NL1001858C2

NL1001858C2 - Bipolar plate for fuel cells.

Info

Publication number: NL1001858C2
Application number: NL1001858A
Authority: NL
Inventors: Gerhard Huppmann
Original assignee: Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1998-08-11
Also published as: GB2296124A; DE4443688C1; IT1276060B1; ITMI952249A1; NL1001858A1; JPH08236127A; GB9520957D0; ITMI952249A0; CA2164476A1

Description

Titel; Tweepolige plaat voor brandstofcellenTitle; Bipolar plate for fuel cells

De uitvinding heeft betrekking op een tweepolige plaat voor het scheiden en verbinden van naburige, in een brandstofcellenstapel aangebrachte brandstofcellen.The invention relates to a bipolar plate for separating and connecting neighboring fuel cells arranged in a fuel cell stack.

Bij moderne brandstofcellenopstellingen, in het bijzonder 5 bij brandstofcellenopstellingen volgens de smelt-carbonaat-techniek zijn een hoeveelheid brandstofcellen boven elkaar in een brandstofcellenstapel aangebracht, opdat deze brandstofcellen serieel en gastechnisch met elkaar kunnen worden gekoppeld. Binnen een dergelijke brandstofcellenstapel zijn de af-10 zonderlijke cellen van elkaar gescheiden door middel van een zogenoemde tweepolige plaat. Het doel van de tweepolige plaat is - het scheiden van de gasruimte aan de anode van een brandstofcel van de gasruimte aan de kathode van de naburige 15 brandstofcel, - het beschikbaar stellen van een stromingsdoorsnede, waarin het gas naar de anode respectievelijk naar de kathode wordt toegeleid en daarvan weer wordt weggeleid, - ruimte voor het plaatsen van een katalysator voor het 20 interne reformeren, en - de vorming van elektrische contacten tussen de anode en de kathode van naburige brandstofcellen.In modern fuel cell arrangements, in particular in fuel cell arrangements of the melt carbonate technique, an amount of fuel cells are arranged one above the other in a fuel cell stack, so that these fuel cells can be coupled serially and gas technically. Within such a fuel cell stack, the separate cells are separated from each other by means of a so-called bipolar plate. The purpose of the bipolar plate is - to separate the gas space at the anode of a fuel cell from the gas space at the cathode of the neighboring fuel cell, - to provide a flow cross-section in which the gas is fed to the anode or to the cathode, respectively. - and space for placing a catalyst for internal reforming, and - the formation of electrical contacts between the anode and the cathode of neighboring fuel cells.

Gebruikelijke bekende tweepolige platen zijn uit een hoeveelheid van afzonderlijke elementen opgebouwd, die afzon-25 derlijk of in samenwerking van meerdere elementen de bovengenoemde doeleinden moeten bereiken. Zo bestaat een gebruikelijke tweepolige plaat uit - een separatorplaat, die uit roestvrij staal is vervaardigd en bij voorkeur is vernikkeld en welke separatorplaat een 30 scheiding van de ruimtes bewerkstelligt, - een geperforeerde, golfplaatvormige, aan de zijde van de anode geplaatste stroomverzamelaar uit vernikkeld roestvrij staal, die naast het doel stroom te verzamelen, de aan de zijde van de anode aanwezige gasruimte vormt en ruimte voor 1 0 0 1 8 5 e 2 het opnemen van een katalysatormateriaal voor het interne reformeren biedt, - een geperforeerde, golfplaatvormige aan de zijde van de kathode geplaatste stroomverzamelaar uit roestvrij staal, die 5 aan de zijde van de kathode een gasruimte vormt, - een aan de zijde van de anode aangebrachte gatenplaat uit nikkel, die in een gelijkmatige mechanische ondersteuning van de anode voorziet, - een aan de zijde van de kathode aangebrachte gatenplaat 10 uit roestvrij staal voor het ondersteunen van de kathode en - randafsluitlijsten uit roestvrij staal, die de rand-gedeeltes afdichten en tot de stabilisatie van de brandstofcellenstapel bijdragen.Conventional known bipolar plates are made up of an amount of individual elements which, individually or in cooperation of several elements, must achieve the above-mentioned purposes. For example, a conventional bipolar plate consists of - a separator plate, which is made of stainless steel and is preferably nickel-plated, and which separator plate effects the separation of the spaces, - a perforated, corrugated plate-shaped current collector made of nickel-plated stainless steel steel, which, in addition to the target to collect current, forms the gas space present on the anode side and provides space for the incorporation of a catalyst material for internal reforming, - a perforated, corrugated plate on the side stainless steel current collector placed from the cathode and forming a gas space on the cathode side, - a nickel perforated plate disposed on the anode side, which provides uniform mechanical support of the anode, - one on the side stainless steel hole plate 10 provided from the cathode to support the cathode and edge sealing strips stainless steel, which seal the edge areas and contribute to the stabilization of the fuel cell stack.

