WO2019229138A1 - Separatorplatte für ein elektrochemisches system - Google Patents

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WO2019229138A1
WO2019229138A1 PCT/EP2019/063991 EP2019063991W WO2019229138A1 WO 2019229138 A1 WO2019229138 A1 WO 2019229138A1 EP 2019063991 W EP2019063991 W EP 2019063991W WO 2019229138 A1 WO2019229138 A1 WO 2019229138A1
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passage opening
plate
separator plate
bipolar plate
separator
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PCT/EP2019/063991
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Thomas STÖHR
André SPEIDEL
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Reinz-Dichtungs-Gmbh
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Definitions

  • the present document primarily relates to a separator plate for an electrochemical system, a bipolar plate containing such a separator plate, and a multichannel electrochemical system
  • Known electrochemical systems usually include a plurality of separator plates or a plurality of bipolar plates each assembled from two separator plates arranged in a stack so that every two adjacent separator plates or bipolar plates include an electrochemical cell or a humidifier cell.
  • the Separatorplatten as well as the assembled from two separator plates bipolar plates can, for.
  • the electrical contacting of the electrodes of the individual electrochemical cells eg., Fuel cells
  • the electrical contacting of the electrodes of the individual electrochemical cells eg., Fuel cells
  • the separator plates / bipolar plates can also be used to dissipate heat. NEN, which arises in the cells between the Separatorplatten / Bipolarplatten. Such waste heat can occur, for example, in the conversion of electrical or chemical shear energy in a fuel cell.
  • the separator plates and thus also the bipolar plates formed from them each have at least one passage opening.
  • the aligned or at least partially overlapping arranged through openings of the stacked separator plates / bipolar plates then form media channels for media supply or for stipulateablei.
  • the separator plates / bipolar plates also have sealing arrangements, which are each arranged around the passage opening of the separator / bipolar plate around.
  • the sealing arrangements can, for. B. as formed in the respec ge plate, in particular embossed sealing bead be formed.
  • the separator plates may also have channel structures for supplying an active region of the separator plate / bipolar plate with one or more media and / or for removing media.
  • the active area of two separator plates / bipolar plates arranged opposite one another on opposite sides of the cell can e.g., include or limit an electrochemical cell or a humidifier cell.
  • the media may be, for example, fuels (eg, hydrogen or methanol), reaction gases (eg, air or oxygen), or a coolant as media to be carried, and reaction products and heated coolant as discharged media.
  • the reaction media are usually used on the opposite surfaces of the bipolar plates, i. Fuel and reaction gases, led, while the cooling medium is guided in a cavity between the two
  • Bipolar plate forming separator plates is formed.
  • the arrange around the passage opening of the separator plate / bipolar plate th sealing arrangements may each have one or more passages.
  • These bushings serve to establish a fluid connection between the passage opening of the separator plate / bipolar plate and the active region or between the through hole of the bipolar plate and the cavity of the bipolar plate described above.
  • Corresponding bushings are known for example from DE10248531A1, z. B. in the form of breakthroughs in the flanks of the dense beads.
  • separator plates or bipolar plates typically have ordered distribution regions between the through-openings and the active region of the plate, which serve to distribute medium which is supplied to the respective plate via a passage opening of the plate as evenly as possible over the active region of the plate ,
  • the distribution areas z. B. distribution structures in the form of webs and channels have.
  • Comparable structures are used to collect a medium that is led away from the active area and to lead to a through-hole, the areas in question are also referred to here as the distribution area, since only the flow direction differs.
  • the present invention is therefore based on the object, a
  • a separator plate for an electrochemical system comprising:
  • an active region having structures for guiding a reaction medium along a flat side of the separator plate
  • first sealing structure has a first passage for passing a reaction medium through the first sealing structure
  • first passage has a first passage opening facing away from the first passage opening
  • first passage defines a first direction directed from the first passage opening to the first passage opening; and wherein the first passage opening is in fluid communication with the active area via the first passage.
  • the separator plate proposed here is characterized in that the first passage is arranged and designed such that the first direction encloses an angle of at least 100 degrees with a second direction (angular dimension).
  • the second direction is defi ned by a shortest straight line connecting the first passage opening of the first passage with a media inlet or with a media outlet of the active area, the second direction from the first passage opening of the first passage to the media inlet or outlet of the active Range is Dirich tet is.
  • the shortest connecting line defining the second direction is to be determined purely geometrically and independently of a flow direction of the medium along the plate surface.
  • the first direction and the second direction each define a directional arrow.
  • the included angle of at least 100 degrees from the first direction and the second direction should be that of the included angle of the corresponding arrowheads that is less than or equal to 180 degrees (no obtuse angles).
  • the orientation of the first passage proposed herein has the effect that, as it flows from the first port to the active area, the medium is at least partially diverted on its way from the first port to the inlet of the active area. Often, the flow rate of the medium is reduced at least from sectionwise. Thus, a particularly homogeneous distribution of the medium over the active area can be achieved.
  • a Distribution area which is typically arranged between the first passage opening and the active area and which is designed for guiding and distributing the medium on its way from the first passage opening to the inlet of the active area, in the separator plate proposed here smaller and the active area correspondingly larger beaded det.
  • the power density of an electrochemical system containing the separator plate proposed here can thus be improved.
  • the angle included by the first direction and the second direction may also be at least 105 degrees, preferably at least 110 degrees and most preferably at least 120 degrees. In some interpretations it is even possible that the angle is at least 140 degrees.
  • the first implementation usually further has one of the first through opening facing the second passage opening.
  • the first direction which defines the orientation of the first feedthrough, can be defined, for example, by a shortest straight line, also called a pass-line, which binds the first feedthrough opening to the second feedthrough opening.
  • the separator plate may further include a perimeter sealing structure that orbits the first sealing structure and the active area.
  • the perimeter-sealing structure and the first sealing structure may then be formed such that a portion of the first sealing structure and a portion of the perimeter-sealing structure define a channel bounded by the first sealing structure and the perimeter-sealing structure.
  • the first through-opening facing away from the first through-opening may, for example, be in fluid communication with the said inlet or outlet of the active region via this channel defined by the first sealing structure and by the perimeter sealing structure. The flow of media between the first passage and the active area is thus guided, diverted and / or directed from the perimeter sealing structure at least in some areas.
  • the separator plate may further include at least one second through hole for passing a coolant or a reaction medium through the separator plate.
  • the separator plate then typically further comprises a second sealing structure surrounding the second passage opening for sealing the second passage opening.
  • the perimeter seal structure and the second seal structure may then be formed such that a portion of the second seal structure and a portion of the perimeter seal structure define a channel bounded by the second seal structure and the perimeter seal structure.
  • the first through-opening facing away from the first passage opening can then pass through the first through-opening through the second sealing structure and through the second through-opening
  • Perimeter sealing structure defined channel be in fluid communication with the genann th inlet or outlet of the active area.
  • the media flow between the first passage and the active area is thus guided, diverted and / or deflected at least in some areas by the perimeter sealing structure and by the second sealing structure without the need for separate components or structures.
  • the first sealing structure and the second sealing structure may also be formed such that a portion of the first sealing structure and a portion of the second sealing structure define a channel bounded by the first sealing structure and by the second sealing structure.
  • the first through-opening facing away from the first through-opening can then be in fluid communication with said inlet or outlet of the active region via the first through the first sealing structure and through the second sealing structure defi ned channel.
  • the media flow between the first execution and the active region is thus at least partially guided, redirected and / or deflected by the first sealing structure and by the second sealing structure.
  • the separator plate may be formed of metal, preferably stainless steel.
  • a metal sheet from which the Separatorplatte is formed, z. B. have a thickness of at most 150 miti, of at most 120 pm or of at most 100 pm.
  • the separator plate has preferably at least on its surface, which serves for the distribution of reaction medium, at least from section to a coating.
  • the first sealing structure and / or the second sealing structure and / or the perimeter sealing structure may or may be formed as dense beads or sealing beads embossed into the separator plate.
  • the perimeter sealing structure encloses all the first and second sealing structures, ie a perimeter bead extends in such a way that all other sealing structures of a separator plate are surrounded by it.
  • the structures of the active region for guiding a reaction medium may also be embossed into the separator plate.
  • the separator plate may have a distribution region arranged between the first passage opening and the active region.
  • the first passage opening of the first passage may be in fluid communication with the active area via the distribution area.
  • Distribution region may have distribution structures, which are arranged to distribute a starting from the first passage opening of the first implementation in the distribution region initiated reaction medium over the active area and / or a starting from the active area to the first through-opening of the first implementation towards flowing reaction medium to the first passage opening to collect or bundle.
  • the distribution structures of the distribution area can be embossed into the separator plate.
  • the separator plate can be formed from exactly one layer of a metal sheet, for example from exactly one layer of a stainless steel sheet.
  • the first passage opening of the first implementation of the separator plate may, for. B. be formed as a passage window, as a through hole or as a puncture in the separator.
  • medium may flow from a first flat side of the separator plate through the first passage opening to a second flat side of the separator plate or vice versa. If the first feedthrough opening of the first feedthrough of the separator plate is designed as a through-window, through-hole or puncture in the separator plate, then it is in particular spaced from the edge or from a side edge of the separator plate.
  • the bipolar plate has a first separator plate of the type described above and a second separator plate, wherein the first
  • Separator and the second separator plate are formed of metal, preferably made of stainless steel.
  • the second separator plate also has a first passage opening which is aligned with the first passage opening of the first separator plate, wherein the aligned first through holes of the first separator plate and the second separator plate having a first passage opening of
  • the first separator plate and the second separator plate of the bipolar plate may be welded together, in particular by a laser weld connection.
  • first separator plate and exactly one second separator plate form the bipolar plate.
  • the first separator plate of the bipolar plate and the second separator plate of the bipolar plate may be formed from ge a position of a metal sheet, for example, in each case exactly one layer of a stainless steel sheet, the metal sheets may, if appropriate, in particular sections, have a coating.
  • the bipolar plate in this case therefore consists of exactly two layers, in particular two layers. talllagen.
  • Perimeter sealing structure of the first separator plate defined channel so the connection, in particular the welded joint, between the first and the second separator plate of the bipolar plate alternatively or additionally at least in sections in the region of the second sealing structure of the first separator plate and by the Perimeterdicht Modell the first separator plate be formed defined channel.
  • connection in particular the welded connection, between the first and the second separator plate of the bipolar plate may alternatively or additionally be at least in sections in the area of the first sealing structure of the first separator plate and by the second sealing structure of the first
  • Separator plate defined channel be formed.
  • This dual use also reduces the space required for the media feed and distribution and increases the area available as the active area.
  • the second separator plate of the bipolar plate may also have a second passage opening.
  • the second Through opening of the first separator plate and the second fürgangsöff voltage of the second separator plate can then be aligned with each other and form a second through hole of the bipolar plate.
  • the first separator plate and the second separator plate of the bipolar plate may further include a cavity for passing a coolant through the bipolar plate. Typically, this cavity is bounded by a cavity-facing rear side of the active region of the bipolar plate. Thus, viademit tel, which is passed through the cavity, heat can be dissipated from the active region of the bipolar plate.
  • the cavity of the bipolar plate may be in fluid communication with the second through hole of the bipolar plate.
  • the fluid connection between the second through hole of the bipolar plate and the hollow space of the bipolar plate may, for. B. open on a side facing the active region side of the second through hole of the bipolar plate in the second through-opening of the bipolar plate.
  • the second through hole of the bipolar plate may be formed or shaped such that a parallel to a plane plane of the bipolar plate certain cross section of the second through hole of the bipolar plate at least in an active area Endab section of the second through hole of the bipolar plate increases toward the active area.
  • the second passage opening parallel to a total media flow direction in the active area may have a maximum diameter or a maximum width that has a first end facing the active area.
  • the said cross section of the second passage opening can then be determined perpendicular to this maximum diameter of the second passage opening.
  • Said cross-section of the second passage opening may increase in a continuous section along the maximum diameter of the second fürgangsöff voltage to the active area throughout strictly monotonously.
  • the contiguous portion may face the active area have first end and a second end remote from the active area.
  • a distance of the first end of the contiguous portion from the first end of the maximum diameter of the second passage opening may be 10 percent of the length of the maximum diameter of the second passage opening.
  • a distance of the second end of the contiguous portion from the first end of the maximum diameter of the second through-opening may be 40 percent of the length of the maximum diameter of the second through-opening.
  • the second through opening of the bipolar plate is in fluid communication with said cavity of the bipolar plate, for example for introducing coolant into the cavity or for discharging coolant from the cavity, this can contribute to a particularly efficient cooling of the active region of the bipolar plate.
  • the fluid connection between the second passage opening and the cavity, in particular where it opens into the second passage opening in this way have a particularly large flow cross-section.
  • the first through-opening of the bipolar plate may be formed or shaped such that a parallel to Planflä chenebene the bipolar plate certain cross-section of the first passage opening of the bipolar plate at least in a side facing away from the active region end portion of the first passage opening in one of the active region opposite direction increases.
  • the first port may have a maximum diameter parallel to a media flow direction in the active area that has a first end facing the active area.
  • the said cross section of the first passage opening can then be determined perpendicular to this maximum diameter of the first passage opening.
  • Said cross-section of the first passage opening may be in a contiguous From section along this maximum diameter of the first fürgangsöff voltage in the direction away from the active region direction strictly monotonously increase.
  • This coherent section can be a active area facing the first end and a ist of the active area have second end.
  • a distance of the first end of the contiguous portion from the first end of the maximum diameter of the first passage opening may be 60 percent of the length of the maximum diameter of the first passage opening.
  • a distance of the second end of the contiguous portion from the first end of the maximum diameter of the first passage opening may be 90 percent of the length of the maximum diameter of the first passage opening.
  • first through hole of the bipolar plate and the second through hole of the bipolar plate along a direction which is aligned transversely or perpendicular to a shortest straight line connecting the first through-opening and the active region, be arranged side by side is.
  • the second through-opening of the bipolar plate may be arranged between the first through-opening of the bipolar plate and the active region of the bipolar plate.
  • an electrochemical system with a plurality of separator plates or bipolar plates as described above and arranged between the bipolar plates between membrane units, in particular arranged in each case between adjacent bipolar plates
  • the electrochemical system may, for. B. as fuel cell stack or be designed as an electrolyzer.
  • the membrane units can then z. B. each comprise at least one electrolyte membrane.
