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Title:
GAS DISTRIBUTOR STRUCTURE FOR A FUEL CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185416
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a bipolar plate (10) for a fuel cell (100) which is used to provide a reactant to the fuel cell (100), comprising a first region (11) in the form of a flat layer (L) for separating a cathode region (K) from an anode region (A) of the fuel cell (100), and a second region (12) for providing a distributor structure (S) for distributing the reactant over an electrode unit (GDL). The second region (12) can be brought into abutment against the electrode unit (GDL), and the second region (12) has a plurality of structural elements (Si), which are connected to the first region (11) in an integrally bonded manner.

Inventors:
HOLZ DIETER (DE)
SCHOEPF MARTIN (DE)
FISCHER ARNE STEPHEN (DE)
WINTER MARIUS (DE)
WALTHER MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/056935
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 20, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
C25B11/02; H01M8/0206; H01M8/0223; H01M8/0247; H01M8/0258; H01M8/0267; H01M8/1018
Domestic Patent References:
WO2018130388A12018-07-19
WO2018108546A22018-06-21
Foreign References:
DE102017107422A12017-10-12
US20050221150A12005-10-06
DE102008049608A12010-04-01
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1. Bipolarplate (10) für eine Brennstoffzelle (100), die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle (100) dient,

aufweisend:

einen ersten Bereich (11) in Form einer ebenen Lage (L) zum Trennen eines Kathodenbereiches (K) von einem Anodenbereich (A) der

Brennstoffzelle (100),

und einen zweiten Bereich (12) zum Bereitstellen einer Verteilerstruktur (S) zum Verteilen des Reaktanten über einer Elektrodeneinheit (GDL), wobei der zweite Bereich (12) an der Elektrodeneinheit (GDL) zur Auflage bringbar ist,

und wobei der zweite Bereich (12) mehrere Strukturelemente (Si) aufweist, die an dem ersten Bereich (11) stoffschlüssig angebunden sind.

2. Bipolarplate (10) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Elektrodeneinheit (GDL) in Form einer Gasdiffusionslage aus einem gewebeartigen oder vliesartigen Kohlenstoffmaterial ausgebildet ist.

3. Bipolarplate (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Verteilerstruktur (S) in der Verteilerebene (x, y) des Reaktanten mehrere periodisch oder stochastisch verteilte Strukturelemente (Si) aufweist,

und/oder dass die Lage (L) in Form einer Plate oder Folie ausgebildet ist.

4. Bipolarplate (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lage (L) und/oder die Strukturelemente (Si) aus einem leitenden Material, insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus einem nicht rostenden Metall, bevorzugt aus Titan, Kupfer, Aluminium oder Edelstahl, ausgebildet sind.

5. Bipolarplate (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strukturelemente (Si) im Querschnit eine Kugelform, eine

Mehreckform, eine Dreiecksform, eine Trapezform, eine Kegelform oder einen Kegelstumpf aufweisen.

6. Bipolarplate (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Strukturelemente (Si) mithilfe einer verbrennbaren, einer verätzbaren oder auswaschbaren Matrix oder Paste am ersten Bereich (11) aufgetragen und/oder mitels Versintern am ersten Bereich (11)

angebunden sind.

7. Brennstoffzelle (100), die auf einer Kathodenseite (K) und/oder auf einer Anodenseite (A) mindestens eine Bipolarplate (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte (10) für eine Brennstoffzelle (100), die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle (100) dient,

aufweisend:

einen ersten Bereich (11) in Form einer ebenen Lage (L) zum Trennen eines Kathodenbereiches (K) von einem Anodenbereich (A) der