Als gevolg van de opbouw van een dergelijke gebruikelijke 15 tweepolige plaat uit de hoeveelheid van de genoemde onderdelen volgen verschillende nadelen. Als gevolg van het grote aantal onderdelen zijn de kosten voor materiaal, produktie en montage hoog; tussen de afzonderlijke onderdelen zijn hoge elektrische overgangsweerstanden aanwezig, die in het bijzonder op de 20 zijde van de kathode in de gereduceerde atmosfeer daarvan aanzienlijke waarden kunnen aannemen; het vernikkelen van de op de zijde van de anode aangebrachte stroomverzamelaar veroorzaakt aanzienlijke kosten, omdat de stroomverzamelaar pas na het stempelen kan worden vernikkeld, teneinde het ver-25 nikkelen van alle afgesneden randen te garanderen. Een uitvoeringsvorm uit nikkelplaatmateriaal is niet mogelijk.As a result of the construction of such a conventional two-pole plate from the amount of the said parts, various drawbacks follow. Due to the large number of parts, the costs for material, production and assembly are high; high electrical transition resistances are present between the individual components, which can assume considerable values in particular on the side of the cathode in the reduced atmosphere thereof; nickel plating the current collector mounted on the anode side causes considerable expense, because the current collector can be nickel plated only after stamping, to ensure nickel plating of all cut edges. An embodiment made of nickel plate material is not possible.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een tweepolige plaat voor brandstofcellen te verschaffen, welke plaat eenvoudig is opgebouwd.The object of the present invention is to provide a bipolar plate for fuel cells, which plate is of simple construction.

30 Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bij een tweepolige plaat van de voornoemde soort bereikt, doordat de tweepolige plaat is gevormd door een enkel, integraal plaat-lichaam, dat is voorzien van een hoeveelheid naar de anode toegekeerde en aanlegvlakken voor de anode vormende en door 35 tussenruimtes van elkaar op afstand gelegen eerste verhoogde gedeeltes en van een hoeveelheid naar de kathode toegekeerde en aanlegvlakken voor de kathode vormende en door tussenruim- 1001858 3 tes op afstand gelegen tweede verhoogde gedeeltes, waarbij de tussenruimtes tussen de eerste verhoogde gedeeltes stromings-kanalen vormen voor het op de anodezijde van de tweepolige plaat stromende brandstofgas en de tussenruimtes tussen de 5 tweede verhoogde gedeeltes stromingskanalen vormen voor het op de kathodezijde van de tweepolige plaat stromende kathodegas.According to the present invention, this object is achieved with a bipolar plate of the aforementioned type, in that the bipolar plate is formed by a single, integral plate body, which is provided with an amount facing and anode forming faces for the anode and first elevated portions spaced apart from each other and a plurality of cathode-facing and cathode-spacing second spaced apart portions 1001858 3 spaced between the first elevated portions flow channels for fuel gas flowing on the anode side of the bipolar plate and the interstices between the second raised portions form flow channels for the cathode gas flowing on the cathode side of the bipolar plate.

Een belangrijk voordeel van de tweepolige plaat volgens de uitvinding is de opbouw daarvan uit een enkel stuk, waardoor elektrische verbindingsplaatsen binnen de afzonden-10 lijke elementen van de tweepolige plaat overbodig zijn. Hierdoor vallen elektrische overgangsweerstanden weg en daarmee de interne ohmse weerstand van de brandstofcellenstapel, zodat de produktie van warmte wordt verminderd, hetgeen een verbetering van het rendement tot gevolg heeft.An important advantage of the bipolar plate according to the invention is its construction in one piece, whereby electrical connection points within the separate elements of the bipolar plate are unnecessary. This eliminates electrical transition resistances and thus the internal ohmic resistance of the fuel cell stack, so that heat production is reduced, resulting in an improvement in efficiency.

