 1 are used for the formation of the cell stack, which are formed or made of identical components, the rotation about a first perpendicular to the stacking direction S of the cell stack axis Sl ¬ symmetrical with respect to an angle of 180 ° are designed, which are designed to be a second perpendicular to the stacking direction S of the cell ¬ stack and perpendicular to the first axis extending second axis S2 rotationally symmetric with respect to an angle of 180 ° and in which the front and the Rücksei ¬ te in each case by a in the stacking direction S extending axis S * are designed rotationally symmetrical with respect to an angle of 180 ° (see also FIG 1). Such a device 9 preferably has its on ¬ the side 16 - as shown in Figure 3 - and on its rear ¬ page 17 - as shown in Figure 4 - an outer portion 3 and an inner region 4. The outer region 3 has channels 5 for the supply and removal of operating media along the cell stack. In the case of fuel cells is at the operating media, for example, hydrogen, Sauer ¬ material and a coolant. In the inner region 4 there is a surface structure 6 for distributing the operating media, eg hydrogen or oxygen, transversely to the stacking direction S of the cell stack 2 over the surface of the front 16 and back 17 respectively and for collecting and removing these operating media from this surface , The surface structure 6 therefore arises from the surface of the component 1 is brought ¬ imprints. The surface structure 6 can also comprise perpendicular to the stack direction S channels (Radialka ¬ ducts) 7 for supplying a working medium by a channel 5 to the surface structure 6 and for the discharge of working medium from the surface of structure 6 to a channel. 8 The components 9 and thus also the components 1 are - as shown in Figure 5 in a side view of a cut cell ¬ stack for the case of a fuel cell - ¬ play formed at by two superimposed and in the edge region 3 of interconnected sheets 10, 11 positioned between comprise a cavity 12 for the flow of a cooling or heating means, and which are enclosed in its outer edge region 3 frame-shaped by a seal 13. Each of the sheets 10, 11 rests against an electrode 22 of an adjacent electrolyte-electrode unit 20, wherein a space 23 for the supply or removal of a working medium to the adjacent electrode 22 is formed by the Oberflä ¬ chenstruktur of the sheets 10, 11. Through an electrolyte electric ¬ deneinheit 20 and the voltage applied to its electrodes 22 sides of the components 1 th is formed in each case an electrochemical cell h ¬ le, where the cells 14 and 14 '. Preferably, the electrolyte electrode units 20 are polymer electrolyte membrane (PEM) electrode units, which consist of a polymer electrolyte membrane (PEM) 21 and both sides of a respective adjacent electrode 22.
Ein Zellstapel 2 wird durch Aufeinanderstapeln von abwechselnd aus Bauteilen 9 hergestellten Komponenten 1 und Elektrolyt-Elektrodeneinheiten 20 gebildet. Die Komponenten 1 dienen somit auch zur elektrischen Verbindung zwischen denA cell stack 2 is formed by stacking components 1 and electrolyte electrode units 20 alternately made of components 9. The components 1 thus also serve for electrical connection between the
Elektroden 22 benachbarter Elektrolyt- Elektrodeneinheiten 20 bzw. Zellen des Zellstapels 2. Electrodes 22 of adjacent electrolyte electrode units 20 or cells of the cell stack 2.
Die Dichtung 13 dient zur Abdichtung des inneren Bereichs 4 gegenüber der Umgebung der Zelle sowie zur Abdichtung der Kanäle 5 gegeneinander sowie gegenüber dem inneren Bereich 4 und der Umgebung der Zelle. Die Dichtung 13 ist dabei elekt¬ risch isolierend. Wie in der vereinfachten Darstellung von Figur 6 gezeigt ist, sind die Elektrolyt-Elektrodeneinheiten 20 in einem durch die Dichtung 13 der Komponenten 1 gebildeten Rahmen 24 eingebet- tet. Die einzelnen Bauteile 1 berühren sich dabei an diesem Rahmen 24. The seal 13 serves to seal the inner region 4 with respect to the environment of the cell and to seal the channels 5 against each other and with respect to the inner region 4 and the environment of the cell. The gasket 13 is driven elekt ¬ insulating. As shown in the simplified illustration of FIG. 6, the electrolyte electrode units 20 are embedded in a frame 24 formed by the seal 13 of the components 1. tet. The individual components 1 touch each other on this frame 24th
In entsprechender Weise können aus erfindungsgemäßen Bautei- len 9 hergestellte Komponenten beispielsweise auch zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien zu bzw. von Elektrolysezellen oder zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien zu bzw. von Befeuchtungszellen sowie als Heizeinrichtung für die Befeuchtungszellen verwendet werden. Correspondingly, components produced from components 9 according to the invention can also be used, for example, for the supply and removal of operating media to or from electrolysis cells or for the supply and removal of operating media to or from humidifying cells and as a heating device for the humidifying cells.
