Beschreibung

[01 ] Die Erfindung betriff† eine elektrochemische Zelle, insbesondere ein Stack von elektrochemischen Zellen, im Speziellen eine Dichtungs anordnung für elektrochemische Zellen der PEM-Bauart, insbesondere für einen Elektrolyseur. [02] Elektrochemische Zellen der vorgenannten Art werden typi scherweise in Stacks verbaut, in denen eine Vielzahl solcher Zellen in Reihe geschaltet und in einem Stapel angeordnet sind. Derartige Stacks zählen beispielsweise im Bereich der Brennstoffzellen zum Stand der Technik und dienen zur Stromherstellung durch katalytische Oxida- tion von Wasserstoff. Auch Elektrolyseure sind in einer solchen Stack- Anordnung verfügbar, mit diesen wird durch Einbringen von elektrischer Energie und Wasser Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt, von denen typi scherweise eine Komponente, meist Wasserstoff, zwischengespeichert wird. Um die Erzeugung und Speicherung möglichst effektiv zu gestal- ten, ist man bemüht, den Stack so auszugestalten, dass er mit einem möglichst hohen Betriebsdruck von beispielsweise 100 bar betrieben werden kann, da dann häufig auf eine Nachverdichtung des erzeug ten Gases verzichtet werden kann oder diese mit vergleichsweise klei nem Energieaufwand erfolgen kann. Je höher der Druck in den elekt- rochemischen Zellen ist, desto höher sind die im Stapel wirkenden Kräf te. Während die mechanischen Kräfte durch größere Dimensionierung der Festigkeit der Endplatten und der Zuganker aufgenommen werden können, bereiten die Abdichtungen der Zellen mit zunehmendem Druck, ein größeres Problem. Mit zunehmender Druckkraft werden die Dichtungen zunehmend belastet, mit Versagen einer Dichtung jedoch wird das gesamte Stack unbrauchbar.

[03] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grun de, eine Dichfungsanordnung für eine elektrochemische Zelle der PEM- Bauart, insbesondere für einen Elektrolyseur, so auszubilden, dass die Dichtung möglichst hohen Drücken sfandhälf.

[04] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Dichfungs anordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorfeilhaffe Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unferansprü- chen, den nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ange geben.

[05] Die erfindungsgemäße Dichfungsanordnung für eine elektro chemische Zelle der PEM-Bauart, insbesondere für einen Elektrolyseur, weis† eine metallische Platte und eine darauf angeordnete Dichtung auf, welche mindestens einen geschlossenen, auf der Platte angeord neten Dichtring bilde†. Gemäß der Erfindung ist eine umlaufende, die Dichtung nach innen abstützende innere Stützstruktur gebildet sowie eine die Dichtung nach außen abstützende äußere Stützstruktur, wel che aus gesintertem Metall gebildet und stoffschlüssig mi† der Platte verbunden sind.

[06] Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung ist es, auf der metallischen Platte, welche typischerweise mediendurchlässige Aus nehmungen in der Mitte aufweis† und dort beispielsweise als Lochblech ausgebilde† ist, welches zum Beispiel unter Zwischenschaltung eines Kohlevlieses als Gasdiffusionsschich† auf einer ionendurchlässigen gas dichten Membran (PEM-Membran) lieg†, sowohl nach innen als auch nach außen hin Stützstrukturen vorzusehen, welche die Dichtung zu beiden Seiten abstützen. Diese Stützstrukturen sind gemäß der Erfindung aus gesintertem Metall gebildet und stoffschlüssig mit der Piaffe ver bunden. Vorzugsweise sind die Stüfzsfrukfuren aus demselben Metall wie die Piaffe ausgebildef und sfoffschlüssig mit dieser verbunden, bei spielsweise durch Sintern. [07] Wenn die Dichtung in einfachster Form ein auf der Piaffe ange ordneter umlaufender Dichtring ist, dann ist dieser nach innen hin durch eine Sfützstruktur abgestützt, welche verhindert, dass das Dichfmaferial bei Kraffbeaufschlagung nach innen wandert und nach außen hin durch eine äußere Stüfzsfrukfur abgesfüfzf, welche verhindert, dass das Material nach außen wandert. Die Dichtung ist somit zwischen den Stüfzsfrukfuren vorzugsweise formschlüssig gehalten, sodass das sonst bei hohen Flächenpressungen auffrefende Fließverhalfen wirksam un terbunden wird. Diese Stüfzsfrukfuren verhindern nicht nur ein Fließen der Dichtung, sondern bilden darüber hinaus eine Art Absfandshalfer, welcher einen Mindesfabsfand zwischen der metallischen Piaffe und der demgegenüber abzudichfenden Gegenfläche gewähr†.

[08] Grundsätzlich ist eine Anordnung der Stützstrukturen zu beiden Seiten der Dichtung, also nach innen und nach außen vorteilhaft. Es kann jedoch insbesondere bei dem Betrieb der elektrochemischen Zel- le, insbesondere eines Zellenstacks mi† hohem Innendruck, wie dies bei Elektrolyseuren zur komprimierten Speicherung der Reaktionsgase vor teilhaft ist, genügen, nur eine der Stützstrukturen vorzusehen, insbeson dere vorteilhaft eine äußere Stützstruktur, um auf diese Weise eine Barri ere gegen das Kriechen der Dichtung aufgrund des erhöhten Innen- drucks nach außen zu bilden.