Brennstoffzelle (100),

und einen zweiten Bereich (12) zum Bereitstellen einer Verteilerstruktur (S) zum Verteilen des Reaktanten über einer Elektrodeneinheit (GDL), wobei der zweite Bereich (12) an die Elektrodeneinheit (GDL) angrenzt, und wobei der zweite Bereich (12) mehrere Strukturelemente (Si) aufweist, die an dem ersten Bereich (11) stoffschlüssig angebunden werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist: a) Vermischen der Strukturelemente (Si) mit einer verbrennbaren, einer verätzbaren oder auswaschbaren Matrix oder Paste,

b) Aufträgen der Matrix oder Paste mit den untergemischten

Strukturelementen (Si) am ersten Bereich (11) der Bipolarplatte (10), c) Versintern der Strukturelemente (Si) am ersten Bereich (11),

und/oder

d) Beseitigen der Matrix oder Paste von der Verteilerstruktur (S).

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dient.

Description:
Beschreibung

Gasverteilerstruktur für eine Brennstoffzelle

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, nach dem unabhängigen

Vorrichtungsanspruch. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle mit mindestens einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Bipolarplatte nach dem unabhängigen

Verfahrensanspruch.

Stand der Technik

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler. Bei Brennstoffzellen wird Wasserstoff H2 und Sauerstoff 02 zur Energiegewinnung in Wasser H20, elektrische Energie und Wärme umgewandelt. In der Figur la ist schematisch der Aufbau einer bekannten Brennstoffzelle 100*, bspw. einer PEM- Brennstoffzelle gezeigt. Die Brennstoffzelle 100* umfasst fünf Komponenten. In der Mitte befindet sich eine protonenleitfähige Membran 30, bspw. eine

Polymermembran. Die Membran 30 ist zwischen zwei Gasdiffusionslagen GDL aus mikroporösem Graphitpapier bzw. Graphitgewebe eingebettet, wobei entweder die Membran 30 oder die Gasdiffusionslagen GDL an den

Kontaktflächen mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion beschichtet sind. Die Gasdiffusionslagen GDL sind wiederum zwischen zwei Bipolarplatten 10*, 20* angeordnet. Ein Stapel bzw. eine Wiederholungseinheit dieses Aufbaus bildet einen (Brennstoffzellen-)Stack.

Die Bipolarplatten 10*, 20* dienen zum groben Verteilen der Reaktionsgase bzw. der Reaktanten in der Brennstoffzelle 100*. Die mikroporösen Gasdiffusionslagen GDL übernehmen letztlich die feine Verteilung der Reaktionsgase über der Membran 30 sowie die Abführung von Produktwasser H20 von der Membran 30 in die Struktur der Bipolarplatten 10*, 20*.

Um die Verteilung der Betriebsmedien mit einem geringen Druckverlust und ohne größere Kosten zu gewährleisten, werden die Bipolarplatten 10*, 20* typischer weise durch Prägen einer Kanalstruktur in ein ca. 0,1 mm dickes Blech herge stellt (vgl. Figur 1). Problematisch ist dabei die Wasseransammlung in den Gasdiffusionslagen GDL unter den Stegen der Bipolarplatte 10* auf der

Kathodenseite K der Brennstoffzelle 100* (s. Figur lb).

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung sieht eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder für einen Elektrolyseur, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches sowie eine Brennstoffzelle mit mindestens einer ent sprechenden Bipolarplatte mit den Merkmalen des nebengeordneten unab hängigen Vorrichtungsanspruches vor. Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Bipolarplatte mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammen hang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte oder mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder einen Elektrolyseur vor, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, aufweisend einen ersten Bereich in Form einer ebenen Lage zum Trennen eines Kathoden bereiches von einem Anodenbereich der Brennstoffzelle, und einen zweiten Bereich zum Bereitstellen einer Verteilerstruktur zum Verteilen des Reaktanten über einer Elektrodeneinheit, wobei der zweite Bereich an der Elektrodeneinheit zur Auflage bringbar ist, und wobei der zweite Bereich mehrere, insbesondere massive, Strukturelemente aufweist, die an dem ersten Bereich stoffschlüssig angebunden sind.