Die Gestaltung der Vorder- und Rückseite der Bauteile 9, d.h. die Anordnung und Gestaltung der Oberflächenstruktur 6, der Kanäle 5, 7, 8 und der Dichtung 13 ist dabei derart, dass die vorstehend erläuterten Symmetriebedingungen erfüllt sind. The design of the front and back of the components 9, i. the arrangement and design of the surface structure 6, the channels 5, 7, 8 and the seal 13 is such that the symmetry conditions explained above are met.
Weist nun ein derartiges Bauteil 9 beispielsweise an seiner rechten Seite 31 im Vergleich zu der gegenüberliegenden Seite 32 eine größere Dicke auf (siehe Figur 7), so kann durch die Verwendung eines zweiten Bauteils 9a, das im Vergleich zu dem ersten Bauteil 9 um die in der Stapelrichtung verlaufende Achse S* um 180° gedreht ist (siehe Figur 8), so dass die Seite 32 nun dicker als die Seite 31 ist und nach einer ggf. noch erfolgten Individualisierung der Bauteile 9, 9a durch eine Aufeinanderstapelung der aus diesen Bauteilen 9, 9a ge- bildeten bzw. hergestellten medienführenden Komponenten einIf, for example, such a component 9 has a greater thickness on its right-hand side 31 than on the opposite side 32 (see FIG. 7), the use of a second component 9a which, in comparison with the first component 9, can produce the thicknesses that are required in FIG 8), so that the side 32 is now thicker than the side 31 and after any individualization of the components 9, 9a has taken place by stacking them together from these components 9 , 9a formed or produced media-carrying components
Dickenausgleich ermöglicht und somit eine Keilbildung vermie¬ den werden. Thickness compensation allows and thus avoid a wedge ¬ the.
Das gleiche Ergebnis kann auch durch Verwendung eines Bau- teils 9a erreicht werden, das gegenüber dem Bauteil 9 um 180° um die senkrecht zur Stapelrichtung S* des Zellstapels ver¬ laufende Achse Sl oder S2 gedreht ist (d.h. die Vorderseite ist mit der Rückseite vertauscht) . Weist im Unterschied hierzu ein erstes Bauteil 9 beispiels¬ weise in seiner rechten unteren Ecke 33 im Vergleich zu den anderen Ecken 34, 35, 36 eine größere Dicke auf (siehe Figur 9) , so kann durch eine Aufeinanderstapelung von insgesamt vier aus derartigen Bauteilen 9, 9a, 9b, 9c gebildeten bzw. hergestellten Komponenten ein Dickenausgleich ermöglicht und somit eine Keilbildung vermieden werden. Ein zweites Bauteil 9a ist hierzu im Vergleich zu dem ersten Bauteil 9 in der Stapelrichtung S* um 180° gedreht und weist somit in der linken oberen Ecke 34 eine größere Dicke als in den Ecken 33, 35 und 36 auf (siehe Figur 10) . Ein drittes Bauteil 9b ist im Vergleich zu dem ersten Bauteil 9 um die Achse Sl gedreht und weist somit in der linken unteren Ecke 35 eine größere Dicke als in den Ecken 33, 34 und 36 auf (siehe Figur 11) . Ein viertes Bauteil 9c ist wiederum im Vergleich zu dem ersten Bauteil 9 um die Achse S2 um 180° gedreht und weist dadurch in der rechten oberen Ecke 36 eine größere Dicke als in den Ecken 33, 34 und 35 auf (siehe Figur 12) . Die Bauteile 9, 9a, 9b, 9c können dabei ohne weiteren Herstellungsschritt bereits die medienführenden Komponenten bilden, oder sie werden in einem letzten Herstellungsschritt vor dem Aufeinanderstapeln noch individualisiert, z.B. durch eine von der Anordnung des Bauteils bzw. der Komponente inThe same result can be achieved in part 9a by use of a construction which is rotated relative to the part 9 through 180 ° about the perpendicular to the stack direction S * of the cell stack ver ¬ current axis Sl or S2 (ie, the front side is exchanged with the rear ). In contrast, has a first member 9 ¬ example, in its lower right hand corner 33 as compared to the other corners 34, 35, 36 has a greater thickness (see Figure 9), then by a succession stacking of total four of such components 9, 9a, 9b, 9c formed or manufactured components allows thickness