  • the electrochemical system can also be designed as a humidifier, wherein the membrane units are then z. B. may each comprise at least one What seritalmembran.
  • FIG. 1 shows schematically a perspective view of an electrochemical see system with a variety of bipolar plates
  • Fig. 2A schematically shows a known separator plate in a plan view
  • Fig. 2B shows schematically a section through a stack known
  • FIG. 3A schematically shows a separator plate of the type proposed here according to a first embodiment in a plan view.
  • Fig. 3B schematically shows a detail of the separator plate of Fig. 3A in one
  • FIGS. 3A and 3B schematically shows a section through an electrochemical system with a stack of bipolar plates, each of which in FIGS. 3A and 3B contain separator plate shown; such as
  • FIGS. 4-8 schematically further embodiments of a separator plate of the type proposed here, each in a plan view.
  • FIG. 1 shows an electrochemical system 1 of the type proposed here with a plurality of identically constructed metallic separator plates 2, which are arranged in a stack and stacked along a z-direction 7.
  • Bipolar plates 2 of the stack are clamped between two end plates 3, 4.
  • the z-direction 7 is also called stacking direction.
  • the bipolar plates 2 each comprise two interconnected metal separator plates (see, eg, Fig. 2B).
  • the system 1 is a fuel cell stack.
  • Each two adjacent bipolar plates 2 of the stack thus include between them an electrochemical cell, the z. B. the conversion of chemical energy into electrical energy is used.
  • the electrochemical cells usually each have one
  • MEA Membrane electrode unit
  • the MEAs typically each contain at least one membrane, e.g. B. an electrolyte membrane.
  • GDL gas diffusion layer
  • the system 1 may also be configured as an electrolyte, compressor or redox flow battery.
  • Bipolar plates can also be used in these electrochemical systems. The structure of these bipolar plates can then correspond to the structure of the bipolar plates 2 explained in more detail here, even if the media carried on or through the bipolar plates in an electrolyzer, in an electrochemical compressor or in a redox flow battery in each case from those for a fuel cell system used media may differ. The same applies to the Separatorplatten, in particular one
  • the end plate 4 has a multiplicity of media connections 5, via which media can be supplied to the system 1 and can be discharged from the system 1 via the media. These system 1 can be fed and discharged from the system 1 media can, for.
  • reaction gases such as air or oxygen
  • reaction products such as water vapor or Torei cherte fuels or coolants such as water and / or glycol
  • coolants such as water and / or glycol
  • Fig. 2A shows a section of a known from the prior art bipolar plate 2 in a plan view, wherein the bipolar plate 2 according to FIG. B. in an electrochemical system according to the type of system 1 of FIG. 1 is usable.
  • the bipolar plate 2 is formed from two cohesively assembled individual plates or separator plates 2a, 2b, of which in Fig. 2A, only the first separator plate 2a is visible, which covers the second separator plate 2b.
  • the separator plates 2 a, 2 b can each be made of a metal sheet, for. B. each of exactly one stainless steel sheet.
  • the separator plates 2 a, 2 b have mutually aligned through openings, which form passage openings 11 a, 11 b, 11 c of the bipolar plate 2.
  • the through-openings 11a-c form lines which extend in the stacking direction 7 through the stack 2 (see FIG. 1).
  • each of the lines formed through the through-holes 11a-c is in fluid communication with one of the ports 5 in the end plate 4, respectively
  • the lines formed by the through-holes 11a, 11b serve to supply the electrochemical cells of the fuel cell stack 2 with fuel and reaction gas.
  • coolant can be introduced into the stack 2 or discharged from the stack 2 via the line formed by the passage 11c.
  • the first separator plate 2a has beads 12a, 12b, 12c which are respectively arranged around the passage openings 11a-c and which the passage openings 11a-c respectively completely enclose.
  • the second separator plate 2b has at the side remote from the viewer of FIG. 2A rear side of the bipolar plate 2 corresponding beads for sealing the passage openings lla-c (not shown).
  • the first separator plate 2a on its front side facing the observer of FIG. 2A has a flow field 17 with structures for guiding a reaction medium along the front side of the separator plate 2a. These Structures are given in Fig. 2A by a plurality of webs and extending between the webs and limited by the webs channels.
  • FIG. 2A shows only a section of the active region 18 on the front side of the bipolar plate 2.
  • the first separator plate 2a also has a distribution or collection region 20.
  • the distribution or collection area 20 comprises
  • Distribution structures which are arranged to distribute a medium introduced from the passage opening 11a into the distribution or collection area 20 over the active area 18 and / or to collect or bundle a medium flowing from the active area 18 to the passage opening 11a.
  • the distribution structures of the distribution or collecting region 20 are also given in Fig. 2A by webs and extending between the webs and limited by the webs channels.
  • the first separator plate 2a further has a perimeter bead 12d which orbits the flow field 17, the distribution or collection area 20 and the passage openings 11a, 11b and the latter opposite to the passage opening 11c, ie with respect to the coolant circuit, and the environment of Systems 1 seals.
  • a Perimetericke is therefore just like a here called a sealing bead bead a sealing element.
  • the structures of the active region 18, the distribution structures of the distribution or collection region 20 and the beads 12a-d are integrally formed with the separator plate 2a and molded into the separator plate 2a, e.g. B. in a stamping or deep drawing process.
  • Separator plate 2a are through passages 13a through the bead 12a in fluid communication with the through hole 11a and with the conduit formed by the through hole 11a through the stack 2.
  • the distribution structures of the distribution or collection region 20 are in fluid communication with the structures or channels of the flow field 17.
  • a medium passed through the through-opening 11a can be introduced into the bead 12a via the passages 13a and into the distribution structures of the distribution or collection region 20
  • Flow field 17 are introduced in the active region 18 of the bipolar plate 2.
  • the through-hole 11b or the line formed by the through-hole 11b through the stack 2 is correspondingly in fluid connection with a distribution and collection area and above this with a flow field at the rear side of the bipolar plate facing away from the observer of FIG 2.
  • the passage opening 11c, however, or the line formed by the through-opening 11c through the stack 2 is in fluid communication with a cavity enclosed by the separator plates 2a, 2b or enclosed cavity 22, which is formed for guiding a coolant through the bipolar plate 2.
  • the passages 13a through the bead 12a have at their end remote from the through-opening 11a each a first passage opening 13a 'and at its the passage opening 11a end facing each case a second passage opening 13a "on.
  • a first direction 14a (short dotted arrow) is defined by the bead 12a, which represents an orientation of the respective passage 13a.
  • a second direction 15a (dot-dashed arrow) is defined for each of the passages 13a by the bead 12a.
  • the bushings 13a associated with the first directions 14a are each directed from the passage opening 11a to the first feedthrough opening 13a 'out. And the second directions 15a associated with the bushings 13a are respectively directed from the first through hole 13a 'toward the active area 18.
  • the first and second directions 14a, 15a assigned to this feedthrough 13a are shown as arrows by way of example for one of the feedthroughs 13a through the bead 12a.
  • the arrow directions should not necessarily reflect the direction of flow of the medium.
  • medium can be applied either in the direction of the arrow, i. H. from the through-hole 11a to the active region 18, or against the arrow direction, d. H. from the active region 18 to the passage opening 11a to flow. It is clear that for the üb rige shown in Fig. 2A bushings 13 a through the bead 12 a accordingly the above definition in each case in the same way a first direction 14 a and a second direction 15 a is given.
  • Bipolar plate 2 and separator plate 2a close thetechnischge by arrows solicitge first and second direction 14a, 15a an angle of about 20 °, which is indicated by a dashed arc.
  • the angle between tween this implementation associated first and second direction is about 90 ° degrees.
  • the passages 13 a through the bead 12 a which surrounds the through-hole 11 a and seals, at a the akti ven area 18 facing side of the through hole 11 a and the bead 12 a arranged. If medium flows through the feedthroughs 13 a, starting from the passage opening 11 a, it then flows toward the active area 18 or approximately to the active area 18 at this moment.
  • FIG. 2B shows a section through a stack of bipolar plates 2 of the type illustrated in FIG. 2A, wherein the sectional plane is represented by that shown in FIG. 2A Just AA is given.
  • the bipolar plates 2 are each formed from two joined metal separator plates 2a, 2b.
  • the separator plates 2 a, 2 b of the bipolar plates 2 can be joined together in each case by welded connections, in particular by laser welding connections.
  • an electrochemical cell with a membrane 19 is arranged in each case, for. B. in the form of an electrolyte membrane.
  • gas diffusion layers 20a, 20b, which improve the onflow of the membrane 19 in the active region 18, are disposed on either side of the membranes 19.
  • FIG. 3A shows a bipolar plate 300 of the type proposed here according to a first embodiment in a plan view.
  • FIG. 3B shows a section of the bipolar plate 300 according to FIG. 3A.
  • FIG. 3C shows a section through a stack of bipolar plates 300 of the type shown in FIGS. 3A and 3B shown, wherein between adjacent bipolar plates of the stack in each case a membrane 19 or its edge region is arranged.
  • the sectional plane of the sectional view of FIG. 3C is perpendicular to the plane planes of the bipolar plates 300 of the stack and thus perpendicular to the drawing planes of FIGS. 3A and 3B aligned.
  • the sectional plane of Fig. 3C is taken along the cut line B-B shown in Fig. 3B.
  • it may, for. B. to act a stack of an electrochemical system in the manner of the system 1 of FIG. 1.
  • the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C are assembled from exactly two metal separator plates 300a, 300b, wherein the separator plate 300b is replaced by the device shown in FIGS. 3A, 3B facing separator plate 300a is hidden.
  • the separator plates 300 a, 300 b of the bipolar plate 300 may, for. B. each of a stainless steel sheet be formed of a thickness of less than 100 mih.
  • the bipolar plate 300 has a rectangular shape, wherein a length of the bipolar plate 300 is about three times a width of the bipolar plate 300.
  • the bipolar plate 300 has through holes 11a-c for passing media through the bipolar plate 300.
  • each of the through-openings 11a-c designated by the same reference numerals are in fluid communication with one another at opposite sides or ends of the bipolar plate 300.
  • Each of the through holes 11a-c will be circulated by a sealing bead 12a, 12b, 12c formed to seal the through holes 11a-c.
  • the separator plate 300a of the bipolar plate 300 has a perimeter bead 12d. In contrast to the perimeter bead 12d of the bipolar plate 2 according to FIG. 2A, the perimeter bead 12d circumscribes the
  • Bipolar plate 300 not only the active region 18, the distribution or collection regions 20 and the through-openings 11a and 11b, but in addition also the through-openings 11c, thus enclosing all of the through-holes 11a-11c.
  • the first through holes, indicated at 11a are in fluid communication with each other via passages 13a through the sealing beads 12a via the distribution and collection regions 20 and over the active region 18.
  • the active region 18 of the separator plate 300 a of the bipolar plate 300 has a rectangular or substantially rectangular shape, wherein the edges of the active region 18 extend parallel to the side edges of the bipolar plate 300.
  • the active region 18 has structures for guiding a reaction medium along the outer surface of the bipolar plate 300, the structures of the active region 18 in the bipolar plate 300 comprising channels and webs, resulting in a total media flow direction 50.
  • the structures of the active region 18 in other embodiments are given in a different form than by webs and channels.
  • the distribution or collection regions 20 of the separator plate 300a of the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A, 3B also each have a rectangular or substantially rectangular shape, with the edges of the distribution or collection areas 20 parallel extend to the side edges of the bipolar plate 300.
  • the distribution and collection areas 20 have distribution structures which are designed to distribute medium flowing from the passage opening 11a to the active area 18 as homogeneously as possible over the active area 18 or to collect medium flowing from the active area 18 to the passage opening 11a.
  • the distribution structures of the distribution or collection regions 20 comprise in the separator plate 300a of the bipolar plate 300 knob-like elevations.
  • knob-like elevations z. B. cut a round or substantially round cross.
  • the distribution structures of the distribution or collection areas 20 are given in modified embodiments in a different form than by knob-like elevations; z. B. they may also include webs and channels.
  • the second through holes denoted by 11c are through passages 13c through the seal beads 12c and one through the separator plates 300a, 300b of FIG
  • Bipolar plate 300 enclosed cavity 22 together in Fluidverbin tion.
  • the cavity 22 serves to pass coolant through the bipolar plate 300 and is bounded by a cavity 22 facing remindsei te of the active region 18 of the separator plate 300 a. Through the cavity 22 performed coolant can serve in this way, in particular the cooling of the active region 18.
  • the through openings of the separator plate 300a of the bipolar plate 300 which are denoted by 11b, are provided via feedthroughs 13b through the sealing beads 12b and via distribution and collection regions as well as over an active region in Fig. 3A concealed separator plate 300b in fluid communication with each other.
  • the structures of the active region 18, the distribution structures of the distribution or collection regions 20, and the seal beads 12a-d may be integrally formed with the separator plate 300a of the bipolar plate 300.
  • they may each be molded into the separator plate 300a, in particular by stamping or deep drawing.
  • the same can be said of the active region, the distribution structures and the dense densities of the embodiments shown in FIGS. 3A, 3B concealed separator plate 300b of the bipolar plate 300 apply.
  • the distribution or collection regions 20 are respectively disposed between the through-holes 11 a-c and the active region 18.
  • one of the distribution or collection areas 20 is arranged between the through-opening 11a and the active area 18, so that medium flowing from the through-opening 11a to the active area 18 or medium flowing from the active area 18 to the through-opening 11a is in each case through one of the distribution channels. or collecting areas 20 flows.
  • Separator plates 300a, 300b of the bipolar plate 300 each have a substantially rectangular shape, in Figs. 3A, 3B, in particular in each case a square or a substantially square shape, wherein the side edges of the through openings lla-c are aligned parallel to the side edges of the bipolar plate 300.
  • the passage openings lla-c are arranged side by side and aligned along the x-direction 8 symmetrically or substantially symmetrically to each other.
  • the separator plate 300a of the bipolar plate 300 as shown in FIGS. 3A-C differs from the separator plate 2A of the bipolar plate 2 according to FIG. 2A in particular by the arrangement and orientation of the passages 13a, which establish a fluid connection between the passage opening 11a and the active region 18.
  • the separator plate 300a shown in FIGS. 3A-C are the bushings 13a in contrast to the separator plate 2a according to FIG. 2A on a side of the passage opening facing away from the active region 18. tion 11a and the sealing bead 12a arranged.
  • the orientation of the feedthroughs 13a may be described by a first direction 14a.