Die erfindungsgemäße Bipolarplatte kann auf der Kathodenseite der Brennstoff zelle vorteilhaft sein, um Wasseransammlungen an der Membran zu vermeiden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Bipolarplatte auf beiden Seiten, der Kathodenseite und der Anodenseite, der Brennstoffzelle vorteilhaft sein, um den Gasfluss an beiden Seiten der Brennstoffzelle zu begünstigen. Als Elektroden einheit kann im Rahmen der Erfindung eine Gasdiffusionslage verstanden werden, die als ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoff gebilde ausgebildet sein kann. An der Kontaktfläche untereinander kann entweder die Membran oder die Elektrodeneinheit mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, beschichtet werden.

Ein Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Bipolarplatte in Form einer Lage (Platte oder Folie) ausgebildet ist, auf der mehrere (periodisch oder stochastisch verteilte) Strukturelemente (bspw. massive (nicht hohle) Kügelchen) stoffschlüssig angebunden sind, die den Abstand zwischen der Lage und der Elektrodeneinheit definieren. Die Lage begrenzt dabei einen Bereich (bspw. einen Kathodenbereich) von dem chemisch gegenpoligen Bereich (bspw. vom Anodenbereich) der Brennstoffzelle. Sowohl die Lage als auch die Struktur elemente können vorzugsweise aus einem leitenden Material ausgebildet sein. Zudem können die Lage und die Strukturelemente mit einer Beschichtung versehen werden, bspw. einer Korrosionsbeschichtung. Durch die Ausbildung (Form und Größe) der Strukturelemente, durch die Anzahl der Strukturelemente auf einem Flächensegment der Lage sind beinahe keine Grenzen mehr gesetzt für die Auslegung der Verteilerstruktur. So können die Strukturelemente, bspw. die Kügelchen, mit einem Durchmesser von bspw. 0,1 bis 1 mm eine relativ flache Verteilerstruktur bereitstellen, die gleichzeitig die Lage zuverlässig auf Abstand zur Elektrodeneinheit hält. Dabei entfallen die sich aus dem

konventionellen Prägeprozess ergebenden geometrischen Einschränkungen bei der Auslegung der Bipolarplatte. Die Dicke der Lage kann dabei zwischen 0,01 bis 0,5 mm ausgewählt werden. Durch eine entsprechende Anzahl der Strukturelemente kann zugleich der freie Raum zum Durchfluss des Reaktanten auf eine vorteilhafte Weise vergrößert werden. Der freie Raum kann somit weit über 50%, vorzugsweise über 75%, bevorzugt über 85% des gesamten

Volumens im zweiten Bereich liegen. Durch Strukturelemente anstatt Stege werden außerdem die Hindernisse beim Durchfluss des Reaktanten in der Verteilerebene der Verteilerstruktur auf eine vorteilhafte Weise minimiert. Somit kann durch die erfindungsgemäße Verteilerstruktur der Druckabfall beim Fluss des Reaktionsgases bzw. des Reaktanten vermindert werden und die Kosten, bspw. bei der Auslegung und bei dem Betrieb eines Verdichters, erheblich reduziert werden. Die einzelnen Strukturelemente bieten außerdem Auflage punkte auf der Elektrodeneinheit mit einem reduzierten Querschnitt, wodurch die Gefahr der Wasseransammlungen auf eine vorteilhafte Weise reduziert und vorzugsweise gar eliminiert wird. Gleichzeitig bieten stoffschlüssig angebundene Strukturelemente eine verbesserte elektrische Kontaktierung an die Lage und somit an den angrenzenden Bereich der Brennstoffzelle.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Elektrodeneinheit in Form einer Gasdiffusionslage aus einem gewebeartigen oder vliesartigen

Kohlenstoffmaterial ausgebildet ist. Somit kann durch die innere

Zusammensetzung der Gasdiffusionslage eine feine Verteilung der Reaktanten über der aktiven Fläche der Membran ermöglicht werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Verteilerstruktur in der Verteilerebene des Reaktanten mehrere periodisch oder stochastisch verteilte Strukturelemente aufweist. Durch die periodisch verteilten Strukturelemente kann der Gasfluss auf eine einfache Weise eingestellt und prognostiziert werden. Durch die

stochastisch verteilten Strukturelemente kann jedoch die Herstellung der Bipolarplatte erheblich vereinfacht werden.