compensation and thus a wedge formation can be avoided. For this purpose, a second component 9a is rotated by 180 ° in comparison with the first component 9 in the stacking direction S * and thus has a greater thickness in the upper left corner 34 than in the corners 33, 35 and 36 (see FIG. 10). A third component 9b is rotated about the axis S1 in comparison with the first component 9 and thus has a greater thickness in the lower left corner 35 than in the corners 33, 34 and 36 (see FIG. 11). A fourth component 9c is in turn rotated by 180 ° relative to the first component 9 about the axis S2 and thus has a greater thickness in the upper right corner 36 than in the corners 33, 34 and 35 (see FIG. 12). The components 9, 9a, 9b, 9c can already form the media-carrying components without further manufacturing step, or they are still individualized in a final manufacturing step prior to stacking, for example, by one of the arrangement of the component or the component in
Längsrichtung des Zellstapels abhängige Zuordnung und Bereit¬ stellung von Kanälen für die Betriebsmedien oder den Einbau von Elektroden (Kathode, Anode) , Membranen und/oder Gasdiffusionsschichten in den Bauteilen bzw. Komponenten. Longitudinal direction of the cell stack dependent assignment and retrieval ¬ provision of channels for the operating media, or the installation of electrodes (cathode, anode), membranes and / or gas diffusion layers in the components or components.

Claims

Patentansprüche claims
1. Bauteil (9) für eine Komponente (1) zur Führung von Be¬ triebsmedien in einem Stapel (2) in einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelter Zellen (14, 14') einer elektrochemischen Batterie, wobei das Bauteil (9) bzw. die Komponente (1) eine erste Seite (16) mit einer Oberflächenstruktur zur Zufuhr und Abfuhr eines Betriebsmediums zu bzw. von einer ers¬ ten Zelle (14) des Stapels (2) und eine zweite Seite (17) mit einer Oberflächenstruktur zur Zufuhr und Abfuhr eines Betriebsmediums zu bzw. von einer zweiten Zelle (14') des Sta¬ pels (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass 1. component (9) for a component (1) for guiding Be ¬ operating media in a stack (2) in a stacking direction (S) stacked cells (14, 14 ') of an electrochemical battery, wherein the component (9) or the component (1) a first side (16) with a surface structure for supplying and discharging of an operating medium to or from a ers ¬ th cell (14) of the stack (2) and a second side (17) with a surface structure for supplying and Removal of an operating medium to or from a second cell (14 ') of the Sta ¬ pels (2), characterized in that
- das Bauteil (9) um eine erste senkrecht zu der Stapelrich¬ tung (S) des Zellstapels (2) verlaufende Achse (Sl) dreh- symmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet ist,- The component (9) about a first perpendicular to the stacking Rich ¬ tion (S) of the cell stack (2) extending axis (Sl) is designed rotationally symmetrical with respect to an angle of 180 °,
- das Bauteil (9) um eine zweite senkrecht zu der Stapelrich¬ tung (S) des Zellstapels (2) und senkrecht zu der ersten Achse (Sl) verlaufende zweite Achse (S2) drehsymmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet ist, - The component (9) about a second perpendicular to the stacking Rich ¬ tion (S) of the cell stack (2) and perpendicular to the first axis (Sl) extending second axis (S2) is designed rotationally symmetrical with respect to an angle of 180 °,
- die erste Seite (16) und die zweite Seite (17) jeweils in sich um eine in der Stapelrichtung (S) verlaufenden Achse (S*) drehsymmetrisch bezüglich eines Winkels von 180° gestaltet sind. - The first side (16) and the second side (17) in each case about a in the stacking direction (S) extending axis (S *) are designed rotationally symmetrical with respect to an angle of 180 °.