  • the first direction 14a is for each of the passages 13a by a shortest straight line between the passage openings 13a ', 13a "gege ben and is respectively from the passage opening 11a to the first imple ment opening 13a' out directed, wherein the first passage opening 13a 'one of the passage opening
  • the first direction 14a is exemplified for one of the imple ments 13a as a directed dotted arrow pointing in the negative x-direction 8 and thus in a direction away from the active region 18 direction.
  • medium can flow in the direction of arrow or against the direction of the arrow through the Natural Yorkun conditions 13 a.
  • a second direction 15a is shown in FIG. 3B.
  • the second direction 15 a is given by a shortest kausgera de between the first passage opening 13 a 'and an inlet or outlet 16 of the active area 18 and directed from the first passage opening 13 a' to the active area 18 out.
  • the second Rich device 15 a is shown as a dotted-dashed arrow, which points in the positive x-direction 8 and thus to the active region 18.
  • the first direction 14a and the second direction 15a in the separator plate 300a according to FIG. 3B enclose an angle of at least 100 degrees, in particular of 180 degrees.
  • This orientation of the passage openings 13a of the separator plate 300a has z. B. to the consequence that medium, which flows from the through-hole 11 a through the passage openings 13 a to the active area, undergoes a significant change in its flow direction (in Fig.
  • the passages 13a are in fluid communication with the active region 18, in particular via channels bounded by the sealing beads 12a-d, for example via a channel 23 between the sealing bead 12a and the perimeter bead 12d, via a channel 24 between the sealing beads 12a and 12c, via a channel 25 between the sealing bead 12c and the perimeter bead 12d, via a channel 26 between the sealing beads 12b and 12c and via a channel 27 between the sealing bead 12b and the perimeter bead 12d.
  • the channel 23 between the sealing bead 12c and the perimeter bead 12d is also shown in section in FIG. 3C, wherein it is not provided with a separate reference numeral for each bipolar plate.
  • the section of a sectional view shown in FIG. 3C can continue in the region extending to the left of the bead 12a, ie. the walls of the bipolar plate bounding the channels 23 to 26, as well as the beads 12a to 12d, the passages 13a, 13a ', 13a "and the walls delimiting the channels of the flow field 17, are formed directly in one of the separator plates of the bipolar plate So without separately manufactured and attached to the plates attached sealing elements or the like.
  • FIG. 4 shows a detail of a bipolar plate 400 of the type proposed here according to a second embodiment in a plan view.
  • the bipolar plate 400 according to FIG. 4 is a modification of the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C. In the following, therefore, for the sake of simplicity, primarily only the differences between the
  • the bipolar plate 400 is also formed from exactly two assembled metal separator plates 400a, 400b, wherein the separator plate 400b in FIG. 4 is covered by the separator plate 400a.
  • the bipolar plate 400 has bushings 13 a through the sealing bead 12 a, which are arranged on a side facing away from the active region 18 of the bipolar plate 400 side of the through hole 11 a and the sealing bead 12 a.
  • the bipolar plate 400 in contrast to the bipolar plate 300, however, additionally a passage 13a, in which the first direction 14a 'with the second direction 15a a slightly smaller angle a 2 of includes about 135 degrees. In Fig. 4, this is the leftmost through leadership 13a through the sealing bead 12a.
  • bipolar plate 400 differs from that of FIG.
  • Bipolar plate 300 in the form of the through holes 11a-c, which in the bipolar plate 400 each have a trapezoidal shape or substantially a trapezoidal shape, wherein the parallel edges of the through holes lla-c each parallel to the y-direction 9 and thus transversely or perpendicular to Longitudinal direction of the bipolar plate 400 are aligned.
  • the passage opening 11 c, the z. B. may be part of a coolant circuit of the bipolar plate 400 containing system 1 of FIG. 1, has a parallel to the plane surface plane of the bipolar plate 400 and in the y-direction 9 be true cross-section along the x-direction 8 of one of the active region 18 facing away from the end of the passage opening 11 c to a the active region 18 facing the end of the passage opening 11 c out continu ously larger.
  • the cross section takes at least in a region extending on a straight line which runs parallel to the summari medium flow direction 50 of the active region, between about 5% and 95% of the extension the first passage opening to the active area and thus also between 60% and 90% of this extension, ie between the two double-dashed lines, strictly monotone.
  • a particularly good coolant supply of the bipolar plate 400 can be ensured.
  • the flow cross-section of all feedthroughs 13c through the sealing bead 12c in the bipolar plate 400 according to FIG. 4 is compared with a comparable bipolar plate of the prior art, but also with respect to the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C enlarged.
  • the cross-section at least in a region extending on a straight line which is parallel to the active medium summary flow direction 50, between about 5% and 95% of the extension of the first Passage opening to the active area, and thus between 10% and 40% of this extension, ie between the two double-dashed lines, strictly monotone.
  • the side facing away from the active region 18 side of the through holes 11 a, 11 b and the dense beads 12 a, 12 b in the bipolar plate 400 is longer than in the bipolar plate 300 and z. B. each have a larger number of bushings 13 a, 13 b. This can improve the supply of the active region 18 with reaction medium and thus the effi ciency of the bipolar plate 400 containing electrochemical system 1.
  • the distribution structures of the distribution or Sammelbe rich 20 of the bipolar plate 400 parallel to the planar surface plane of the bipolar plate 400 each have an elongated cross-section.
  • This cross section can z. B. substantially rectangular, oval or otherwise shaped.
  • FIG. 5 shows a detail of a bipolar plate 500 of the type proposed here according to a third embodiment in a plan view.
  • Bipolar plate 500 according to FIG. 5 is a modification of the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C. In the following, therefore, for the sake of simplicity, primarily only the differences between the
  • the bipolar plate 500 is formed of two metal separator plates 500a, 500b joined together, and the separator plate 500b in FIG. 5 is hidden by the separator plate 500a. Again, an angle a between the first direction 14a and the second direction 15a 180 degrees.
  • the bipolar plate 500 according to FIG. 5 differs from the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C, characterized in that the separator plate 500a additional feedthroughs 28 through the surrounding opening 11a Dichtsi bridge 12a has.
  • the bushings 28 are aligned parallel to the y-axis 9. The feedthroughs 28 can further improve the supply of the active region 18 with reaction medium or the removal of reaction medium from the active region.
  • FIG. 6 shows a detail of a bipolar plate 600 of the type proposed here according to a fourth embodiment in a plan view.
  • the bipolar plate 600 according to FIG. 6 is a modification of the bipolar plate 400 according to FIG. 4. In the following, therefore, for the sake of simplicity, only the differences between the bipolar plates 400 and 600 will be emphasized.
  • the bipolar plate 600 is formed of two metal separator plates 600a, 600b joined together, and the separator plate 600b in FIG. 6 is hidden by the separator plate 600a.
  • the bipolar plate 600 according to FIG. 6 differs from the bipolar plate 400 according to FIG. 4 in that the separator plate 600a has additional feedthroughs 28 through the sealing bead 12a surrounding the passage opening 11a and additional passages 29 through the sealing bead 12b surrounding the passage opening 11b.
  • the bushings 28 and 29 are each aligned parallel to the y-axis 9 Weil.
  • the feedthroughs 28 may further enhance the supply of reaction medium to the active region 18 or the discharge of reaction medium from the active region 18.
  • the feedthroughs 29 can further improve the supply of an active area of the separator plate 600b with reaction medium or the discharge of reaction medium from the active area of the separator plate 600b.
  • FIG. 7 shows a detail of a bipolar plate 700 of the type proposed here according to a fifth embodiment in a plan view.
  • the bipolar plate 700 according to FIG. 7 is a modification of the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C. In the following, therefore, for the sake of simplicity, only the differences between the
  • the bipolar plate 700 is also formed from two metal separator plates 700a, 700b, the separator plate 700b being concealed in FIG. 7 by the separator plate 700a.
  • the bipolar plate 700 according to FIG. 7 differs from the bipolar plate 300 according to FIGS. 3A-C especially in the arrangement of fürgangsöffnun gene lla-c.
  • the through hole 11 c in the bipolar plate 700 is disposed between the through holes 11 a and 11 b and the active region 18.
  • the passage opening 11 c of the bipolar plate 700 may, for. B. part of a cooling circuit of the bipolar plate 700 containing electrochemical system 1 of FIG. 1 be.
  • the through-holes 11a, 11b may serve to supply to the bipolar plate 700 adjacent electrochemical cells with reaction gases.
  • Fig. 7 exemplifies the angle a between the thirteenth th associated with this implementation 13a first direction 14a and second direction 15a highlighted. This angle a is here again 180 degrees.
  • the distribution structures of the distribution or collection region 20 in the bipolar plate 700 shown in FIG. 7 are similar to those of the bipolar plate 400 4 parallel to the planar surface plane of the bipolar plate 700 a längli chen cross section.
  • the distribution structures of the distribution or collection region 20 of the bipolar plate 700 have both elevations, which are directed in the direction of the active region 18, with respect to the side edges of the bipolar plate 700 from outside to inside, as well as depressions, which are directed from inside to outside, on, wherein the recesses mainly serve to cool the cavity 22 facing the rear side of the
  • Separator plate 700a to distribute over the cavity 22 in order to ensure the most uniform cooling of the active region 18.
  • FIG. 8 shows a section of a bipolar plate 800 of the type proposed here according to a sixth embodiment in a plan view.
  • the bipolar plate 800 according to FIG. 8 is a modification of the bipolar plate 700 according to FIG. 7. In the following, therefore, for the sake of simplicity, only the differences between the bipolar plates 800 and 700 will be emphasized.
  • the bipolar plate 800 is formed from two metal separator plates 800a, 800b, the separator plate 800b being concealed in FIG. 8 by the separator plate 800a.
  • the bipolar plate 800 according to FIG. 8 differs from the bipolar plate 700 according to FIG. 7 in that between the through-openings 11 a, 11 b and the active region 18 two separate through-openings 11 c are seen, which are respectively circulated by a sealing bead 12 c and the are respectively in fluid communication with the cavity 22 enclosed by the separator plates 800a, 800b via passages 13c through the respective sealing bead 12c.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) für ein elektrochemisches System (1), umfassend: wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (11a) zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a); einen aktiven Bereich (18) mit Strukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang einer Flachseite der Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a); und eine die erste Durchgangsöffnung (11a) umlaufende erste Dichtstruktur (12a) zum Abdichten der ersten Durchgangsöffnung (11a). Die erste Dichtstruktur (12a) weist eine erste Durchführung (13a) zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die erste Dichtstruktur (12a) auf, die in eine vom aktiven Bereich abgewandte Richtung weist. Vorgeschlagen wird ferner eine Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) für ein elektrochemisches System (1), die die genannte Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) umfasst.

Description

Separatorplatte für ein elektrochemisches System
Das vorliegende Dokument betrifft vornehmlich eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System, eine Bipolarplatte, die eine solche Separatorplatte enthält, sowie ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von
Separatorplatten oder Bipolarplatten.
Bekannte elektrochemische Systeme umfassen gewöhnlich eine Vielzahl von Separatorplatten oder eine Vielzahl von jeweils aus zwei Separatorplatten zusammengefügten Bipolarplatten, die in einem Stapel angeordnet sind, so dass je zwei benachbarte Separatorplatten bzw. Bipolarplatten eine elektro chemische Zelle oder eine Befeuchterzelle einschließen. Die Separatorplatten ebenso wie die aus zwei Separatorplatten zusammengefügten Bipolarplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen
Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Die Separatorplatten/Bipolarplatten können auch zum Ableiten von Wärme die- nen, die in den Zellen zwischen den Separatorplatten/Bipolarplatten entsteht. Solche Abwärme kann etwa bei der Umwandlung elektrischer bzw. chemi scher Energie in einer Brennstoffzelle entstehen.
Gewöhnlich weisen die Separatorplatten und damit auch die aus ihnen gebil deten Bipolarplatten jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung auf. Im Separatorplattenstapel bzw. im Bipolarplattenstapel des elektrochemischen Systems bilden die fluchtend oder zumindest abschnittsweise überlappend angeordneten Durchgangsöffnungen der gestapelten Separatorplatten /Bipolarplatten dann Medienkanäle zur Medienzufuhr oder zur Medienablei tung. Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen bzw. der durch die Durch gangsöffnungen der Separatorplatten/Bipolarplatten gebildeten Medienkanä le weisen bekannte Separatorplatten/Bipolarplatten ferner Dichtanordnungen auf, die jeweils um die Durchgangsöffnung der Separatorplatte/Bipolarplatte herum angeordnet sind. Die Dichtanordnungen können z. B. als in die jeweili ge Platte eingeformte, insbesondere eingeprägte Dichtsicke ausgebildet sein.
Die Separatorplatten können außerdem Kanalstrukturen zur Versorgung eines aktiven Bereichs der Separatorplatte/Bipolarplatte mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Medien aufweisen. Der aktive Bereich zweier einander gegenüberliegend auf entgegengesetzten Seiten der Zelle angeordneter Separatorplatten/Bipolarplatten kann z. B. eine elektrochemi sche Zelle oder eine Befeuchterzelle einschließen oder begrenzen. Bei den Medien kann es sich beispielsweise um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) oder um ein Kühlmittel als zu geführte Medien und um Reaktionsprodukte und erwärmtes Kühlmittel als abgeführte Medien handeln. Bei Brennstoffzellen werden üblicherweise auf den voneinander abgewandten Oberflächen der Bipolarplatten die Reak tionsmedien, d.h. Brennstoff und Reaktionsgase, geführt, während das Kühl mittel in einem Hohlraum geführt wird, der zwischen den beiden die
Bipolarplatte bildenden Separatorplatten ausgebildet ist.
Die um die Durchgangsöffnung der Separatorplatte/Bipolarplatte angeordne ten Dichtanordnungen können jeweils eine oder mehrere Durchführungen aufweisen. Diese Durchführungen dienen dem Herstellen einer Fluidverbin dung zwischen der Durchgangsöffnung der Separatorplatte/Bipolarplatte und dem aktiven Bereich oder zwischen der Durchgangsöffnung der Bipolarplatte und dem oben beschriebenen Hohlraum der Bipolarplatte. Entsprechende Durchführungen sind beispielsweise aus DE10248531A1 bekannt, z. B. in Form von Durchbrüchen in den Flanken der Dichtsicken.