15 Een verder voordeel is, dat de tweepolige plaat volgens de uitvinding in tegenstelling tot de gebruikelijke stroom-verzamelaars geen doorbrekingen bezit, zodat een kostbare vernikkeling na het vervaardigen van de tweepolige plaat niet meer vereist is, maar de tweepolige plaat uit een eenzijdig, 20 van te voren vernikkeld, bijvoorbeeld een door walsen geplat-teerde plaat kan worden vervaardigd. Dit leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen.A further advantage is that the bipolar plate according to the invention, in contrast to the usual current collectors, has no breaks, so that expensive nickel plating is no longer required after the bipolar plate has been manufactured, but the bipolar plate is made from a one-sided nickel-plated, for example, a plate plated by rollers can be manufactured. This leads to significant cost savings.

Een verder voordeel is, dat door de eendelige opbouw van de tweepolige plaat ten opzichte van de conventionele opbouw 25 uit vijf afzonderlijke platen materiaal, gewicht en montage-kosten kunnen worden bespaard.A further advantage is that the one-piece construction of the bipolar plate makes it possible to save material, weight and installation costs compared to the conventional construction of five separate plates.

Voordelige uitvoeringsvormen van de tweepolige plaat volgens de uitvinding zijn in de volgconclusies genoemd.Advantageous embodiments of the bipolar plate according to the invention are mentioned in the subclaims.

In het hiernavolgende worden de gebruikelijke opbouw van 30 een tweepolige plaat en navolgend uitvoeringsvoorbeelden van een tweepolige plaat volgens de uitvinding onder verwijzing naar de tekening nader toegelicht, hierin toont: figuur 1 een aanzicht in perspectief van de afzonderlijke onderdelen van een brandstofcellenstapel met gebruikelijke 35 tweepolige platen; 1 0 0 1 8 5 8 4 figuur 2 een vergroot en gedeeltelijk gesneden deel-aanzicht in perspectief van de afzonderlijke onderdelen van een gebruikelijke tweepolige plaat; figuur 3 een schematisch aanzicht in perspectief van een 5 tweepolige plaat volgens een eerste uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding; en figuur 4 een schematisch gesneden deelaanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de tweepolige plaat in de gemonteerde toestand.In the following, the usual construction of a bipolar plate and the following exemplary embodiments of a bipolar plate according to the invention are further elucidated with reference to the drawing, in which: figure 1 shows a perspective view of the individual parts of a fuel cell stack with conventional bipolar plates; 1 0 0 1 8 5 8 4 Figure 2 shows an enlarged and partly cut-away perspective view of the individual parts of a conventional two-pole plate; figure 3 shows a schematic perspective view of a bipolar plate according to a first exemplary embodiment of the invention; and figure 4 shows a schematic cut partial view of a second exemplary embodiment of the bipolar plate in the assembled state.

10 Bij het in figuur 1 getoonde aanzicht in perspectief van de afzonderlijke onderdelen van een brandstofcellenstapel volgens de uitvinding is met het verwijzingscijfer 8 de brandstofcellenstapel in zijn algemeenheid aangegeven. Ten behoeve van een beter overzicht zijn slechts drie brandstofcellen 9 15 getoond. Elk van de brandstofcellen 9 omvat een uit een nikkellegering vervaardigde hoog poreuze anode 1, een uit met lithium gedoteerd nikkeloxyde vervaardigde hoog poreuze kathode 2 en een tussen de anode 1 en de kathode 2 ingebedde matrix 3, waarin een door een alkali-carbonaat-smelt gevormde 20 smeltelektrolyt is gefixeerd. De tweepolige plaat volgens de uitvinding is vanzelfsprekend niet tot het gebruik van een dergelijke alkali-carbonaat-smelt-brandstofcel beperkt. Bij de weergave volgens figuur 1 zijn de anode 1, de kathode 2 en de matrix 3 van de bovenste en de onderste brandstofcel in een 25 samengevoegde toestand weergegeven, in tegenstelling tot de in het midden getoonde brandstofcel 3 waarbij deze onderdelen afzonderlijk van elkaar zijn getoond.In the perspective view shown in Figure 1 of the individual parts of a fuel cell stack according to the invention, reference numeral 8 denotes the fuel cell stack in general. For the sake of a better overview, only three fuel cells 9 are shown. Each of the fuel cells 9 includes a nickel alloy high porous anode 1, a lithium doped nickel oxide high porous cathode 2, and a matrix 3 embedded between anode 1 and cathode 2, in which an alkali carbonate melt melt electrolyte formed is fixed. The bipolar plate according to the invention is of course not limited to the use of such an alkali carbonate melt fuel cell. In the representation according to figure 1, the anode 1, the cathode 2 and the matrix 3 of the upper and the lower fuel cell are shown in a combined state, in contrast to the fuel cell 3 shown in the middle, these parts being shown separately from each other .