2. Bauteil (9) nach Anspruch 1, 2. Component (9) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Seite (16 bzw. 17) jeweils einen äußeren Bereich (3) und einen inneren Bereich (4) aufweisen, wobei sich die Oberflächenstruktur (6) in dem inneren Bereich (4) befindet und wobei sich die Bauteile (9) bei einer Aufeinanderstapelung in dem Zellstapel (2) in dem Außenbereich (3) berühren. characterized in that the first and second sides (16, 17, respectively) each have an outer portion (3) and an inner portion (4), the surface structure (6) being in the inner portion (4), and wherein the components (9) in a stacking in the cell stack (2) in the outer region (3) touch.
3. Bauteil (9) nach Anspruch 1 oder 2, 3. component (9) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) in die Oberfläche des Bauteils (9) eingebrachte Prägungen um- fasst . characterized in that the surface structure (6) embraces embossings introduced into the surface of the component (9).
4. Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) eine Verteilerstruktur zur Verteilung eines Betriebsmediums über eine Fläche der ersten Seite (16) bzw. der zweiten Seite (17) und/oder eine Sammelstruktur zur Sammlung des Betriebsmediums von einer Fläche der ersten Seite (16) bzw. der zweiten Seite (17) umfasst. 4. The component (9) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface structure (6) has a distributor structure for distributing a working medium over a surface of the first side (16) or the second side (17) and / or a collecting structure for Collection of the operating medium of a surface of the first side (16) and the second side (17).
5. Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) senkrecht zu der Stapelrichtung (S) verlaufende Kanäle (7) zur Zufuhr des Betriebsmediums zu einer Verteilerstruktur bzw. zur Abfuhr des Betriebsmediums von einer Sammelstruktur umfasst . 5. The component (9) according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface structure (6) perpendicular to the stacking direction (S) extending channels (7) for supplying the operating medium to a distributor structure and for discharging the operating medium comprises a collecting structure ,
6. Bauteil (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 6. component (9) according to any one of claims 2 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bereich (3) in der Stapelrichtung (S) verlaufende Kanäle (5, 8) zur Zufuhr und Abfuhr von Betriebsmedien entlang des Zellstapels (2) auf- weist. characterized in that the outer region (3) in the stacking direction (S) extending channels (5, 8) for the supply and removal of operating media along the cell stack (2) has up.
7. Bauteil (9) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7. component (9) according to one of claims 2 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass es in dem äußeren Bereich (3) eine Dichtung (13) zur Abdichtung des inneren Bereichs (4) gegenüber der Umgebung der Zelle (14, 14') aufweist. characterized in that it has in the outer region (3) a seal (13) for sealing the inner region (4) relative to the surroundings of the cell (14, 14 ').
8. Bauteil (9) nach Anspruch 5 und 7, 8. component (9) according to claim 5 and 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (13) zur Abdichtung der Kanäle (5, 8) jeweils gegeneinander sowie zur Abdichtung der Kanäle (5, 8) gegenüber dem inneren Bereich (4) und gegenüber der Umgebung der Zelle (14, 14') dient. characterized in that the seal (13) for sealing the channels (5, 8) respectively against each other and for sealing the channels (5, 8) relative to the inner region (4) and relative to the environment of the cell (14, 14 ') ,
9. Bauteil (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, 9. component (9) according to one of claims 7 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (13) elektrisch isolierend ist characterized in that the seal (13) is electrically insulating
10. Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Stapelrichtung (S) ge¬ sehen rechteckförmig oder quadratisch gestaltet ist. 10. The component (9) according to any one of the preceding claims, characterized in that it ge ¬ see (S) is in the stacking direction designed rectangular or square.
11. Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Zellen (14, 14') um Brennstoffzellen, Befeuchtungszellen zur Befeuchtung von Betriebsgasen von Brennstoffzellen oder um Elektrolysezellen handelt . 11. The component (9) according to one of the preceding claims, characterized in that the cells (14, 14 ') are fuel cells, humidifying cells for humidifying operating gases of fuel cells or electrolysis cells.
12. Bauteil (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (1) zur elektrischen Verbindung einer Elektrode (22) einer ersten elektrochemischen Zelle (14) mit einer Elektrode (22) einer zweiten elektrochemischen Zelle (14') in einem Stapel (2) in einer Stapelrichtung (S) aufeinandergestapelter elektrochemischer Zellen dient. 12. component (9) according to any one of the preceding claims, characterized in that the components (1) for electrically connecting an electrode (22) of a first electrochemical cell (14) having an electrode (22) of a second electrochemical cell (14 ') in a stack (2) in a stacking direction (S) of stacked electrochemical cells is used.