Bekannte Separatorplatten bzw. Bipolarplatten weisen zudem typischerweise zwischen den Durchgangsöffnungen und dem aktiven Bereich der Platte an geordnete Verteilbereiche auf, die dazu dienen, Medium, das der jeweiligen Platte über eine Durchgangsöffnung der Platte zugeführt wird, möglichst gleichmäßig über den aktiven Bereich der Platte zu verteilen. Dazu können die Verteilbereiche z. B. Verteilstrukturen in Form von Stegen und Kanälen auf weisen. Es sind jedoch auch andere Verteilstrukturen denkbar. Vergleichbare Strukturen werden verwendet, um ein Medium, das vom aktiven Bereich ab geführt wird, zu sammeln und zu einer Durchgangsöffnung zu führen, die be treffenden Bereiche werden hier ebenfalls als Verteilbereich bezeichnet, da sich nur die Durchflussrichtung unterscheidet. Um eine gute Effizienz des elektrochemischen Systems zu gewährleisten, ist es normalerweise vorteilhaft, die Fläche des aktiven Bereichs der Separatorplatte bzw. der
Bipolarplatte möglichst groß auszulegen und den Anteil der Fläche der Verteilbereiche sowie der Durchgangsöffnungen möglichst gering zu halten. Gleichzeitig soll jedoch eine möglichst gleichmäßige Verteilung des der Platte über die Durchgangsöffnung zugeführten Mediums auf oder über den aktiven Bereich gewährleistet sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine
Separatorplatte bzw. eine Bipolarplatte für ein elektrochemisches System zu schaffen, die einen möglichst effizienten Betrieb des elektrochemischen Sys- tems gewährleistet.
Vorgeschlagen wird also eine Separatorplatte für ein elektrochemisches Sys tem, umfassend:
wenigstens eine erste Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Reak tionsmediums durch die Separatorplatte;
einen aktiven Bereich mit Strukturen zum Führen eines Reaktionsme diums entlang einer Flachseite der Separatorplatte; und
eine die erste Durchgangsöffnung umlaufende erste Dichtstruktur zum Abdichten der ersten Durchgangsöffnung;
wobei die erste Dichtstruktur eine erste Durchführung zum Durchlei ten eines Reaktionsmediums durch die erste Dichtstruktur aufweist;
wobei die erste Durchführung eine von der ersten Durchgangsöffnung abgewandte erste Durchführungsöffnung hat;
wobei die erste Durchführung eine von der ersten Durchgangsöffnung zur ersten Durchführungsöffnung hin gerichtete erste Richtung definiert; und wobei die erste Durchgangsöffnung über die erste Durchführung in Fluidverbindung mit dem aktiven Bereich ist.
Gegenüber bekannten Separatorplatten zeichnet sich die hier vorgeschlagene Separatorplatte dadurch aus, dass die erste Durchführung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die erste Richtung mit einer zweiten Richtung einen Winkel von wenigstens 100 Grad einschließt (Winkelmaß).
Die zweite Richtung ist dabei durch eine kürzeste Verbindungsgerade defi niert, die die erste Durchführungsöffnung der ersten Durchführung mit einem Medieneinlass oder mit einem Medienauslass des aktiven Bereichs verbindet, wobei die zweite Richtung von der ersten Durchführungsöffnung der ersten Durchführung zum Medienein- oder -auslass des aktiven Bereichs hin gerich tet ist. Die die zweite Richtung definierende kürzeste Verbindungsgerade ist rein geometrisch und unabhängig von einer Strömungsrichtung des Mediums entlang der Plattenoberfläche zu bestimmen. Die erste Richtung und die zwei te Richtung definieren jeweils einen gerichteten Pfeil. Bei dem von der ersten Richtung und der zweiten Richtung eingeschlossenen Winkel von wenigstens 100 Grad soll es sich um denjenigen der von den entsprechenden Pfeilspitzen eingeschlossenen Winkel handeln, der kleiner oder gleich 180 Grad ist (keine überstumpfen Winkel).
Die hier vorgeschlagene Ausrichtung der ersten Durchführung hat den Effekt, dass das Medium dann, wenn es von der ersten Durchgangsöffnung zum aktiven Bereich hin strömt, auf seinem Weg von der ersten Durchführungsöffnung zum Einlass des aktiven Bereichs wenigstens teilweise umgeleitet wird. Oft wird dabei auch die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums wenigstens ab schnittweise verringert. So kann eine besonders homogene Verteilung des Mediums über den aktiven Bereich erzielt werden. Beispielsweise kann ein Verteilbereich, der typischerweise zwischen der ersten Durchgangsöffnung und dem aktiven Bereich angeordnet ist und der zum Führen und Verteilen des Mediums auf seinem Weg von der ersten Durchführungsöffnung zum Ein lass des aktiven Bereichs ausgebildet ist, bei der hier vorgeschlagenen Separatorplatte kleiner und der aktive Bereich entsprechend größer ausgebil det sein. Die Leistungsdichte eines die hier vorgeschlagene Separatorplatte enthaltenden elektrochemischen Systems kann damit verbessert werden. Ebenso kann es möglich sein, zumindest das Kühlmittel auf einem geringeren Druckniveau zuzuführen als bei konventionellen Separatorplatten, was einen geringeren Energieverbrauch des Gesamtsystems zur Folge hat. Der von der ersten Richtung und der zweiten Richtung eingeschlossene Winkel kann auch wenigstens 105 Grad, vorzugsweise wenigstens 110 Grad und besonders vor zugsweise wenigstens 120 Grad betragen. Bei einigen Auslegungen ist es so gar möglich, dass der Winkel wenigstens 140 Grad beträgt.
Die erste Durchführung hat normalerweise ferner eine der ersten Durch gangsöffnung zugewandte zweite Durchführungsöffnung. Die erste Richtung, die die Orientierung der ersten Durchführung definiert, kann beispielsweise durch eine kürzeste Gerade, auch Durchleitgerade genannt, definiert sein, die die erste Durchführungsöffnung mit der zweiten Durchführungsöffnung ver bindet.
Die Separatorplatte kann ferner eine Perimeterdichtstruktur aufweisen, die die erste Dichtstruktur und den aktiven Bereich umläuft. Die
Perimeterdichtstruktur und die erste Dichtstruktur können dann derart ausgebildet sein, dass ein Abschnitt der ersten Dichtstruktur und ein Abschnitt der Perimeterdichtstruktur einen von der ersten Dichtstruktur und von der Perimeterdichtstruktur begrenzten Kanal definieren. Die von der ersten Durchgangsöffnung abgewandte erste Durchführungsöffnung kann in diesem Fall beispielsweise über diesen durch die erste Dichtstruktur und durch die Perimeterdichtstruktur definierten Kanal in Fluidverbindung mit dem genann ten Ein- bzw. Auslass des aktiven Bereichs sein. Der Medienstrom zwischen der ersten Durchführung und dem aktiven Bereich wird so wenigstens be reichsweise von der Perimeterdichtstruktur geführt, umgeleitet und/oder ab gelenkt. Hierbei ergibt sich meist schon eine bessere Verteilung entlang der Breite, d.h. das Medium wird noch vor Erreichen des Verteilbereichs in einer Richtung, die senkrecht zur summarischen Medienströmungsrichtung des aktiven Bereichs auf eine Breite verteilt, die größer ist als Summe aus der Breite der Durchgangsöffnung, aus der das Medium strömt, und der Länge oder Brei te der Durchführung bis zur ersten Durchführungsöffnung in derselben Rich tung. Die ohnehin vorhandenen Wandungen der Dichtstrukturen bilden hier bei eine Medienleitstruktur und erlauben eine optimale Ausnutzung des vor handenen Platzes. Es sind keine zusätzlichen Bauteile wie etwa Dichtrahmen o.dgl. zur Führung des Mediums notwendig.
Die Separatorplatte kann ferner wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmittels oder eines Reaktionsmediums durch die Separatorplatte aufweisen. Die Separatorplatte umfasst dann typischerweise ferner eine die zweite Durchgangsöffnung umlaufende zweite Dichtstruktur zum Abdichten der zweiten Durchgangsöffnung.
Die Perimeterdichtstruktur und die zweite Dichtstruktur können dann derart ausgebildet sein, dass ein Abschnitt der zweiten Dichtstruktur und ein Abschnitt der Perimeterdichtstruktur einen von der zweiten Dichtstruktur und von der Perimeterdichtstruktur begrenzten Kanal definieren. Die von der ers ten Durchgangsöffnung abgewandte erste Durchführungsöffnung kann dann über diesen durch die zweite Dichtstruktur und durch die
Perimeterdichtstruktur definierten Kanal in Fluidverbindung mit dem genann ten Ein- bzw. Auslass des aktiven Bereichs sein. Der Medienstrom zwischen der ersten Durchführung und dem aktiven Bereich wird so wenigstens be reichsweise von der Perimeterdichtstruktur und von der zweiten Dichtstruktur geführt, umgeleitet und/oder abgelenkt, ohne dass hierfür gesonderte Bautei le oder Strukturen notwendig wären.
Die erste Dichtstruktur und die zweite Dichtstruktur können auch derart aus gebildet sein, dass ein Abschnitt der ersten Dichtstruktur und ein Abschnitt der zweiten Dichtstruktur einen von der ersten Dichtstruktur und von der zweiten Dichtstruktur begrenzten Kanal definieren. Die von der ersten Durch gangsöffnung abgewandte erste Durchführungsöffnung kann dann über die sen durch die ersten Dichtstruktur und durch die zweite Dichtstruktur defi nierten Kanal in Fluidverbindung mit dem genannten Ein- bzw. Auslass des aktiven Bereichs sein. Der Medienstrom zwischen der ersten Durchführung und dem aktiven Bereich wird so wenigstens bereichsweise von der ersten Dichtstruktur und von der zweiten Dichtstruktur geführt, umgeleitet und/oder abgelenkt.
Die Separatorplatte kann aus Metall gebildet sein, vorzugsweise aus Edelstahl. Ein Metallblech, aus dem die Separatorplatte gebildet ist, kann z. B. eine Dicke von höchstens 150 miti, von höchstens 120 pm oder von höchstens 100 pm haben. Die Separatorplatte weist dabei vorzugsweise zumindest auf ihrer Oberfläche, die der Verteilung von Reaktionsmedium dient, zumindest ab schnittsweise eine Beschichtung auf.
Die erste Dichtstruktur und/oder die zweite Dichtstruktur und/oder die Perimeterdichtstruktur können bzw. kann als in die Separatorplatte einge prägte Dichtsicken bzw. Dichtsicke ausgebildet sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Perimeterdichtstruktur sämtliche erste und zweite Dichtstrukturen umschließt, also eine Perimetersicke so verläuft, dass sämtli che anderen Dichtstrukturen einer Separatorplatte von ihr umgeben werden. Alternativ oder zusätzlich können auch die Strukturen des aktiven Bereichs zum Führen eines Reaktionsmediums in die Separatorplatte eingeprägt sein.
Die Separatorplatte kann einen zwischen der ersten Durchgangsöffnung und dem aktiven Bereich angeordneten Verteilbereich aufweisen. Insbesondere kann die erste Durchführungsöffnung der ersten Durchführung über den Verteilbereich in Fluidverbindung mit dem aktiven Bereich sein. Der
Verteilbereich kann Verteilstrukturen aufweisen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der ersten Durchführungsöffnung der ersten Durchführung in den Verteilbereich eingeleitetes Reaktionsmedium über den aktiven Bereich zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich zur ersten Durch führungsöffnung der ersten Durchführung hin strömendes Reaktionsmedium zur ersten Durchführungsöffnung hin zu sammeln oder zu bündeln. Auch die Verteilstrukturen des Verteilbereichs können in die Separatorplatte einge prägt sein.
Die Separatorplatte kann aus genau einer Lage eines Metallblechs gebildet sein, beispielsweise aus genau einer Lage eines Edelstahlblechs. Die erste Durchführungsöffnung der ersten Durchführung der Separatorplatte kann z. B. als Durchgangsfenster, als Durchgangsloch oder als Durchstich in der Separatorplatte ausgebildet sein. In diesem Fall kann Medium von einer ersten Flachseite der Separatorplatte durch die erste Durchführungsöffnung hindurch auf eine zweite Flachseite der Separatorplatte strömen oder umge kehrt. Wenn die erste Durchführungsöffnung der ersten Durchführung der Separatorplatte als Durchgangsfenster, Durchgangsloch oder Durchstich in der Separatorplatte ausgebildet ist, ist es also insbesondere vom Rand oder von einer Seitenkante der Separatorplatte beabstandet.
Vorgeschlagen wird ferner eine Bipolarplatte für ein elektrochemisches Sys- tem. Die Bipolarplatte weist eine erste Separatorplatte der zuvor beschriebe nen Art sowie eine zweite Separatorplatte auf, wobei die erste
Separatorplatte und die zweite Separatorplatte aus Metall gebildet sind, vorzugsweise aus Edelstahl. Die erste Separatorplatte und die zweite
Separatorplatte der Bipolarplatte sind miteinander verbunden. Die zweite Separatorplatte weist ebenfalls eine erste Durchgangsöffnung auf, die mit der ersten Durchgangsöffnung der ersten Separatorplatte fluchtet, wobei die mit einander fluchtenden ersten Durchgangsöffnungen der ersten Separatorplatte und der zweiten Separatorplatte eine erste Durchgangsöffnung der
Bipolarplatte bilden. Der aktive Bereich der ersten Separatorplatte bildet dann einen aktiven Bereich der Bipolarplatte.
Die erste Separatorplatte und die zweite Separatorplatte der Bipolarplatte können miteinander verschweißt sein, insbesondere durch eine Laser schweißverbindung.
Vorzugsweise bilden genau eine erste Separatorplatte und genau eine zweite Separatorplatte die Bipolarplatte. Z. B. können die erste Separatorplatte der Bipolarplatte und die zweite Separatorplatte der Bipolarplatte jeweils aus ge nau einer Lage eines Metallblechs gebildet sein, beispielsweise jeweils aus genau einer Lage eines Edelstahlblechs, wobei die Metallbleche gegebenen falls, insbesondere abschnittsweise, eine Beschichtung aufweisen können. Anders als bei vielen Lösungen des Stands der Technik kann somit auf einen bzw. zwei gesonderte(n) Dichtrahmen verzichtet werden. Die Bipolarplatte besteht in diesem Fall also aus genau zwei Lagen, insbesondere aus zwei Me- talllagen.