Tussen twee in een stapel op elkaar volgende naburige brandstofcellen 9 is telkens een tweepolige plaat 4 aange-30 bracht. Deze tweepolige platen 4 scheiden de gasruimte aan de anode 1 van een brandstofcel 9 van de gasruimte aan de kathode 2 van de naburige brandstofcel en vormen tegelijkertijd een desbetreffende stromingsdoorsnede, waarin het brand-stofgas B langs de anode en het kathodegas K langs de kathode 35 wordt geleid. Bij de weergave volgens figuur 1 wordt het brandstofgas B van voren naar achteren door de aan de zijde van de anode aanwezige gasruimte op de onderzijde van de 1001858 5 tweepolige platen 4 geleid, terwijl het kathodegas K door de aan de zijde van de kathode aanwezige gasruimte op de bovenzijde van de tweepolige platen 4 van links naar rechts wordt geleid. Het verdelen en samenvoegen van de gasstromen 5 geschiedt door middel van op alle vier zijden van de brandstofcellenstapel 8 aangebrachte gasverdelers 7, waarvan in de figuur ten behoeve van het overzicht slechts één is weergegeven.A bipolar plate 4 is arranged between two adjacent fuel cells 9 in a stack. These bipolar plates 4 separate the gas space at the anode 1 of a fuel cell 9 from the gas space at the cathode 2 of the neighboring fuel cell and at the same time form a corresponding flow section, in which the fuel gas B along the anode and the cathode gas K along the cathode 35 is led. In the representation according to figure 1, the fuel gas B is led from front to back through the gas space present on the anode side on the underside of the 1001858 5 bipolar plates 4, while the cathode gas K passes through the gas space present on the side of the cathode on the top of the bipolar plates 4 from left to right. The gas flows 5 are distributed and combined by means of gas distributors 7 arranged on all four sides of the fuel cell stack 8, of which only one is shown in the figure for the purpose of the overview.

Op de bovenzijde van de bovenste brandstofcel 9 en de .On the top of the upper fuel cell 9 and the.

10 onderzijde van de onderste brandstofcel 9 zijn telkens tweepolige deelplaten 4' aangebracht, die telkens slechts het aan de anode 1 van de bovenste brandstofcel respectievelijk de kathode 2 van de onderste brandstofcel vereiste gedeelte voor het vormen van de desbetreffende gasruimte omvatten.At the bottom of the lower fuel cell 9, two-pole sub-plates 4 'are each provided, which in each case comprise only the part required to form the respective gas space at the anode 1 of the upper fuel cell or the cathode 2 of the lower fuel cell.

15 De bovenste en onderste brandstofcel 9 zijn door desbe treffende isolatieplaten 5, die tegen eindplaten 6 aanliggen, elektrisch geïsoleerd. De brandstofcellenstapel 8 wordt door vier in de hoeken verlopende schroefbouten 6' vastgezet waarbij de schroefbouten in de figuur slechts gedeeltelijk zijn 20 getoond.The top and bottom fuel cells 9 are electrically insulated by respective insulating plates 5, which abut end plates 6. The fuel cell stack 8 is secured by four angled screw bolts 6 ', the screw bolts only partially shown in the figure.