Des Weiteren ist es denkbar, dass die Lage in Form einer Platte oder Folie ausgebildet ist. Beide Varianten sind einfach in der Herstellung. Eine Platte ist formstabil und leicht in der Handhabung bei Zusammenbau der Brennstoffzelle. Eine Folie ist flexibel und kann zur Kosten- und Gewichtsreduktion führen. Zudem kann es vorgesehen sein, dass die Lage und/oder die Strukturelemente aus einem leitenden Material, insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus einem nicht rostenden Metall, bevorzugt aus Titan, Kupfer, Aluminium oder Edelstahl, ausgebildet sind. Solche Materialien helfen, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung herzustellen. Außerdem lassen sich solche Materialien leicht verarbeiten, formen und stoffschlüssig anbinden (bspw. durch Schweißen, Sintern, Schmelzen oder dergleichen). Die Herstellung der Verteilerstruktur kann dadurch erleichtert werden. Grundsätzlich kommt jedoch als Material für die Lage und/oder die Strukturelemente jedes leitfähige, sinterbare und/oder stoffschlüssig anbindbare Material in Frage.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Strukturelemente im Querschnitt eine Kugelform, eine Mehreckform, eine Dreiecksform, eine Trapezform, eine

Kegelform oder einen Kegelstumpf aufweisen. Eine Kugelform weist die kleinste Oberfläche bei gegebenem Volumen eines Strukturelementes und lässt somit einen optimierten Freiraum zum Durchfluss des Reaktanten bereitstellen. Die ein oder die andere Form kann den Auflagedruck auf der Elektrodeneinheit reduzieren. Verschiedene Formen der Strukturelemente können je nach

Verwendung oder Herstellung der Bipolarplatte oder je nach dem Zusammenbau der Brennstoffzelle von Fall zu Fall von Vorteil sein.

Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Strukturelemente mithilfe einer verbrennbaren, einer verätzbaren oder auswaschbaren Matrix oder Paste am zweiten Bereich aufgetragen und/oder mittels Versintern am zweiten Bereich angebunden sind. Eine solche Herstellung der Verteilerstruktur ist einfach, kostengünstig und schnell. Außerdem bietet eine solche Herstellung der Verteilerstruktur flexible Rahmen bei der Auslegung der Verteilerstruktur, wie z. B. Höhe der Strukturelemente, Abstand zwischen den Strukturelementen, Anzahl der Strukturelemente, deren Form usw..

Weiterhin stellt die Erfindung eine Brennstoffzelle und/oder

Brennstoffzellenstack, insbesondere eine PEM-Brennstoffzellen, bereit, die auf einer Kathodenseite und/oder auf einer Anodenseite mindestens eine

Bipolarplatte aufweist, die, wie oben beschrieben ist, ausgeführt sein kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend

vollumfänglich Bezug genommen.

Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Bipolar platte für eine Brennstoffzelle bereit, die zum Bereitstellen eines Reaktanten an die Brennstoffzelle dient, aufweisend einen ersten Bereich in Form einer ebenen Lage zum Trennen eines Kathodenbereiches von einem Anodenbereich der Brennstoffzelle, und einen zweiten Bereich zum Bereitstellen einer Verteiler struktur zum Verteilen des Reaktanten über einer Elektrodeneinheit, wobei der zweite Bereich an die Elektrodeneinheit angrenzt, und wobei der zweite Bereich mehrere, insbesondere massive, Strukturelemente aufweist, die an dem ersten Bereich stoffschlüssig angebunden werden. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.