Sofern die erste Separatorplatte der Bipolarplatte den oben beschriebenen von der ersten Dichtstruktur der ersten Separatorplatte und der
Perimeterdichtstruktur der ersten Separatorplatte definierten Kanal aufweist, so kann die Verbindung, insbesondere die Schweißverbindung, zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte der Bipolarplatte wenigstens ab schnittweise im Bereich des durch die erste Dichtstruktur der ersten
Separatorplatte und durch die Perimeterdichtstruktur definierten Kanals aus gebildet sein.
Sofern die erste Separatorplatte der Bipolarplatte den oben beschriebenen von der zweiten Dichtstruktur der ersten Separatorplatte und der
Perimeterdichtstruktur der ersten Separatorplatte definierten Kanal aufweist, so kann die Verbindung, insbesondere die Schweißverbindung, zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte der Bipolarplatte alternativ oder zu sätzlich wenigstens abschnittweise im Bereich des durch die zweite Dicht struktur der ersten Separatorplatte und durch die Perimeterdichtstruktur der ersten Separatorplatte definierten Kanals ausgebildet sein.
Und sofern die erste Separatorplatte der Bipolarplatte den oben beschriebenen von der ersten Dichtstruktur der ersten Separatorplatte und der zweiten Dichtstruktur der ersten Separatorplatte definierten Kanal aufweist, so kann die Verbindung, insbesondere die Schweißverbindung, zwischen der ersten und der zweiten Separatorplatte der Bipolarplatte alternativ oder zusätzlich wenigstens abschnittweise im Bereich des durch die erste Dichtstruktur der ersten Separatorplatte und durch die zweite Dichtstruktur der ersten
Separatorplatte definierten Kanals ausgebildet sein.
Auch durch diese doppelte Nutzung wird der Platzbedarf für die Medienzu führung und -Verteilung reduziert und der als aktive Fläche zur Verfügung stehende Flächenanteil vergrößert.
Sofern die erste Separatorplatte der Bipolarplatte die zuvor beschriebene zweite Durchgangsöffnung aufweist, so kann auch die zweite Separatorplatte der Bipolarplatte eine zweite Durchgangsöffnung aufweisen. Die zweite Durchgangsöffnung der ersten Separatorplatte und die zweite Durchgangsöff nung der zweiten Separatorplatte können dann miteinander fluchten und eine zweite Durchgangsöffnung der Bipolarplatte bilden. Die erste Separatorplatte und die zweite Separatorplatte der Bipolarplatte können ferner einen Hohl raum zum Durchleiten eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte einschließen. Typischerweise wird dieser Hohlraum durch eine dem Hohlraum zugewandte Rückseite des aktiven Bereichs der Bipolarplatte begrenzt. So ist über Kühlmit tel, das durch den Hohlraum hindurchgeführt wird, Wärme aus dem aktiven Bereich der Bipolarplatte abführbar.
Der Hohlraum der Bipolarplatte kann beispielsweise in Fluidverbindung mit der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte sein. Die Fluidverbindung zwischen der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte und dem Hohl raum der Bipolarplatte kann z. B. an einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte in die zweite Durch gangsöffnung der Bipolarplatte münden. So kann Kühlmittel auf möglichst direktem Weg von der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte in den Hohlraum oder von dem Hohlraum zur zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte geleitet werden. Dies kann zu einer besonders effizienten Küh lung der Bipolarplatte beitragen.
Die zweite Durchgangsöffnung der Bipolarplatte kann derart ausgebildet oder derart geformt sein, dass sich ein parallel zu einer Planflächenebene der Bipolarplatte bestimmter Querschnitt der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte wenigstens in einem dem aktiven Bereich zugewandten Endab schnitt der zweiten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte zum aktiven Bereich hin vergrößert. Z. B. kann die zweite Durchgangsöffnung parallel zu einer summarischen Medienströmungsrichtung im aktiven Bereich einen maxima len Durchmesser bzw. eine maximale Breite haben, der ein dem aktiven Be- reich zugewandtes erstes Ende hat. Der genannte Querschnitt der zweiten Durchgangsöffnung kann dann senkrecht zu diesem maximalen Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung bestimmt werden. Der genannte Querschnitt der zweiten Durchgangsöffnung kann sich in einem zusammenhängenden Abschnitt entlang des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöff nung zum aktiven Bereich hin durchgehend streng monoton vergrößern. Die ser zusammenhängende Abschnitt kann ein dem aktiven Bereich zugewandtes erstes Ende und ein vom aktiven Bereich abgewandtes zweites Ende haben. Ein Abstand des ersten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ers ten Ende des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung kann 10 Prozent der Länge des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangs- Öffnung betragen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Abstand des zweiten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung 40 Prozent der Länge des ma ximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung betragen. Der Über gang zu einem Rand der Durchgangsöffnung, der im Wesentlichen senkrecht zur summarischen Medienströmungsrichtung des aktiven Bereichs verläuft, kann nichtsdestotrotz, insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Stanzbarkeit, abgerundet sein. Insbesondere wenn die zweite Durchgangsöff nung der Bipolarplatte in Fluidverbindung mit dem genannten Hohlraum der Bipolarplatte ist, beispielsweise zum Einleiten von Kühlmittel in den Hohlraum oder zum Ableiten von Kühlmittel aus dem Hohlraum, kann dies zu einer be sonders effizienten Kühlung des aktiven Bereichs der Bipolarplatte beitragen. Z. B. kann die Fluidverbindung zwischen der zweiten Durchgangsöffnung und dem Hohlraum insbesondere dort, wo sie in die zweite Durchgangsöffnung mündet, auf diese Weise einen besonders großen Strömungsquerschnitt auf weisen.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste Durchgangsöffnung der Bipolarplatte derart ausgebildet oder derart geformt sein, dass sich ein parallel zur Planflä chenebene der Bipolarplatte bestimmter Querschnitt der ersten Durchgangs öffnung der Bipolarplatte wenigstens in einem vom aktiven Bereich abge wandten Endabschnitt der ersten Durchgangsöffnung in eine vom aktiven Bereich abgewandte Richtung hin vergrößert. Z. B. kann die erste Durch gangsöffnung parallel zu einer summarischen Medienströmungsrichtung im aktiven Bereich einen maximalen Durchmesser haben, der ein dem aktiven Bereich zugewandtes erstes Ende hat. Der genannte Querschnitt der ersten Durchgangsöffnung kann dann senkrecht zu diesem maximalen Durchmesser der ersten Durchgangsöffnung bestimmt werden. Der genannte Querschnitt der ersten Durchgangsöffnung kann sich in einem zusammenhängenden Ab schnitt entlang dieses maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöff nung in die vom aktiven Bereich abgewandte Richtung durchgehend streng monoton vergrößern. Dieser zusammenhängende Abschnitt kann ein dem aktiven Bereich zugewandtes erstes Ende und ein vom aktiven Bereich abge wandtes zweites Ende haben. Ein Abstand des ersten Endes des zusammen hängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöffnung kann 60 Prozent der Länge des maximalen Durch messers der ersten Durchgangsöffnung betragen. Und alternativ oder zusätz- lich kann ein Abstand des zweiten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöffnung 90 Prozent der Länge des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangs öffnung betragen.
Ferner können die erste Durchgangsöffnung der Bipolarplatte und die zweite Durchgangsöffnung der Bipolarplatte entlang einer Richtung, die quer oder senkrecht zu einer kürzesten Verbindungsgeraden zwischen der ersten Durch gangsöffnung und dem aktiven Bereich ausgerichtet ist, nebeneinander ange ordnet sein.
Alternativ ist es denkbar, dass die zweite Durchgangsöffnung der Bipolarplatte zwischen der ersten Durchgangsöffnung der Bipolarplatte und dem aktiven Bereich der Bipolarplatte angeordnet ist.
Vorgeschlagen wird ferner ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von Separatorplatten oder Bipolarplatten wie zuvor beschrieben und mit zwi schen den Bipolarplatten angeordneten Membraneinheiten, insbesondere mit jeweils zwischen benachbarten Bipolarplatten angeordneten
Membraneinheiten. Das elektrochemische System kann z. B. als Brennstoffzel lenstapel oder als Elektrolyseur ausgebildet sein. Die die Membraneinheiten können dann z. B. jeweils wenigstens eine Elektrolytmembran umfassen. Al- ternativ kann das elektrochemische System auch als Befeuchter ausgebildet sein, wobei die Membraneinheiten dann z. B. jeweils wenigstens eine Was seraustauschmembran umfassen können.
Ausführungsbeispiele der Separatorplatte, der Bipolarplatte und des elektro chemischen Systems sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines elektrochemi- sehen Systems mit einer Vielzahl von Bipolarplatten;
Fig. 2A schematisch eine bekannte Separatorplatte in einer Draufsicht;
Fig. 2B schematisch einen Schnitt durch einen Stapel bekannter
Bipolarplatten;
Fig. 3A schematisch eine Separatorplatte der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Draufsicht;
Fig. 3B schematisch ein Detail der Separatorplatte aus Fig. 3A in einer
Draufsicht;
Fig. 3C schematisch einen Schnitt durch ein elektrochemisches System mit einem Stapel von Bipolarplatten, die jeweils die in den Fign. 3A und 3B gezeigte Separatorplatte enthalten; sowie
Fign. 4-8 schematisch weitere Ausführungsformen einer Separatorplatte der hier vorgeschlagenen Art, jeweils in einer Draufsicht.
Fig. 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 der hier vorgeschlagenen Art mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 2, die in einem Stapel angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt sind. Die
Bipolarplatten 2 des Stapels sind zwischen zwei Endplatten 3, 4 eingespannt. Die z-Richtung 7 wird auch Stapelrichtung genannt. Die Bipolarplatten 2 umfassen jeweils zwei miteinander verbundene metallische Separatorplatten (siehe z. B. Fig. 2B). Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Bipolarplatten 2 des Stapels schließen also zwischen sich eine elektrochemische Zelle ein, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Die elektrochemischen Zellen weisen gewöhnlich jeweils eine
Membranelektrodeneinheit (MEA) auf (siehe z. B. Fig. 2B). Die MEA beinhal ten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolyt membran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gas diffusionslage (GDL) angeordnet sein. Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektroly seur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Bipolarplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Bipolarplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Bipolarplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Bipolarplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können. Analoges gilt für die Separatorplatten, insbesondere eines
Befeuchters.
Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z.
B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgerei cherte Brennstoffe oder Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
Fig. 2A zeigt einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Bipolarplatte 2 in einer Draufsicht, wobei die Bipolarplatte 2 gemäß Fig. 2A z. B. in einem elektrochemischen System nach der Art des Systems 1 aus Fig. 1 verwendbar ist. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Bipolarplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten Einzelplatten oder Separatorplatten 2a, 2b ge bildet, von denen in Fig. 2A nur die erste Separatorplatte 2a sichtbar ist, die die zweite Separatorplatte 2b verdeckt. Die Separatorplatten 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. jeweils aus genau einem Edelstahlblech. Die Separatorplatten 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die Durchgangsöffnungen 11a, 11b, 11c der Bipolarplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Bipolarplatten von der Art der Bipolarplatte 2 bilden die Durchgangsöffnungen lla-c Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 7 durch den Stapel 2 erstrecken (siehe Fig. 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen lla-c gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Ports 5 in der Endplatte 4 des Systems 1. Beispielsweise dienen die von den Durchgangsöffnungen 11a, 11b gebildeten Leitungen der Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels 2 mit Brennstoff und mit Reaktionsgas. Über die von der Durchgangsöffnung 11c gebildete Leitung dagegen kann Kühlmittel in den Stapel 2 eingeleitet oder aus dem Stapel 2 abgeleitet werden.
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c gegenüber dem Inneren des Stapels 2 und gegenüber der Umgebung weist die erste Separatorplatte 2a Sicken 12a, 12b, 12c auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen lla-c her um angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen lla-c jeweils vollstän- dig umschließen. Die zweite Separatorplatte 2b weist an der vom Betrachter der Fig. 2A abgewandten Rückseite der Bipolarplatte 2 entsprechende Sicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c auf (nicht gezeigt).
In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 der Bipolarplatte 2 weist die erste Separatorplatte 2a an ihrer dem Betrachter der Fig. 2A zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld 17 mit Strukturen zum Führen eines Reakti onsmediums entlang der Vorderseite der Separatorplatte 2a auf. Diese Struk turen sind in Fig. 2A durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. In Fig. 2A ist nur ein Ausschnitt des aktiven Bereichs 18 an der Vorderseite der Bipolarplatte 2 gezeigt. An der dem Betrachter der Fig. 2A zugewandten Vorderseite der Bipolarplatte 2 weist die erste Separatorplatte 2a zudem einen Verteil- oder Sammelbereich 20 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 20 umfasst
Verteilstrukturen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der Durchgangs öffnung 11a in den Verteil- oder Sammelbereich 20 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 11a hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 sind in Fig. 2A ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.
Die erste Separatorplatte 2a weist ferner eine Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17, den Verteil- oder Sammelbereich 20 und die Durchgangs- Öffnungen 11a, 11b umläuft und diese gegenüber der Durchgangsöffnung 11c, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, und gegenüber der Umgebung des Systems 1 abdichtet. Eine Perimetersicke ist also genauso wie eine hier als Dichtsicke bezeichnete Sicke ein Abdichtelement. Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 und die Sicken 12a-d sind einteilig mit der Separatorplatte 2a ausgebildet und in die Separatorplatte 2a eingeformt, z. B. in einem Präge- oder Tiefziehprozess.
Die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der ersten
Separatorplatte 2a sind über Durchführungen 13a durch die Sicke 12a in Fluidverbindung mit der Durchgangsöffnung 11a bzw. mit der von der Durchgangsöffnung 11a gebildeten Leitung durch den Stapel 2. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 2A nur einige der Durchführungen 13a durch die Sicke 12a mit Bezugszeichen bezeichnet. Ebenso sind die Verteilstrukturen des Verteil oder Sammelbereichs 20 in Fluidverbindung mit den Strukturen bzw. Kanälen des Strömungsfeldes 17. So kann ein durch die Durchgangsöffnung 11a geführtes Medium über die Durchführungen 13a in der Sicke 12a und über die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 in das Strömungsfeld 17 im aktiven Bereich 18 der Bipolarplatte 2 eingeleitet werden.