Figuur 2 toont in perspectief een deel van een gebruikelijke tweepolige plaat. Deze tweepolige plaat bestaat uit vijf afzonderlijke plaatelementen, die tot een tweepolige plaat zijn samengesteld. Deze zijn een uit roestvrij staal vervaar-25 digde en aan de zijde van de anode vernikkelde separator- plaat 40, die een scheiding van de gasruimtes bewerkstelligt, een geperforeerde, golfplaatvormige, aan de zijde van de anode geplaatste stroomverzamelaar 41 die eveneens uit roestvrij staal is vervaardigd, die tot doel heeft de stroom aan de 30 anode te verzamelen, de gasruimte aan de zijde van de anode te vormen en die verder ruimte biedt voor het opnemen van een katalysatormateriaal 45 voor een interne reformeringsreactie. Boven de aan de zijde van de anode aangebrachte stroomverzamelaar 41 is een aan de zijde van de anode gelegen gatenplaat 42 35 uit nikkel aangebracht, die in een gelijkmatige mechanische ondersteuning van de anode voorziet. Deze aan de zijde van de anode aangebrachte gatenplaat 42 staat direct in verbinding 1001858 6 met de anode. Onder de separatorplaat 40 is een geperforeerde, golfplaatvormige stroomverzamelaar 43 uit roestvrij staal aan de zijde van de kathode geplaatst, die de gasruintte vormt aan de zijde van de kathode. Ten opzichte van de aan de zijde van 5 de anode aangebrachte stroomverzamelaar 41 behoeft de aan de zijde van de kathode aangebrachte stroomverzamelaar 43 geen vernikkeling te omvatten. Onder de aan de zijde van de kathode aangebrachte stroomverzamelaar 43 bevindt zich een aan de zijde van de kathode aangebrachte gatenplaat 44 uit roestvrij 10 staal, die de kathode ondersteunt en daarmee direct in verbinding staat. Door deze genoemde vijf afzonderlijke elementen wordt de gebruikelijke tweepolige plaat gevormd. Verder omvat de tweepolige plaat nog randafsluitlijsten 46 en 47, die in een zijwaartse begrenzing van de gasruimtes aan de anoden 15 respectievelijk de kathoden voorzien en in een stabilisatie van de gehele brandstofcellenstapel voorzien. Deze randafsluitlijsten 46, 47 moeten echter niet als bestanddeel van de tweepolige plaat in de nauwe betekenis worden opgevat.Figure 2 is a perspective view of part of a conventional bipolar plate. This bipolar plate consists of five separate plate elements, which are assembled into a bipolar plate. These are a separator plate 40 made of stainless steel and nickel-plated on the anode side, which separates the gas spaces, a perforated, corrugated plate-shaped current collector 41, which is also made of stainless steel which has the purpose of collecting the current at the anode, forming the gas space on the anode side and further providing space for the incorporation of a catalyst material 45 for an internal reforming reaction. Above the current collector 41 disposed on the anode side, a nickel hole plate 42 located on the anode side is provided, which provides uniform mechanical support of the anode. This hole plate 42 arranged on the side of the anode is in direct connection with the anode. Under the separator plate 40, a perforated, corrugated plate flow collector 43 of stainless steel is placed on the side of the cathode, which forms the gas ruin on the side of the cathode. Compared to the current collector 41 mounted on the anode side, the current collector 43 mounted on the cathode side need not comprise nickel plating. Below the flow collector 43 disposed on the cathode side is a stainless steel hole plate 44 disposed on the cathode side, which supports the cathode and is directly connected thereto. The usual two-pole plate is formed by these five separate elements. Furthermore, the bipolar plate also includes edge sealing strips 46 and 47, which provide lateral delimitation of the gas spaces to the anodes 15 and cathodes, respectively, and provide stabilization of the entire fuel cell stack. However, these edge sealing strips 46, 47 are not to be understood in the strict sense as a component of the bipolar sheet.

Bij het in figuur 3 schematisch in perspectief getoonde 20 uitvoeringsvoorbeeld van de tweepolige plaat volgens de uitvinding, wordt deze door een enkel integraal plaatlichaam 400 gevormd. Dit plaatlichaam omvat op zijn (niet weergegeven en zich op de onderzijde van de tweepolige plaat voor te stellen) naar de anode toegekeerde zijde een hoeveelheid van eerste 25 verhoogde gedeeltes 410. Overeenkomstig zijn op de van de (eveneens niet weergegeven en zich op de bovenzijde van de tweepolige plaat voor te stellen) naar de kathode toegekeerde zijde een hoeveelheid van tweede verhoogde gedeeltes 420 gevormd. Terwijl in de figuur ten behoeve van het overzicht 30 slechts telkens acht van de eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410 respectievelijk 420 zijn getoond, zijn dit er in de praktijk natuurlijk veel meer. De verhoogde gedeeltes 410 en 420 vormen met hun puntgedeeltes telkens aanleggebieden of -vlakken voor het aanliggen van de desbetreffende elektrode, 35 dus voor de onder de tweepolige plaat voor te stellen anode en voor de boven de tweepolige plaat voor te stellen kathode. De langszijden van de tweepolige plaat zijn telkens voorzien van 1001858 7 randafsluitlijsten 430, die in figuur 3 slechts schematisch zijn weergegeven.In the exemplary embodiment of the bipolar plate according to the invention shown schematically in perspective in Figure 3, it is formed by a single integral plate body 400. This plate body comprises on its (not shown and imagined on the bottom of the bipolar plate) side facing the anode an amount of first 25 raised portions 410. Corresponding to the of (also not shown and located on the top) from the bipolar plate to the cathode-facing side, an amount of second raised portions 420 are formed. While only eight of the first and second raised sections 410 and 420, respectively, are shown in the figure for the purpose of overview 30, these are of course much more in practice. The raised portions 410 and 420 each form, with their tip portions, contact areas or surfaces for the abutting of the respective electrode, i.e. for the anode to be represented below the bipolar plate and for the cathode to be represented above the bipolar plate. The longitudinal sides of the bipolar plate are each provided with 1001858 7 edge sealing strips 430, which are only shown schematically in Figure 3.