Zudem kann die Erfindung vorsehen, dass das Verfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist:

a) Vermischen der Strukturelemente mit einer verbrennbaren, einer

verätzbaren oder auswaschbaren Matrix oder Paste,

b) Aufträgen der Matrix oder Paste mit den untergemischten

Strukturelementen am ersten Bereich der Bipolarplatte,

c) Versintern der Strukturelemente am ersten Bereich, und/oder d) Beseitigen der Matrix oder Paste von der Verteilerstruktur, bspw. durch Verbrennen oder Abtragen.

Durch die Schritte a) und b) können die Strukturelemente leicht über der Oberfläche der Lage verteilt werden. Durch den Schritt c) können die

Strukturelemente zuverlässig stoffschlüssig am ersten Bereich angebunden werden. Die Schritte A9 bis d) können in der genannten Reihenfolge auch zeitlich hintereinander erfolgen. Auch ist es denkbar, dass die Schritte zumindest teilweise simultan oder sogar vollständig simultan ausgeführt werden, um eine Serienfertigung zu ermöglichen. Die Schritte a) bis d) ermöglichen eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung einer Bipolarplatte im Sinne der Erfindung, bei der beinahe keine Grenzen an die Auslegung der geometrischen und funktionalen Eigenschaften der Bipolarplatte gesetzt sind.

Außerdem kann die Erfindung vorsehen, dass das Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte dient, die, wie oben beschrieben ist, ausgebildet sein kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele:

Die erfindungsgemäße Bipolarplatte und die erfindungsgemäße Brennstoffzelle und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. la eine beispielhafte Brennstoffzelle nach dem Stand der Technik,

Fig. lb Problematiken bei der Brennstoffzelle nach der Figur la,

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer bekannten Bipolarplatte in Form eines geprägten Bleches,

Fig. 2b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Bipolarplatte in Form einer Lage mit den darauf verteilten Strukturelementen,

Fig. 3a die Auflagestege der bekannten Bipolarplatte gemäß der Figur 2a zur

Auflage auf einer Elektrodeneinheit,

Fig. 3b vereinzelte, verkleinerte und reduzierte Auflagepunkte der

erfindungsgemäßen Bipolarplatte gemäß der Figur 2b zur Auflage auf einer Elektrodeneinheit,

Fig. 4a eine schematische Darstellung einer Matrix mit den darin verteilten

Strukturelementen bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte, Fig. 4b eine schematische Darstellung einer fertigen erfindungsgemäßen Verteilerstruktur nach dem Entfernen der Matrix, und

Figur 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Brennstoffzelle.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.

Die Figur la zeigt ein klassisches Beispiel einer bekannten Brennstoffzelle 100*, die, wie oben beschrieben ist, ausgeführt sein kann. Bei der Brennstoffzelle 100* gemäß der Figur la entsteht jedoch auf der Kathodenseite K der Brennstoffzelle* (s. Figur lb) die Gefahr der Wasseransammlungen unter den Stegen Zi der kathodenseitigen Bipolarplatte 10*, wie es in der Figur lb angedeutet ist. Die Bereiche der aktiven Fläche der Membran 30 können dadurch blockieren. Somit kann die Diffusion der Wasserstoffionen H + durch die Membran 30 behindert und der Betrieb der Brennstoffzelle 100* gestört werden. Zudem wird der Gasfluss der Reaktanten unter den Stegen der Bipolarplatte 10* durch die