Die Durchgangsöffnung 11b bzw. die die von der Durchgangsöffnung 11b ge bildete Leitung durch den Stapel 2 ist in entsprechender Weise in Fluidverbin dung mit einem Verteil- und Sammelbereich und über diesen mit einem Strö mungsfeld an der vom Betrachter der Fig. 2A abgewandten Rückseite der Bipolarplatte 2. Die Durchgangsöffnung 11c dagegen bzw. die von der Durch gangsöffnung 11c gebildete Leitung durch den Stapel 2 ist in Fluidverbindung mit einem von den Separatorplatten 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlos senen Hohlraum 22, der zum Führen eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte 2 ausgebildet ist.
Die Durchführungen 13a durch die Sicke 12a weisen an ihrem von der Durch gangsöffnung 11a abgewandten Ende jeweils eine erste Durchführungsöffnung 13a' und an ihrem der Durchgangsöffnung 11a zugewandten Ende je weils eine zweite Durchführungsöffnung 13a" auf. Durch eine kürzeste Ver bindungsgerade zwischen der zweiten Durchführungsöffnung 13a" und der ersten Durchführungsöffnung 13a' ist für jede der Durchführungen 13a durch die Sicke 12a eine erste Richtung 14a (kurzer punktierter Pfeil) definiert, die eine Ausrichtung der jeweiligen Durchführung 13a wiedergibt. Und durch eine kürzeste Verbindungsgerade zwischen der ersten Durchführungsöffnung 13a' und einem Ein- oder Auslass 16 des aktiven Bereichs 18 ist für jede der Durchführungen 13a durch die Sicke 12a eine zweite Richtung 15a (strichpunktierter Pfeil) definiert. Die den Durchführungen 13a zugeordneten ersten Richtungen 14a sind jeweils von der Durchgangsöffnung 11a zur ersten Durchführungs öffnung 13a' hin gerichtet. Und die den Durchführungen 13a zugeordneten zweiten Richtungen 15a sind jeweils von der ersten Durchführungsöffnung 13a' zum aktiven Bereich 18 hin gerichtet.
In Fig. 2A sind beispielhaft für eine der Durchführungen 13a durch die Sicke 12a die dieser Durchführung 13a zugeordnete erste und zweite Richtung 14a, 15a jeweils als Pfeil hervorgehoben. Die Pfeilrichtungen sollen dabei nicht notwendigerweise die Strömungsrichtung des Mediums wiedergeben. Je nach Verwendung der Bipolarplatte 2 bzw. der Separatorplatte 2a gemäß Fig. 2A kann Medium entweder in Pfeilrichtung, d. h. von der Durchgangsöffnung 11a zum aktiven Bereich 18 hin, oder entgegen der Pfeilrichtung, d. h. vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 11a hin fließen. Es ist klar, dass für die üb rigen in Fig. 2A gezeigten Durchführungen 13a durch die Sicke 12a entspre chend der oben angegebenen Definition jeweils in derselben Weise eine erste Richtung 14a und eine zweite Richtung 15a gegeben ist.
Bei der in Fig. 2A gezeigten aus dem Stand der Technik bekannten
Bipolarplatte 2 bzw. Separatorplatte 2a schließen die durch Pfeile hervorge hobene erste und zweite Richtung 14a, 15a einen Winkel von ca. 20° ein, der mit einem gestrichelten Bogen angedeutet ist. Für die in Fig. 2A am weitesten links angeordnete Durchführung durch die Sicke 12a beträgt der Winkel zwi schen der dieser Durchführung zugeordneten ersten und zweiten Richtung ca. 90° Grad. Mit anderen Worten sind die Durchführungen 13a durch die Sicke 12a, die die Durchgangsöffnung 11a umgibt und abdichtet, an einer dem akti ven Bereich 18 zugewandten Seite der Durchgangsöffnung 11a bzw. der Sicke 12a angeordnet. Wenn Medium ausgehend von der Durchgangsöffnung 11a die Durchführungen 13a durchströmt, fließt es in diesem Moment somit auf den aktiven Bereich 18 oder in etwa auf den aktiven Bereich 18 zu.
Fig. 2B zeigt einen Schnitt durch einen Stapel mit Bipolarplatten 2 der in Fig. 2A illustrierten Art, wobei die Schnittebene durch die in Fig. 2A dargestellte Gerade A-A gegeben ist. Die Bipolarplatten 2 sind jeweils aus zwei zusammengefügten metallenen Separatorplatten 2a, 2b gebildet. Z. B. können die Separatorplatten 2a, 2b der Bipolarplatten 2 jeweils durch Schweißverbindungen zusammengefügt sein, insbesondere durch Laserschweißverbindungen. Zwischen benachbarten Bipolarplatten 2 des Stapels ist jeweils eine elektrochemische Zelle mit einer Membran 19 angeordnet, z. B. in Form einer Elektrolytmembran. Hervorgehoben sind zudem jeweils die Sicken 12a zum Abdichten der Durchgangsöffnung 11a, der Verteil- oder Sammelbereich 20 mit Verteilstrukturen in Form von Stegen und Kanälen, der aktive Bereich 18 sowie die Durchführungen 13a durch die Sicken 12a, über die die Durchgangsöffnung 11a jeweils in Fluidverbindung mit dem Verteil- oder Sammelbereich 20 und mit dem aktiven Bereich 18 ist. Im aktiven Bereich sind beiderseits der Membranen 19 jeweils noch Gasdiffusionslagen 20a, 20b angeordnet, die das Anströmen der Membran 19 im aktiven Bereich 18 verbessern. Dargestellt sind außerdem die dem aktiven Bereich 18 zugewandten ersten Durchführungsöffnungen 13a' und die der Durchgangsöffnung 11a zugewandten zwei- ten Durchführungsöffnungen 13a" der Durchführungen 13a.
Fig. 3A zeigt eine Bipolarplatte 300 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Draufsicht. Fig. 3B zeigt einen Ausschnitt der Bipolarplatte 300 gemäß Fig. 3A. Und Fig. 3C zeigt einen Schnitt durch einen Stapel von Bipolarplatten 300 der in den Fign. 3A und 3B gezeigten Art, wobei zwischen benachbarten Bipolarplatten des Stapels jeweils eine Membran 19 bzw. deren Randbereich angeordnet ist. Die Schnittebene der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3C ist senkrecht zu den Planflächenebenen der Bipolarplatten 300 des Stapels und damit senkrecht zu den Zeichenebenen der Fign. 3A und 3B ausgerichtet. Die Schnittebene der Fig. 3C verläuft entlang der in Fig. 3B hervorgehobenen Schnittgeraden B-B. Bei dem Stapel von Bipolarplatten 300 gemäß Fig. 3C kann es sich z. B. um einen Stapel eines elektrochemischen Systems nach der Art des Systems 1 aus Fig. 1 handeln.
Die Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C ist wie die Bipolarplatte 2 gemäß Fig. 2A aus genau zwei metallenen Separatorplatten 300a, 300b zusammengefügt, wobei die Separatorplatte 300b durch die dem Betrachter der Fign. 3A, 3B zugewandte Separatorplatte 300a verdeckt ist. Die Separatorplatten 300a, 300b der Bipolarplatte 300 können z. B. jeweils aus einem Edelstahlblech mit einer Dicke von weniger als 100 mih gebildet sein. Die Bipolarplatte 300 hat eine rechteckige Form, wobei eine Länge der Bipolarplatte 300 in etwa das Dreifache einer Breite der Bipolarplatte 300 beträgt.
Die Bipolarplatte 300 weist Durchgangsöffnungen lla-c zum Durchleiten von Medien durch die Bipolarplatte 300 auf. Dabei sind jeweils die mit denselben Bezugszeichen bezeichneten Durchgangsöffnungen lla-c an einander gegen über liegenden Seiten oder Enden der Bipolarplatte 300 miteinander in Fluid verbindung. Jede der Durchgangsöffnungen lla-c wird von einer Dichtsicke 12a, 12b, 12c umlaufen, die zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c ausgebildet sind. Zudem weist die Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 eine Perimetersicke 12d auf. Im Unterschied zur Perimetersicke 12d der Bipolarplatte 2 gemäß Fig. 2A umläuft die Perimetersicke 12d der
Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C nicht nur den aktiven Bereich 18, die Verteil- oder Sammelbereiche 20 und die Durchgangsöffnungen 11a und 11b, sondern zusätzlich auch die Durchgangsöffnungen 11c, sie umschließt also sämtliche der Durchgangsöffnungen lla-llc.
Bei der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C sind die mit 11a bezeichneten ersten Durchgangsöffnungen über Durchführungen 13a durch die Dichtsicken 12a über die Verteil- und Sammelbereiche 20 und über den aktiven Bereich 18 miteinander in Fluidverbindung. Der aktive Bereich 18 der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 hat eine rechteckige oder im Wesentlichen rechteckige Form, wobei die Ränder des aktiven Be reichs 18 parallel zu den Seitenkanten der Bipolarplatte 300 verlaufen. Der aktive Bereich 18 weist Strukturen zum Führen eines Reaktionsmediums ent lang der Außenfläche der Bipolarplatte 300 auf, wobei die Strukturen des akti ven Bereichs 18 bei der Bipolarplatte 300 Kanäle und Stege umfassen, so dass sich eine summarische Medienströmungsrichtung 50 ergibt. Es ist jedoch denkbar, dass die Strukturen des aktiven Bereichs 18 bei abgewandelten Aus führungsformen in anderer Form als durch Stege und Kanäle gegeben sind.
Im Gegensatz zur Bipolarplatte 2 gemäß Fig. 2A haben die Verteil- oder Sammelbereiche 20 der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A, 3B jeweils ebenfalls eine rechteckige oder im Wesentlichen recht eckige Form, wobei die Ränder der Verteil- oder Sammelbereiche 20 parallel zu den Seitenkanten der Bipolarplatte 300 verlaufen. Die Verteil- und Sammelbereiche 20 weisen Verteilstrukturen auf, die dazu ausgebildet sind, von der Durchgangsöffnung 11a zum aktiven Bereich 18 strömendes Medium möglichst homogen über den aktiven Bereich 18 zu verteilen oder vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 11a strömendes Medium zu sammeln. Die Verteilstrukturen der Verteil- oder Sammelbereiche 20 umfassen bei der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 noppenartige Erhebungen. In einer Ebene parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte 300 bzw. parallel zu den Planflächenebenen der Separatorplatten 300a, 300b haben die noppenartigen Erhebungen z. B. einen runden oder im Wesentlichen runden Quer schnitt. Es ist jedoch denkbar, dass die Verteilstrukturen der Verteil- oder Sammelbereiche 20 bei abgewandelten Ausführungsformen in anderer Form als durch noppenartige Erhebungen gegeben sind; z. B. können sie ebenfalls Stege und Kanäle umfassen.
Bei der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 sind die mit 11c bezeichne ten zweiten Durchgangsöffnungen über Durchführungen 13c durch die Dicht sicken 12c und über einen von den Separatorplatten 300a, 300b der
Bipolarplatte 300 eingeschlossenen Hohlraum 22 miteinander in Fluidverbin dung. Der Hohlraum 22 dient zum Durchführen von Kühlmittel durch die Bipolarplatte 300 und wird durch eine dem Hohlraum 22 zugewandte Rücksei te des aktiven Bereichs 18 der Separatorplatte 300a begrenzt. Durch den Hohlraum 22 durchgeführtes Kühlmittel kann auf diese Weise insbesondere der Kühlung des aktiven Bereichs 18 dienen. Die Durchführungen 13c durch die Dichtsicken 12c, die jeweils eine Fluidverbindung zwischen der Durch gangsöffnung 11c und dem zwischen den Separatorplatten 300a, 300b einge schlossenen Hohlraum 22 bilden, münden jeweils an einer dem aktiven Be reich 18 zugewandten Seite der Durchgangsöffnung 11c in die Durchgangsöff nung 11c. Dies gewährleistet eine möglichst direkte Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung 11c und dem Hohlraum 22, der wenigstens abschnittweise oder sogar zum größten Teil von einer dem Hohlraum 22 zugewandten Rückseite des aktiven Bereichs 18 begrenzt wird.
Die mit 11b bezeichneten Durchgangsöffnungen der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 sind über Durchführungen 13b durch die Dichtsicken 12b und über Verteil- und Sammelbereiche sowie über einen aktiven Bereich der in Fig. 3A verdeckten Separatorplatte 300b miteinander in Fluidverbindung.
Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die Verteilstrukturen der Verteil- oder Sammelbereiche 20 und die Dichtsicken 12a-d können einteilig mit der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 ausgebildet sein. Z. B. können sie jeweils in die Separatorplatte 300a eingeformt sein, insbesondere durch Prä gen oder durch Tiefziehen. Entsprechendes kann für den aktiven Bereich, die Verteilstrukturen und die Dichtsicken der in den Fign. 3A, 3B verdeckten Separatorplatte 300b der Bipolarplatte 300 gelten.
Bei der Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 sind die Verteil- oder Sammelbereiche 20 jeweils zwischen den Durchgangsöffnungen lla-c und dem aktiven Bereich 18 angeordnet. Insbesondere ist je einer der Verteiloder Sammelbereiche 20 zwischen der Durchgangsöffnung 11a und dem akti ven Bereich 18 angeordnet, so dass von der Durchgangsöffnung 11a zum akti ven Bereich 18 strömendes Medium oder vom aktiven Bereich 18 zur Durch gangsöffnung 11a strömendes Medium jeweils durch einen der Verteil- oder Sammelbereiche 20 strömt.
Die Durchgangsöffnungen lla-c der Bipolarplatte 300 bzw. der
Separatorplatten 300a, 300b der Bipolarplatte 300 haben jeweils eine im We sentlichen rechteckige Form, in den Fign. 3A, 3B insbesondere jeweils eine quadratische oder eine im Wesentlichen quadratische Form, wobei die Seitenkanten der Durchgangsöffnungen lla-c parallel zu den Seitenkanten der Bipolarplatte 300 ausgerichtet sind. Entlang der y-Richtung 9 und damit quer zur Längsrichtung der Bipolarplatte 300 sind die Durchgangsöffnungen lla-c nebeneinander angeordnet und entlang der x-Richtung 8 symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zueinander ausgerichtet.