13. Verfahren zur Herstellung eines Zellstapels (2), bei dem aus Bauteilen (9, 9a, 9b, 9c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis13. A method for producing a cell stack (2), wherein from components (9, 9a, 9b, 9c) according to one of claims 1 to
12 gebildete Komponenten (1) und andere Zellbauteile, insbe¬ sondere Elektrolyt-Elektrodeneinheiten (20) oder wasserdurchlässige Membrane, abwechselnd aufeinandergestapelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung einer Keilbil- dung in dem Zellstapel (2) zumindest eine der Komponenten (1) im Vergleich zu einer anderen der Komponenten (1) um die erste senkrecht zu der Stapelrichtung (S) des Zellstapels (2) verlaufende Achse (Sl) um einen Winkel von 180° gedreht und/oder um die zweite senkrecht zu der Stapelrichtung (S) des Zellstapels (2) und senkrecht zu der ersten Achse (Sl) verlaufende zweite Achse (S2) um einen Winkel von 180° ge¬ dreht und/oder die erste Seite (16) und die zweite Seite (17) um eine in der Stapelrichtung (S) verlaufenden Achse (S*) um einen Winkel von 180° gedreht in den Stapel (2) eingebaut wird. 12 formed components (1) and other cell components, in particular ¬ special electrolyte electrode units (20) or water-permeable membrane are stacked alternately, characterized in that in order to prevent a Keilbil- training in the cell stack (2) at least one of the components (1) in comparison to another of the components (1) about the first perpendicular to the stacking direction (S) of the cell stack (2) extending axis (Sl) rotated by an angle of 180 ° and / or the second perpendicular to the stacking direction (S) the cell stack (2) and perpendicular to the first axis (Sl) extending second axis (S2) by an angle of 180 ° ge ¬ rotates and / or the first side (16) and the second side (17) to one in the stacking direction (S) extending axis (S *) rotated by an angle of 180 ° in the stack (2) is installed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Komponenten (1) die Bauteile (9, 9a, 9b, 9c) vor dem Aufeinanderstapeln noch individualisiert werden. characterized in that for the production of the components (1) the components (9, 9a, 9b, 9c) are still individualized prior to stacking.
15. Zellstapel (2), bei dem aus Bauteilen (9, 9a, 9b, 9c) ge¬ mäß einem der Ansprüche 1 bis 12 gebildete Komponenten (1) und andere Zellbauteile, insbesondere Elektrolyt- Elektrodeneinheiten (20) oder wasserdurchlässige Membrane, abwechselnd aufeinandergestapelt sind, 15. Cell stack (2), in which from components (9, 9a, 9b, 9c) ge ¬ according to one of claims 1 to 12 formed components (1) and other cell components, in particular electrolyte electrode units (20) or water-permeable membrane alternately stacked on top of each other,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung einer Keilbil¬ dung in dem Zellstapel (2) zumindest eine der Komponenten (1) im Vergleich zu einer anderen der Komponenten (1) um die erste senkrecht zu der Stapelrichtung (S) des Zellstapels (2) verlaufende Achse (Sl) um einen Winkel von 180° gedreht und/oder um die zweite senkrecht zu der Stapelrichtung (S) des Zellstapels (2) und senkrecht zu der ersten Achse (Sl) verlaufende zweite Achse (S2) um einen Winkel von 180° ge¬ dreht und/oder die erste Seite (16) und die zweite Seite (17) um eine in der Stapelrichtung (S) verlaufenden Achse (S*) um einen Winkel von 180° gedreht in dem Stapel (2) eingebaut ist . characterized in that to prevent Keilbil ¬ tion in the cell stack (2) at least one of the components (1) compared to another of the components (1) about the first perpendicular to the stacking direction (S) of the cell stack (2) extending axis (Sl) rotated by an angle of 180 ° and / or about the second perpendicular to the stacking direction (S) of the cell stack (2) and perpendicular to the first axis (Sl) extending second axis (S2) by an angle of 180 ° ge ¬ rotates and / or the first side (16) and the second side (17) about a in the stacking direction (S) extending axis (S *) rotated by an angle of 180 ° in the stack (2) is installed.
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