Wasseransammlungen behindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 2b, 3b, 4a und 4b sowie 5 erläutert, insbesondere im Vergleich zu einer bekannten Bipolarplatte 10* gemäß den Figuren la, lb sowie 2a und 3a.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Bipolarplatte 10 für eine Brennstoffzelle 100, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, oder einen Elektrolyseur bereit, die zum Bereitstellen eines Reaktanten, bspw. eines sauerstoffhaltigen Gasgemisches, an die Brennstoffzelle 100 dient, aufweisend einen ersten Bereich 11 in Form einer ebenen Lage L zum Trennen eines Kathodenbereiches K von einem Anodenbereich A der Brennstoffzelle 100, und einen zweiten Bereich 12 zum Bereitstellen einer Verteilerstruktur S zum Verteilen des Reaktanten über einer Elektrodeneinheit GDL, wobei der zweite Bereich 12 an der Elektrodeneinheit GDL zur Auflage bringbar ist, und wobei der zweite Bereich 12 bzw. die Verteilerstruktur S mehrere, insbesondere massive, Strukturelemente Si aufweist, die an dem ersten Bereich 11 stoffschlüssig angebunden sind.

Als Elektrodeneinheit GDL kann im Rahmen der Erfindung eine

Gasdiffusionslage verstanden werden, die als ein offen poröses, feines gewebe- oder vliesartiges Kohlenstoffgebilde ausgebildet sein kann. An der Kontaktfläche zwischen der Elektrodeneinheit GDL und der Membran 30 kann entweder die Membran 30 oder die Elektrodeneinheit GDL mit einem Katalysatormaterial für die elektrochemische Reaktion, bspw. Platin, beschichtet werden.

Die Figur 2a zeigt eine konventionelle Bipolarplatte 10* zum Verteilen eines Reaktanten in einer Brennstoffzelle 100*, die in den Figuren la und lb gezeigt ist. Die konventionelle Bipolarplatte 10* ist in Form eines geprägten Bleches mit mehreren Stegen Zi ausgeführt, wobei die Stege Zi die Kanäle zum Verbreiten des Reaktanten bilden.

Daneben ist in der Figur 2b die erfindungsgemäße Bipolarplatte 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, die als Abstandshalter zwischen der ebenen Lage L der Bipolarplatte 10 und der Elektrodeneinheit GDL vereinzelte Strukturelemente Sl, hier in Form von Kügelchen, aufweist. Die Kügelchen können dabei massiv ausgebildet sein. Aber auch hohle Kügelchen sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich denkbar. Die Strukturelemente Sl können bspw. stochastisch verteilt auf der ebenen Lage L der Bipolarplatte 10 aufgebracht werden. Aber auch eine periodische Verteilung der Strukturelemente Sl ist im Rahmen der Erfindung denkbar. Die Lage L der Bipolarplatte 10 kann dabei in Form einer (stabilen) Platte oder einer (flexiblen) Folie ausgebildet sein.

Bei der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10 gemäß der Figur 2b ergeben sich im Vergleich zum konventionellen Design der Bipolarplatte 10* gemäß der Figur 2a völlig andere Auflagepunkte auf der Elektrodeneinheit GDL.

Die Auflagepunkte im Sinne der Erfindung sind beispielhaft in der Figur 3b gezeigt. Zum Vergleich dazu sind die Auflagestege Zi der bekannten

Bipolarplatte 10* in der Figur 3a gezeigt. Die in der Figur 3b mit inneren Kreislinien dargestellten tatsächlichen

Auflagepunkte der erfindungsgemäßen Bipolarplatte 10 auf der Elektrodeneinheit GDL sind wesentlich kleiner als die Querschnittsflächen der Strukturelemente Si und deutlich feiner als die Auflageflächen der Stege Zi der konventionellen Bipolarplatte 10* gemäß der Figur 3a.

Durch eine geeignete Wahl der Größe und der Form der Strukturelemente Si sowie deren mittleren Abstände bzw. deren Anzahl können sowohl die

Kontaktpunkte zur Elektrodeneinheit GDL als auch der Abstand zwischen der Lage L und der Elektrodeneinheit GDL relativ frei eingestellt und hinsichtlich der verschiedenen Anforderungen an die Brennstoffzelle 100 optimiert werden.

Mithilfe der Erfindung können somit die sich aus dem konventionellen

Prägeprozess ergebenden geometrischen Einschränkungen überwunden werden.