Die Separatorplatte 300a der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C unterscheidet sich von der Separatorplatte 2A der Bipolarplatte 2 gemäß Fig. 2A insbesondere durch die Anordnung und Ausrichtung der Durchführungen 13a, die eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung 11a und dem akti ven Bereich 18 herstellen. Bei der Separatorplatte 300a gemäß den Fign. 3A-C sind die Durchführungen 13a im Gegensatz zur Separatorplatte 2a gemäß Fig. 2A an einer vom aktiven Bereich 18 abgewandten Seite der Durchgangsöff- nung 11a bzw. der Dichtsicke 12a angeordnet.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 2A beschrieben, kann die Ausrichtung der Durchführungen 13a durch eine erste Richtung 14a beschrieben werden. Die erste Richtung 14a ist für jede der Durchführungen 13a durch eine kürzeste Verbindungsgerade zwischen den Durchführungsöffnungen 13a', 13a" gege ben und ist jeweils von der Durchgangsöffnung 11a zur ersten Durchfüh rungsöffnung 13a' hin gerichtet, wobei die erste Durchführungsöffnung 13a' ein von der Durchgangsöffnung 11a abgewandtes Ende der Durchführung 13a bildet. In Fig. 3B ist die erste Richtung 14a beispielhaft für eine der Durchfüh rungen 13a als gerichteter gepunkteter Pfeil dargestellt, der in die negative x- Richtung 8 und damit in eine vom aktiven Bereich 18 abgewandte Richtung zeigt. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2A beschrieben, kann Medium sowohl in Pfeilrichtung oder auch entgegen der Pfeilrichtung durch die Durchführun gen 13a strömen.
Für dieselbe Durchgangsöffnung 13a ist in Fig. 3B eine zweite Richtung 15a dargestellt. Die zweite Richtung 15a ist durch eine kürzeste Verbindungsgera de zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13a' und einem Ein- oder Auslass 16 des aktiven Bereichs 18 gegeben und von der ersten Durchgangsöffnung 13a' zum aktiven Bereich 18 hin gerichtet. In Fig. 3B ist auch die zweite Rich tung 15a als strichpunktierter Pfeil dargestellt, der in die positive x-Richtung 8 und damit zum aktiven Bereich 18 hin zeigt.
Anders als bei der Separatorplatte 2a gemäß Fig. 2A schließen die erste Rich tung 14a und die zweite Richtung 15a bei der Separatorplatte 300a gemäß Fig. 3B einen Winkel von wenigstens 100 Grad ein, hier insbesondere von 180 Grad. Entsprechendes gilt für die Durchführungen 13b durch die Dichtsicke 12b, die an der vom Betrachter der Fign. 3A, 3B abgewandten Außenseite der Bipolarplatte 300, d.h. an der Separatorplatte 300b münden. Diese Ausrichtung der Durchgangsöffnungen 13a der Separatorplatte 300a hat z. B. zur Fol ge, dass Medium, das von der Durchgangsöffnung 11a durch die Durchgangs öffnungen 13a zum aktiven Bereich strömt, eine wesentliche Änderung seiner Strömungsrichtung erfährt (in Fig. 3B um 180 Grad) und sich damit besonders gut über den aktiven Bereich 18 verteilen lässt. Dadurch können z. B. die Ver teil- oder Sammelbereiche 20 kleinflächiger und der aktive Bereich 18 großflä- chiger ausgebildet sein. Dadurch kann die Effizienz des die Bipolarplatte 300 enthaltenden elektrochemischen Systems 1 verbessert werden. Bei der Separatorplatte 300a gemäß den Fign. 3A-C sind die Durchführungen 13a mit dem aktiven Bereich 18 insbesondere über Kanäle in Fluidverbindung, die von den Dichtsicken 12a-d begrenzt werden, beispielsweise über einen Kanal 23 zwischen der Dichtsicke 12a und der Perimetersicke 12d, über einen Kanal 24 zwischen den Dichtsicken 12a und 12c, über einen Kanal 25 zwischen der Dichtsicke 12c und der Perimetersicke 12d, über einen Kanal 26 zwischen den Dichtsicken 12b und 12c sowie über einen Kanal 27 zwischen der Dichtsicke 12b und der Perimetersicke 12d. Der Kanal 23 zwischen der Dichtsicke 12c und der Perimetersicke 12d ist auch im Schnitt der Figur 3C dargestellt, wobei er nicht für jede Bipolarplatte mit einem eigenen Bezugszeichen versehen ist.
Zur linken Seite hin kann sich der in Figur 3C gezeigte Ausschnitt einer Schnittdarstellung analog zur Figur 2B im links von der Sicke 12a sich erstreckenden Bereich fortsetzen, d.h. die die Kanäle 23 bis 26 begrenzenden Wände der Bipolarplatte sind ebenso wie die Sicken 12a bis 12d, die Durchführun gen 13a, 13a', 13a" und die die Kanäle des Strömungsfeldes 17 begrenzenden Wände unmittelbar in eine der Separatorplatten der Bipolarplatte eingeformt. Die Bipolarplatte kommt also ohne separat gefertigte und an die Platten ange fügte Dichtelemente o.dgl. aus.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 400 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Draufsicht. Bei der Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4 handelt es sich um eine Abwandlung der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C. Im Folgenden werden daher der Ein fachheit halber vornehmlich nur die Unterschiede zwischen den
Bipolarplatten 300 und 400 hervorgehoben.
Wie die Bipolarplatte 300 so ist auch die Bipolarplatte 400 aus genau zwei zusammengefügten metallenen Separatorplatten 400a, 400b gebildet, wobei die Separatorplatte 400b in Fig. 4 durch die Separatorplatte 400a verdeckt ist. Auch die Bipolarplatte 400 weist Durchführungen 13a durch die Dichtsicke 12a auf, die an einer vom aktiven Bereich 18 der Bipolarplatte 400 abgewand ten Seite der Durchgangsöffnung 11a bzw. der Dichtsicke 12a angeordnet sind. Neben Durchführungen 13a, bei denen die erste Richtung 14a mit der zweiten Richtung 15a wie bei der Bipolarplatte 300 einen Winkel oii von 180 einschließt, weist die Bipolarplatte 400 im Gegensatz zur Bipolarplatte 300 jedoch zusätzlich eine Durchführung 13a auf, bei der die erste Richtung 14a' mit der zweiten Richtung 15a einen etwas kleineren Winkel a2 von ca. 135 Grad einschließt. In Fig. 4 ist dies die am weitesten links angeordnete Durch führung 13a durch die Dichtsicke 12a.
Ferner unterscheidet sich die Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4 von der
Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C in der Form der Durchgangsöffnungen lla-c, die bei der Bipolarplatte 400 jeweils eine Trapezform oder im Wesentlichen eine Trapezform haben, wobei die parallel verlaufenden Kanten der Durchgangsöffnungen lla-c jeweils parallel zur y-Richtung 9 und damit quer oder senkrecht zur Längsrichtung der Bipolarplatte 400 ausgerichtet sind.
Die Durchgangsöffnung 11c, die z. B. Teil eines Kühlmittelkreislaufs des die Bipolarplatte 400 enthaltenden Systems 1 aus Fig. 1 sein kann, hat einen parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte 400 und in der y-Richtung 9 be stimmten Querschnitt, der entlang der x-Richtung 8 von einem vom aktiven Bereich 18 abgewandten Ende der Durchgangsöffnung 11c bis zu einem dem aktiven Bereich 18 zugewandten Ende der Durchgangsöffnung 11c hin konti nuierlich größer wird. Unter Beachtung der Radien, mit denen die Seitenkan ten der Durchgangsöffnungen ineinander übergehen, nimmt der Querschnitt zumindest in einem Bereich, der auf einer Gerade, die parallel zur summari schen Medienströmungsrichtung 50 des aktiven Bereichs verläuft, zwischen ca. 5% und 95% der Erstreckung der ersten Durchgangsöffnung hin zum akti ven Bereich und damit auch zwischen 60% und 90% dieser Erstreckung, d.h. zwischen den beiden doppeltstrichpunktierten Linien, streng monoton zu. Damit kann eine besonders gute Kühlmittelversorgung der Bipolarplatte 400 gewährleistet werden. Beispielsweise ist der Strömungsquerschnitt aller Durchführungen 13c durch die Dichtsicke 12c bei der Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4 gegenüber einer vergleichbaren Bipolarplatte des Stands der Technik, aber auch gegenüber der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C vergrößert.
Und die Durchgangsöffnungen 11a, 11c, die z. B. der Versorgung von an die Bipolarplatte 400 angrenzenden elektrochemischen Zellen mit Reaktionsme dien dienen, haben jeweils einen parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte 400 und in der y-Richtung 9 bestimmten Querschnitt, der ent lang der x-Richtung 8 von einem dem aktiven Bereich 18 zugewandten Ende der Durchgangsöffnungen 11a, 11b bis zu einem vom aktiven Bereich 18 ab gewandten Ende der Durchgangsöffnungen 11a, 11b hin abgesehen von den Abschlussradien kontinuierlich größer wird. Unter Beachtung der Radien, mit denen die Seitenkanten der Durchgangsöffnungen ineinander übergehen, nimmt der Querschnitt zumindest in einem Bereich, der auf einer Gerade, die parallel zur summarischen Medienströmungsrichtung 50 des aktiven Bereichs verläuft, zwischen ca. 5% und 95% der Erstreckung der ersten Durchgangsöff- nung hin zum aktiven Bereich, und somit auch zwischen 10% und 40% dieser Erstreckung, d.h. zwischen den beiden doppeltstrichpunktierten Linien, streng monoton ab. Damit ist die vom aktiven Bereich 18 abgewandte Seite der Durchgangsöffnungen 11a, 11b bzw. der Dichtsicken 12a, 12b bei der Bipolarplatte 400 länger als bei der Bipolarplatte 300 und kann z. B. jeweils eine größere Anzahl von Durchführungen 13a, 13b aufweisen. Dies kann die Versorgung des aktiven Bereichs 18 mit Reaktionsmedium und damit die Effi zienz des die Bipolarplatte 400 enthaltenden elektrochemischen Systems 1 verbessern.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Bipolarplatte 400 und der Bipolarplatte 300 besteht darin, dass die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbe reichs 20 der Bipolarplatte 400 parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte 400 jeweils einen länglichen Querschnitt haben. Dieser Querschnitt kann z. B. im Wesentlichen rechteckig, oval oder auf andere Weise geformt sein.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 500 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Draufsicht. Bei der
Bipolarplatte 500 gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Abwandlung der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C. Im Folgenden werden daher der Ein fachheit halber vornehmlich nur die Unterschiede zwischen den
Bipolarplatten 300 und 500 hervorgehoben.
Wie die Bipolarplatte 300, so ist auch die Bipolarplatte 500 aus zwei zusam mengefügten metallenen Separatorplatten 500a, 500b gebildet, wobei die Separatorplatte 500b in Fig. 5 durch die Separatorplatte 500a verdeckt ist. Wiederum beträgt ein Winkel a zwischen der ersten Richtung 14a und der zweiten Richtung 15a 180 Grad.
Die Bipolarplatte 500 gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C dadurch, dass die Separatorplatte 500a zusätzliche Durchführungen 28 durch die die Durchgangsöffnung 11a umgebende Dichtsi cke 12a aufweist. Die Durchführungen 28 sind parallel zur y-Achse 9 ausge richtet. Die Durchführungen 28 können die Versorgung des aktiven Bereichs 18 mit Reaktionsmedium oder das Abführen von Reaktionsmedium aus dem aktiven Bereich weiter verbessern.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 600 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer vierten Ausführungsform in einer Draufsicht. Bei der Bipolarplatte 600 gemäß Fig. 6 handelt es sich um eine Abwandlung der Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4. Im Folgenden werden daher der Einfachheit halber vornehmlich nur die Unterschiede zwischen den Bipolarplatten 400 und 600 hervorgehoben.
Wie die Bipolarplatte 400 so ist auch die Bipolarplatte 600 aus zwei zusammengefügten metallenen Separatorplatten 600a, 600b gebildet, wobei die Separatorplatte 600b in Fig. 6 durch die Separatorplatte 600a verdeckt ist.
Die Bipolarplatte 600 gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von der Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4 dadurch, dass die Separatorplatte 600a zusätzliche Durch führungen 28 durch die die Durchgangsöffnung 11a umgebende Dichtsicke 12a und zusätzliche Durchführungen 29 durch die die Durchgangsöffnung 11b umgebende Dichtsicke 12b aufweist. Die Durchführungen 28 und 29 sind je weils parallel zur y-Achse 9 ausgerichtet. Die Durchführungen 28 können die Versorgung des aktiven Bereichs 18 mit Reaktionsmedium oder das Abführen von Reaktionsmedium aus dem aktiven Bereich 18 weiter verbessern. Entsprechend können die Durchführungen 29 die Versorgung eines aktiven Be reichs der Separatorplatte 600b mit Reaktionsmedium oder das Abführen von Reaktionsmedium aus dem aktiven Bereich der Separatorplatte 600b weiter verbessern. Für zwei der Durchführungen 13a durch die Dichtsicke 12a der Durchgangsöffnung 11a sind in Fig. 6 beispielhaft die Winkel cii und a2 zwi schen der der jeweiligen Durchführung 13a zugeordneten ersten Richtung 14a und zweiten Richtung 15a hervorgehoben. Wie bei der Bipolarplatte 400 ge- maß Fig. 4 betragen die Winkel ai und a2 bei der Bipolarplatte 600 gemäß Fig.
6 180 Grad und ca. 135 Grad.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 700 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer fünften Ausführungsform in einer Draufsicht. Bei der Bipolarplatte 700 gemäß Fig. 7 handelt es sich um eine Abwandlung der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C. Im Folgenden werden daher der Ein- fachheit halber vornehmlich nur die Unterschiede zwischen den
Bipolarplatten 300 und 700 hervorgehoben.
Wie die Bipolarplatte 300, so ist auch die Bipolarplatte 700 aus zwei zusam mengefügten metallenen Separatorplatten 700a, 700b gebildet, wobei die Separatorplatte 700b in Fig. 7 durch die Separatorplatte 700a verdeckt ist.
Die Bipolarplatte 700 gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C vor allem in der Anordnung der Durchgangsöffnun gen lla-c. Anders als bei der Bipolarplatte 300 ist die Durchgangsöffnung 11c bei der Bipolarplatte 700 zwischen den Durchgangsöffnungen 11a und 11b und dem aktiven Bereich 18 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 11c der Bipolarplatte 700 kann z. B. Teil eines Kühlkreislaufs des die Bipolarplatte 700 enthaltenden elektrochemischen Systems 1 aus Fig. 1 sein. Und die Durch gangsöffnungen 11a, 11b können der Versorgung von an die Bipolarplatte 700 angrenzenden elektrochemischen Zellen mit Reaktionsgasen dienen. Anders als bei der Bipolarplatte 300 gemäß den Fign. 3A-C erstreckt sich die Durch gangsöffnung 11c bei der Bipolarplatte 700 gemäß Fig. 7 entlang der y- Richtung 9 über die gesamte Breite des Verteil- oder Sammelbereichs 20 bzw. über die gesamte Breite des aktiven Bereichs 18. Dies kann die Versorgung des Hohlraums 22 mit Kühlmittel oder das Abführen von Kühlmittel aus dem Hohlraum 22 über die Durchgangsöffnung 11c verbessern. Für eine der Durch führungen 13a durch die Dichtsicke 12a der Durchgangsöffnung 11a ist in Fig.