De tussenruimtes tussen de eerste verhoogde gedeeltes 410 vormen stromingskanalen voor het op de zijde van de anode van 5 de tweepolige plaat stromende verbrandingsgas B, daarentegen vormen de tussenruimtes tussen de tweede verhoogde gedeeltes 420 stromingskanalen voor het op de zijde van de kathode van de tweepolige plaat stromende kathodegas K.The gaps between the first raised portions 410 form flow channels for the combustion gas B flowing on the anode side of the bipolar plate, on the other hand, the gaps between the second raised portions 420 form flow channels on the cathode side of the bipolar plate. flowing cathode gas K.

De eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410, 420 zijn,bij 10 voorkeur telkens op vaste afstanden ten opzichte van elkaar aangebracht. Teneinde een aanpassing aan de stromingsverhou-dingen en andere voor een brandstofcel typische parameters mogelijk te maken, kunnen ook niet-vaste afstanden worden gekozen.The first and second raised portions 410, 420 are preferably preferably at fixed distances from each other. In order to allow adaptation to flow conditions and other parameters typical of a fuel cell, non-fixed distances can also be selected.

15 Bij het in figuur 4 getoonde tweede uitvoeringsvoorbeeld van de tweepolige plaat volgens de uitvinding zijn de eerste en de tweede verhoogde gedeeltes 410 en 420 kalotvormig uitgevoerd. Hierdoor ontstaat ten opzichte van de piramidevormige vormgeving van de verhoogde gedeeltes bij het in figuur 3 ge-20 toonde uitvoeringsvoorbeeld een vergroting van het aanlegvlak voor de anode respectievelijk de kathode, alsmede een veer-eigenschap van de tweepolige plaat, die een gelijkmatige druk-belasting van de aangebrachte brandstofcellen alsmede een compensatie van spanningsschommelingen garandeert. Hiertoe 25 kunnen de kalotvormige eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410 respectievelijk 420 min of meer bolvormig zijn uitgevoerd. Tussen de aan de zijde van de anode aangebrachte verhoogde gedeeltes 410 is een katalysatormateriaal in de vorm van pellets 450 aangebracht, dat voor het interne reformeren 30 van het langs de anode geleide brandstofgas dient. Deze katalysatorpellets 450 zijn dus op de achterzijde van de naar de kathode toegekeerde tweede verhoogde gedeeltes 420 ingebracht.In the second exemplary embodiment of the bipolar plate according to the invention shown in figure 4, the first and the second raised parts 410 and 420 are designed in the shape of a calot. In comparison with the pyramid-shaped design of the raised parts, this results in an enlargement of the contact surface for the anode or the cathode in the exemplary embodiment shown in Figure 3, as well as a spring property of the bipolar plate, which has an even pressure load. of the fitted fuel cells as well as compensation for voltage fluctuations. For this purpose, the calot-shaped first and second raised portions 410 and 420, respectively, may be of somewhat spherical shape. Between the raised portions 410 disposed on the anode side, a catalyst material in the form of pellets 450 is provided which serves to internally reform the fuel gas passed along the anode. Thus, these catalyst pellets 450 are inserted on the back of the second raised portions 420 facing the cathode.

Het plaatlichaam 400 van de tweepolige plaat is bij 35 voorkeur door middel van stempelen, persen of dieptrekken van de eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410, 420 uit één stuk 1001858 8 plat blik uit roestvrij staal vervaardigd, dat aan de zijde van de anode is vernikkeld.The plate body 400 of the bipolar plate is preferably made of stainless steel by stamping, pressing or deep drawing the first and second raised portions 410, 420 in one piece 1001858 8, which is nickel-plated on the anode side .