Zudem kann mithilfe der Erfindung die Problematik der Wasseransammlungen in der Elektrodeneinheit GDL unter den Stegen der konventionellen, geprägten Bipolarplatte 10* behoben werden. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße Verteilerstruktur S der Druckabfall beim Durchfluss des Reaktanten entlang der Verteilerebene x, y vermindert werden. Somit können die Kosten bei der

Auslegung und bei dem Betrieb eines Verdichters zum Bereitstellen des

Reaktanten erheblich reduziert werden.

Ferner bieten stoffschlüssig an der Lage L angebundene Strukturelemente Si eine verbesserte elektrische Kontaktierung an den angrenzenden Bereich, bspw. an den Anodenbereich A, der Brennstoffzelle 100.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die Strukturelemente Si im Querschnitt unterschiedliche Formen aufweisen können, wie z. B. eine Kugelform, eine Mehreckform, eine Dreiecksform, eine Trapezform, eine

Kegelform oder ein Kegelstumpf. Eine Kugelform kann Vorteile beim Optimieren des Gasdurchflusses mit sich bringen. Die eine oder die andere Form kann den Auflagedruck der Bipolarplatte 10 auf der Elektrodeneinheit GDL reduzieren. Entscheidend ist dabei lediglich, dass die Größe bzw. Größenverteilung der Strukturelemente Si in einem relativ engen Bereich liegt, bspw. zwischen 0,1 bis 1 mm. Sie sind aber prinzipiell nicht auf diesen Bereich beschränkt.

Wie es die Figur 4a zeigt, können die Strukturelemente Si, bspw. in Form von Kügelchen, mit einem Binder- bzw. Matrixmaterial vermischt werden und in Form einer Paste auf die Lage L, bspw. in Form einer Basisfolie bzw. -Platte, aufgebracht werden. Als Matrixmaterial kommen dabei verschiedene Materialien in Frage. Denkbar sind hier verschiedene Polymere, Salze oder Anderes.

Entscheidend ist dabei, dass die Möglichkeit besteht, die Matrix nach dem Anbinden der Strukturelemente Si an die Lage L wieder zu entfernen, um eine offene Verteilerstruktur S zu erhalten. Als Mechanismen kommen hierzu je nach verwendeten Materialien Auflösen, Wegätzen, Wegbrennen oder Ähnliches in Frage. Der Füllgrad der Strukturelemente Si in der Matrix ist variabel und kann unter Umständen gezielt variiert werden, um die Strömungseigenschaften der entstehenden Verteilerstruktur S zu optimieren.

Wie es die Figur 4b zeigt, können die Strukturelemente Si im Nachfolgenden an der Lage angebunden werden, bspw. durch Versintern oder Verschmelzen. Danach kann die Matrix bzw. die Paste entfernt werden, bspw. durch

Ausbrennen. Beide Schritte können miteinander kombiniert werden. Sowohl die Lage L als auch die Strukturelemente Si können vorzugsweise aus einem leitenden Material ausgebildet sein. In Frage kommen hierbei verschiedene Metalle sowie andere Materialien, die ein späteres Anbinden (z. B. Sintern oder Schmelzen) der Strukturelemente Si an der Lage L erlauben. Die Dicke der Lage L soll bspw. im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm liegen, ist aber prinzipiell nicht auf diesen Bereich beschränkt. Zudem können die Lage L und die Strukturelemente Si mit einer Beschichtung versehen werden, bspw. einer

Korrosionsbeschichtung.

Wie es die Figur 5 zeigt, kann die erfindungsgemäße Bipolarplatte 10 auf der Kathodenseite K einer Brennstoffzelle 100 vorteilhaft sein, um

Wasseransammlungen an der Membran 30 zu vermeiden. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Bipolarplatte 10 auf beiden Seiten A, K, der Kathodenseite K und der Anodenseite A, der Brennstoffzelle 100 vorteilhaft sein kann, um den Gasfluss an beiden Seiten A, K der Brennstoffzelle 100 zu begünstigen.

Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.