7 beispielhaft der Winkel a zwischen der dieser Durchführung 13a zugeordne ten ersten Richtung 14a und zweiten Richtung 15a hervorgehoben. Dieser Winkel a beträgt hier wiederum 180 Grad.
Schließlich haben die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 bei der Bipolarplatte 700 gemäß Fig. 7 ähnlich wie bei der Bipolarplatte 400 gemäß Fig. 4 parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte 700 einen längli chen Querschnitt. Die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 20 der Bipolarplatte 700 weisen jedoch sowohl Erhebungen, die in Richtung des aktiven Bereichs 18, bezogen auf die Seitenkanten der Bipolarplatte 700 von außen nach innen gerichtet sind, als auch Vertiefungen, die von innen nach außen gerichtet sind, auf, wobei die Vertiefungen vor allem dazu dienen, Kühlmittel an der dem Hohlraum 22 zugewandten Rückseite der
Separatorplatte 700a über den Hohlraum 22 zu verteilen, um eine möglichst gleichmäßige Kühlung des aktiven Bereichs 18 zu gewährleisten.
Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt einer Bipolarplatte 800 der hier vorgeschlagenen Art gemäß einer sechsten Ausführungsform in einer Draufsicht. Bei der Bipolarplatte 800 gemäß Fig. 8 handelt es sich um eine Abwandlung der Bipolarplatte 700 gemäß Fig. 7. Im Folgenden werden daher der Einfachheit halber vornehmlich nur die Unterschiede zwischen den Bipolarplatten 800 und 700 hervorgehoben.
Wie die Bipolarplatte 700 so ist auch die Bipolarplatte 800 aus zwei zusam mengefügten metallenen Separatorplatten 800a, 800b gebildet, wobei die Separatorplatte 800b in Fig. 8 durch die Separatorplatte 800a verdeckt ist.
Die Bipolarplatte 800 gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der Bipolarplatte 700 gemäß den Fig. 7 dadurch, dass zwischen den Durchgangsöffnungen 11a, 11b und dem aktiven Bereich 18 zwei separate Durchgangsöffnungen 11c vor gesehen sind, die jeweils von einer Dichtsicke 12c umlaufen werden und die jeweils über Durchführungen 13c durch die jeweilige Dichtsicke 12c in Fluid verbindung mit dem von den Separatorplatten 800a, 800b eingeschlossenen Hohlraum 22 sind. Gegenüber der Bipolarplatte 700, bei der nur eine einzige Durchgangsöffnung 11c vorgesehen ist, die sich entlang der y-Richtung 9 über die gesamte Breite des Verteil- oder Sammelbereichs 20 bzw. des aktiven Be reichs 18 erstreckt, kann dies den Vorteil haben, das zwischen der Durch gangsöffnung 11a und dem aktiven Bereich 18 strömendes Reaktionsmedium auch durch einen Kanal 30 im mittleren Teil der Separatorplatte 800a strömen kann, der von den beiden separaten Dichtsicken 12c begrenzt wird. Das Ver teilen von Reaktionsmedium, das von der Durchgangsöffnung 11a zum aktiven Bereich 18 strömt, auf den aktiven Bereich oder das Sammeln von Reaktions- medium, das vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 11a strömt, kann so weiter verbessert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) für ein elektro chemisches System (1), umfassend:
wenigstens eine erste Durchgangsöffnung (11a) zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a);
einen aktiven Bereich (18) mit Strukturen zum Führen eines Reakti onsmediums entlang einer Flachseite der Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a); und
eine die erste Durchgangsöffnung (11a) umlaufende erste Dichtstruk tur (12a) zum Abdichten der ersten Durchgangsöffnung (11a);
wobei die erste Dichtstruktur (12a) eine erste Durchführung (13a) zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die erste Dichtstruktur (12a) auf weist;
wobei die erste Durchführung (13a) eine von der ersten Durchgangs öffnung (11a) abgewandte erste Durchführungsöffnung (13a') hat;
wobei die erste Durchführung (13a) eine von der ersten Durchgangs öffnung (11a) zur ersten Durchführungsöffnung (13a') hin gerichtete erste Richtung (14a) definiert; und
wobei die erste Durchgangsöffnung (11a) über die erste Durchführung (13a) in Fluidverbindung mit dem aktiven Bereich (18) ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchführung (13a) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die erste Richtung (14a) mit einer zweiten Richtung (15a) einen Winkel von wenigstens 100 Grad einschließt, wobei die zweite Richtung (15a) durch eine kürzeste Verbindungsgerade definiert ist, die die erste Durchführungsöffnung (13a') der ersten Durchführung (13a) mit einem Medienein- oder -auslass (16) des aktiven Bereichs (18) verbindet, und wobei die zweite Richtung (15a) von der ersten Durchführungsöffnung (13a') der ersten Durchführung (13a) zum Medienein- oder -auslass (16) des aktiven Bereichs (18) hin gerichtet ist.
2. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach Anspruch 1, wobei die erste Durchführung (13a) eine der ersten Durchgangsöffnung (11a) zugewandte zweite Durchführungsöffnung (13a") hat und wobei die erste Richtung (14a) durch eine kürzeste die zweite Durchführungsöffnung (13a") mit der ersten Durchführungsöffnung (13a') verbindende Durchleitgerade definiert ist.
3. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Durchführung (13a) derart ange ordnet und ausgebildet ist, dass die erste Richtung (14a) mit der zweiten Rich tung (15a) einen Winkel von wenigstens 105 Grad einschließt, vorzugsweise von wenigstens 110 Grad, besonders vorzugsweise von wenigstens 120 Grad.
4. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einer zweiten Durchgangsöffnung (11c) zum Durchleiten eines Kühlmittels oder eines Reaktionsmediums durch die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) und mit einer die zweite Durchgangsöffnung (11c) umlaufenden zweiten Dichtstruktur (12c) zum Abdichten der zweiten Durchgangsöffnung (11c).
5. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) aus Metall gebildet ist, vorzugsweise aus Edelstahl.
6. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach Anspruch 5, wobei die erste Dichtstruktur (12a) und/oder die zweite Dichtstruktur (12c) als in die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) eingeprägte Dichtsicken ausgebildet sind bzw. als in die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) eingeprägte Dichtsicke ausgebildet ist.
7. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Strukturen des aktiven Bereichs (18) zum Füh- ren eines Reaktionsmediums in die Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) eingeprägt sind.
8. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zwischen der ersten Durchgangsöff nung (11a) und dem aktiven Bereich (18) angeordneten Verteilbereich (20), wobei die erste Durchführungsöffnung (13a') der ersten Durchführung (13a) über den Verteilbereich (20) in Fluidverbindung mit dem aktiven Bereich (18) ist, wobei der Verteilbereich (20) Verteilstrukturen aufweist, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der ersten Durchführungsöffnung (13a') der ersten Durchführung (13a) in den Verteilbereich (20) eingeleitetes Reaktionsmedium über den aktiven Bereich (18) zu verteilen und/oder ein ausgehend vom akti ven Bereich (18) zur ersten Durchführungsöffnung (13a') der ersten Durchfüh rung (13a) hin strömendes Reaktionsmedium zur ersten Durchführungsöff nung (13a') hin zu sammeln/bündeln.
9. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die aus genau einer Lage eines Metallblechs ge bildet ist, vorzugsweise aus genau einer Lage eines Edelstahlblechs.
10. Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Durchführungsöffnung (13a') als Durchgangsfenster oder als Durchgangsloch in der Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) ausgebildet ist.
11. Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) mit einer ersten
Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) nach einem der Ansprü che 5 bis 10 und mit einer zweiten Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, wobei die erste
Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) und die zweite
Separatorplatte (300b) miteinander verbunden sind, wobei die zweite Separatorplatte (300b) ebenfalls eine erste Durchgangsöffnung aufweist, die mit der ersten Durchgangsöffnung (11a) der ersten Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) fluchtet, und wobei die miteinander fluchten¬ den ersten Durchgangsöffnungen der ersten Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) und der zweiten Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) eine erste Durchgangsöffnung der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) bilden.
12. Bipoarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 11, wobei die zweite Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) aus genau einer Lage eines Metallblechs gebildet ist, vorzugsweise aus genau einer Lage eines Edelstahlblechs.
13. Bipolarplatte (300) nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei die erste Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) gemäß Anspruch 4 ausgebildet ist, wobei die zweite Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) ebenfalls eine zweite Durchgangsöffnung aufweist, die mit der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der ersten Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) fluchtet, wobei die miteinander fluchtenden zweiten Durchgangsöffnungen der ersten Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) und der zweiten Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) eine zweite Durchgangsöffnung der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) bilden, wobei die erste Separatorplatte (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) und die zweite Separatorplatte (300b, 400a, 500b, 600b, 700b, 800b) einen Hohlraum (22) zum Durchleiten eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) einschließen und wobei der Hohl- raum (22) in Fluidverbindung mit der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) ist.
14. Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 13, wobei eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) und dem Hohlraum (22) an einer dem aktiven Bereich (18) zugewandten Seite der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (300) in die zweite Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600, 700, 800) mündet.
15. Bipolarplatte (400, 600) nach einem der Ansprüche 13 und 14, wobei sich ein parallel zu einer Planflächenebene der Bipolarplatte (400, 600) be stimmter Querschnitt der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (300) wenigstens in einem dem aktiven Bereich (18) zugewandten Endab schnitt der zweiten Durchgangsöffnung (11c) der Bipolarplatte (400, 600) zum aktiven Bereich (18) hin vergrößert.
16. Bipolarplatte (400, 600) nach Anspruch 15, wobei die zweite Durch gangsöffnung parallel zu einer summarischen Medienströmungsrichtung (50) im aktiven Bereich (18) einen maximalen Durchmesser hat, der ein dem akti ven Bereich zugewandtes erstes Ende hat, wobei der genannte Querschnitt der zweiten Durchgangsöffnung senkrecht zu diesem maximalen Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung bestimmt wird, wobei sich der genannte Querschnitt in einem zusammenhängenden Abschnitt entlang dieses maxima len Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung zum aktiven Bereich hin durchgehend streng monoton vergrößert, wobei dieser zusammenhängende Abschnitt ein dem aktiven Bereich zugewandtes erstes Ende hat und ein vom aktiven Bereich abgewandtes zweites Ende hat, wobei ein Abstand des ersten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung 10 Prozent der Länge des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung beträgt und wobei ein Abstand des zweiten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung 40 Pro zent der Länge des maximalen Durchmessers der zweiten Durchgangsöffnung beträgt.
17. Bipolarplatte (400, 600) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei sich ein parallel zur Planflächenebene der Bipolarplatte (400, 600) bestimmter Querschnitt der ersten Durchgangsöffnung (11a) der Bipolarplatte (300, 400, 600,) wenigstens in einem vom aktiven Bereich (18) abgewandten Endab schnitt der ersten Durchgangsöffnung (11a) in eine vom aktiven Bereich (18) abgewandte Richtung hin vergrößert.
18. Bipolarplatte (400, 600) nach Anspruch 17, wobei die erste Durch gangsöffnung parallel zu einer summarischen Medienströmungsrichtung (50) im aktiven Bereich (18) einen maximalen Durchmesser hat, der ein dem akti ven Bereich zugewandtes erstes Ende hat, wobei der genannte Querschnitt der ersten Durchgangsöffnung senkrecht zu diesem maximalen Durchmesser der ersten Durchgangsöffnung bestimmt wird, wobei sich der genannte Quer schnitt der ersten Durchgangsöffnung in einem zusammenhängenden Ab schnitt entlang dieses maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöff nung in die vom aktiven Bereich abgewandte Richtung durchgehend streng monoton vergrößert, wobei dieser zusammenhängende Abschnitt ein dem aktiven Bereich zugewandtes erstes Ende hat und ein vom aktiven Bereich abgewandtes zweites Ende hat, wobei ein Abstand des ersten Endes des zu sammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmes sers der ersten Durchgangsöffnung 60 Prozent der Länge des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöffnung beträgt und wobei ein Abstand des zweiten Endes des zusammenhängenden Abschnitts vom ersten Ende des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöffnung 90 Prozent der Länge des maximalen Durchmessers der ersten Durchgangsöffnung beträgt.
19. Bipolarplatte (300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 15 und 16 und nach einem der Ansprüche 17 und 18, wobei die erste Durchgangsöffnung (11a) der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600) und die zweite Durchgangs öffnung (11c) der Bipolarplatte (300, 400, 500, 600) entlang einer Richtung, die quer zu einer kürzesten Verbindungsgeraden zwischen der ersten Durch gangsöffnung (11a) und dem aktiven Bereich (18) ausgerichtet ist, nebenei nander angeordnet sind.
20. Bipolarplatte (700, 800) nach einem der Ansprüche 13 und 14 oder nach einem der Ansprüche 15 bis 19, soweit rückbezogen auf einen der An sprüche 13 und 14, wobei die zweite Durchgangsöffnung (11c) der
Bipolarplatte (700, 800) zwischen der ersten Durchgangsöffnung (11a) der Bipolarplatte (700, 800) und dem aktiven Bereich (18) angeordnet ist.
21. Elektrochemisches System (1) mit einer Vielzahl von Separatorplatten (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) oder Bipolarplatten (300, 400, 500, 600, 700, 800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit zwischen den Separatorplatten (300a, 400a, 500a, 600a, 700a, 800a) bzw. zwischen den Bipolarplatten (300, 400, 500, 600, 700, 800) angeordneten
Membraneinheiten (19).
22. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 21, das als Brennstoffzellenstapel oder als Elektrolyseur ausgebildet ist, wobei die Membraneinheiten (19) jeweils wenigstens eine Elektrolytmembran umfassen.
23. Elektrochemisches System (1) nach Anspruch 21, das als Befeuchter ausgebildet ist, wobei die Membraneinheiten (19) jeweils wenigstens eine Wasseraustauschmembran umfassen.
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