Bij het in figuur 3 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn de eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410, 420 volgens een 5 schaakbordpatroon telkens afwisselend ten opzichte van elkaar aangebracht, waarbij de roosterconstante van het schaakbordpatroon aan de stromingsverhoudingen en aan de andere voor brandstofcellen specifieke parameters kan worden aangepast. In een eerste richting, die de hoofdstroomrichting van het anode-10 gas B is, zijn de eerste verhoogde gedeeltes 410 overeenkomstig de rijen van de schaakbordvormige opstelling afwisselend, op elkaar volgend aangebracht, in tegenstelling tot een ten opzichte van de eerste richting verticale tweede richting, die de hoofdstroomrichting van het kathodegas K is, de tweede 15 verhoogde gedeeltes 420 overeenkomstig de kolommen van de schaakbordvormige opstelling afwisselend op elkaar volgen.In the exemplary embodiment shown in Figure 3, the first and second raised portions 410, 420 are arranged alternately in a checkerboard pattern, the grid constant of the checkerboard pattern being adaptable to the flow conditions and to the other fuel cell specific parameters. In a first direction, which is the main flow direction of the anode-10 gas B, the first raised portions 410 are arranged alternately, one after the other, in accordance with the rows of the chessboard-shaped arrangement, as opposed to a second direction vertical relative to the first direction. which is the main flow direction of the cathode gas K, the second raised portions 420 follow alternately one after the other according to the columns of the chessboard arrangement.

Afwijkend van dit uitvoeringsvoorbeeld kan de schaakbordvormige opstelling zodanig worden gekozen, dat de desbetreffende stromingsrichtingen van het brandstofgas B en het 20 kathodegas K met de diagonalen van het schaakbordpatroon samenvallen, hetgeen tot een vermindering van de stromings-weerstand leidt.Deviating from this exemplary embodiment, the checkerboard-shaped arrangement can be chosen such that the respective flow directions of the fuel gas B and the cathode gas K coincide with the diagonals of the checkerboard pattern, which results in a reduction of the flow resistance.

Afwijkend van de piramidevormige of kalotvormige uitvoering van de verhoogde gedeeltes 410, 420 van de twee be-25 schreven uitvoeringsvoorbeelden zijn ook andere vormgevingen mogelijk. Zo kunnen de eerste en tweede verhoogde gedeeltes 410, 420 ook tonvormig zijn uitgevoerd. Hierbij is het bijvoorbeeld mogelijk de lange assen van de tonvormig uitgevoerde eerste verhoogde gedeeltes 410 verticaal ten opzichte 30 van de lange assen van de tonvormig uitgevoerde tweede gedeeltes 420 aan te brengen, waarbij de lange assen van de naar de anode toegekeerde eerste verhoogde gedeeltes 410 parallel ten opzichte van de hoofdstroomrichting van het brandstofgas B en de lange assen van de naar de kathode 35 toegekeerde tweede verhoogde gedeeltes 420 parallel ten opzichte van de hoofdstroomrichting van het kathodegas K verlopen. Hierdoor volgt enerzijds een vergroting van het 1001858 9 aanlegvlak tussen de desbetreffende verhoogde gedeeltes 410, 420 en de daartegen aanliggende elektroden, dat wil zeggen de anode respectievelijk de kathode van de desbetreffende naburige brandstofcellen, waarbij anderzijds de stromings-5 weerstand niet wezenlijk wordt verhoogd.Deviating from the pyramid-shaped or calotte-shaped design of the raised parts 410, 420 of the two described embodiments, other shapes are also possible. Thus, the first and second raised portions 410, 420 may also be barrel-shaped. It is hereby possible, for example, to arrange the long axes of the barrel-shaped first raised portions 410 vertically relative to the long axes of the barrel-shaped second portions 420, the long axes of the first raised portions 410 facing the anode being parallel with respect to the main flow direction of the fuel gas B and the long axes of the second elevated portions 420 facing cathode 35 extend parallel to the main flow direction of the cathode gas K. On the one hand this results in an enlargement of the contact surface between the respective raised sections 410, 420 and the electrodes abutting against it, that is to say the anode or the cathode of the respective neighboring fuel cells, on the other hand the flow resistance is not substantially increased.

Ook is het mogelijk, de verhoogde gedeeltes 410 en 420 verschillend uit te voeren, bijvoorbeeld de ene verhoogde gedeeltes piramide- of kalotvormig en de andere verhoogde gedeeltes tonvormig uit te voeren.It is also possible to design the raised parts 410 and 420 differently, for example the one raised parts being pyramid or calotte-shaped and the other raised parts barrel-shaped.

10 Verder bestaat de mogelijkheid, de piramide-, kalot-, ton- of in een andere vorm uitgevoerde verhoogde gedeeltes in een richting parallel ten opzichte van het hoofdvlak van de tweepolige plaat af te vlakken en daardoor de aanlegvlakken naar de elektroden toe te vergroten. Ook dit afvlakken kan 15 voor de verhoogde gedeeltes van de ene en andere soort verschillend worden gekozen, om bijvoorbeeld de tweepolige plaat aan verschillende mechanische sterkte-eigenschappen van de anode en de kathode aan te passen.Furthermore, it is possible to flatten the pyramid, calotte, barrel or other elevated sections in a direction parallel to the main plane of the bipolar plate and thereby increase the contact surfaces towards the electrodes. This flattening can also be chosen differently for the raised parts of one and the other, in order, for example, to adapt the bipolar plate to different mechanical strength properties of the anode and the cathode.

10018581001858

Claims

1. Bipolar plate for scolding and connecting an anode and cathode of neighboring fuel cells arranged in a fuel cell stack, characterized in that the bipolar plate is formed by a single integral plate body (400) provided of a plurality of elevated first portions (410) and spaced-apart facing surfaces for the anode (1) and spaced-apart first faces (410) and of cathode faces (1) 2) 10 forming and spaced second elevated portions (420), the interspaces between the first elevated portions (410) forming flow channels for the fuel gas (B) flowing on the anode side of the bipolar plate and the interspaces between the second elevated sections (420) form flow channels for flowing cathode gas (K) on the cathode side of the bipolar plate.

A bipolar sheet according to claim 1, characterized in that the first and the second raised portions (410, 420) are each arranged at fixed distances from one another.

Bipolar sheet according to claim 2, characterized in that the first and second raised portions (410, 420) are arranged alternately in a checkerboard pattern.

Bipolar plate according to claim 3, characterized in that in a first direction which is the main flow direction of the fuel gas (B) and in a vertical second direction relative to the first direction, which is the main flow direction of the cathode gas (K) first and second raised portions (410, 420) corresponding to the rows and columns of the chessboard-shaped arrangement are arranged alternately in succession.

Bipolar plate according to claim 3, characterized in that in a first direction, which is the main flow direction of the fuel gas (B), and in a second direction vertical relative to the first direction, which is the main flow direction Of the cathode gas (K), each time only the first and second raised portions (410, 420) are arranged one after the other in accordance with the diagonal of the checkerboard arrangement.

Bipolar sheet according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the first and / or the second raised parts (410, 420) are pyramid-shaped.

Bipolar sheet according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the first and / or the second raised parts (410, 420) are designed in the shape of a calotte.

Bipolar sheet according to at least one of Claims 1 to 7, characterized in that the first and / or the second raised parts (410, 420) are barrel-shaped.

A bipolar plate according to claim 8, characterized in that the long axes of the barrel-shaped first sections (410) extend vertically with respect to the long axes of the barrel-shaped second sections (420), the long axes of the barrel first elevated portions (410) facing the anode (410) are parallel to the main flow direction of the fuel gas (B) and the long axes of the second elevated portions (420) facing the cathode are parallel to the main flow direction of the cathode gas (K) has expired.

Bipolar sheet according to at least one of Claims 25 to 9, characterized in that the pyramid, calotte or barrel-shaped first and / or second raised sections (410, 420) are provided with flattened contact surfaces for the anode (1) and in front of the cathode (2), respectively.

Bipolar sheet according to at least one of claims 30 to 10, characterized in that the first and second raised sections (410, 420) are designed identically.

Bipolar sheet according to at least one of Claims 6 to 10, characterized in that the first and second raised parts (410, 420) are designed differently.

Bipolar plate according to at least one of Claims 6 to 10, characterized in that the plate body (400) of the bipolar plate is made from one piece of flat tin by stamping, pressing 1 0 0 1 8 5 8 or deep drawing of the first and second raised portions (410, 420) is made.

Bipolar sheet according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the sheet body (400) is made of a stainless steel sheet.

Bipolar plate according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the stainless steel plate is nickel-plated on the anode side.

Bipolar plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that catalyst pellets are arranged in the interspaces of the first raised portions (410) arranged on the anode side.

Bipolar plate according to at least one of Claims 1 to 15, characterized in that the bipolar plate is provided on the anode side with a catalyst layer. 1001858