[09] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zu beiden Seiten der Platte Dichtungen angeordne†, welche auf jeder Seite mindestens einen geschlossenen, auf der Platte angeordneten Dichtring bilden, wobei auf jeder Seite der Platte eine umlaufende, die jeweilige Dichtung nach innen abstützende innere Stützstruktur gebildet ist und eine, die jeweilige Dichtung nach außen abstützende äußere Stützstruktur gebildet ist, welche aus gesintertem Metall gebildet und stoffschlüssig mit der Piaffe verbunden sind. Eine solche Anordnung gewährleiste†, dass die Dichtungen zu beiden Seiten der Platten stabili siert sind, deren Fließverhalten bei hohem Anpressdruck verhindert wird und darüber hinaus einen Mindestabstand zur Gegenfläche gewahr† wird. In Verbindung mi† der jeweiligen Gegenfläche bilden die Stütz strukturen mi† der Platte und der Gegenfläche einen kammerartigen Raum, welcher den darin angeordneten Dichtring aufnimm† und das Zusammendrücken, d.h. Komprimieren des Dichtrings auf das Volumen dieses Raumes begrenz†.

[10] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch die Platte selbst aus gesintertem Metall gebildet und vorzugsweise im 3D-Druckverfahren hergesteil†. Dabei kann bevorzug† nicht nur die Plat te selbst sondern es können auch die Stützstrukturen in diesem Verfah ren hergesteil† sein, vorzugsweise in einem Arbeitsgang beim Drucken der Platte.

[1 1 ] Vorteilhaft ist die den Dichtring bildende Dichtung so ausgebil- de†, dass sie den Bereich zwischen der inneren und der äußeren Stütz struktur vorzugsweise vollständig ausfüll†. Dabei ist es besonders vorteil haft, wenn die Dichtung zumindest im Bereich zwischen den Stützstruk turen unmittelbar an der metallischen Platte anlieg†. Durch die dichte Anlage der Dichtung an der Platte ist einerseits ein Anhaften der Dich tung an der Platte gewährleiste† und andererseits eine gute und voll ständige Dichtwirkung. In diesem Bereich kann ein gegebenenfalls er forderlicher Haf†vermi††ler eingebrach† werden, ohne dass die Gefahr besteh†, dass dieser Haf†vermi††ler in Bereiche außerhalb der Stützstruk turen und somit in den aktiven Zellaufbau gelang†. Diese Haf†vermi††ler beschädigen oder zerstören den Katalysator auf der Membran, wenn sie mit diesem in Verbindung gelangen, weshalb es wichtig ist, dass ihr Anwendungsbereich örtlich zuverlässig begrenzt ist.

[12] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dichtung die Stüfzsfrukfuren vorzugsweise vollständig überdeck†. Zwar ist es grundsätzlich vorgese hen, dass die Dichtung im Bereich zwischen den Stützstrukturen deutlich höher als die Stützstrukturen ausgebilde† ist, um eine Abdichtung in die sem Bereich sicherzustellen, doch ha† die Überdeckung der Stützstruktu ren den Vorteil, bei maximaler Kompression der Dichtung stets zwischen der Oberseite der Stützstruktur und der Gegenfläche Dichfmaferial be findlich ist, also eine zusätzliche Abdichtung gewährleiste† ist. Darüber hinaus kann durch die Überdeckung der Stützstrukturen mi† Dichtmate rial die Dichtung zusätzlich am Stützmaterial fixier† werden, wodurch eine innige Verbindung zwischen der Dichtung und der Platte bzw. den darauf angeordneten Stützstrukturen gebildet wird.

[13] Besonders günstig ist es, wenn eine Stützstruktur durch einen Wulst gebildet wird. Vorteilhaft handelt es sich dabei um einen ringför mig umlaufenden Wulst, welche die Dichtung vollständig umlaufend abstütz†. Im Bereich von gasführenden Kanälen kann der Wulst und/oder die Dichtung unterbrochen sein oder eine geringere Höhe aufweisen, ohne hierdurch die vollständige Abstützung der Dichtung über den gesamten umlaufenden Bereich einzuschränken, da im Be reich solcher Kanäle eine Abstützung entbehrlich ist. Vorteilhaft sind die Stützstrukturen so ausgebilde† und angeordne†, dass sie an den zuei nander weisenden Seiten rampenförmig und mi† Abstand zueinander auslaufend ausgebilde† sind. Das hei߆, dass die innere Stützstruktur, typischerweise ein Wulst, einen schräg und flach auslaufenden Bereich in Richtung auf die äußere Stützstruktur ha† und die äußere Stützstruktur einen schräg und flach auslaufenden, also rampenförmigen Bereich zur inneren Stützstruktur hin, ha†. Die rampenförmigen Abschnitte laufen dabei mi† Abstand zueinander aus, sodass der dazwischen gebildete Bereich stützstrukturen frei ist, sodass die Dichtung hier unmittelbar an der metallischen Platte anliegen kann. An den von der Dichtung ab gewandten Seiten können die Stützstrukturen deutlich steiler auslaufen, ebenso wie oberhalb des rampenförmigen Bereichs, wie dies weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlich† werden wird. [14] Dieses rampenförmige Auslaufen der Stützstrukturen ist besonders vorteilhaft, um eine möglichst vollständige Ausfüllung des dadurch be grenzten Raumes mi† Dichtmaterial zu erreichen und eine gute Haftwir kung der Dichtung auch im Bereich der Stützstrukturen sicherzustellen.

[15] In einfachster Form kann ein solcher zwischen einer inneren und einer äußeren Stützstruktur angeordneter Dichtring an seiner zur Gegen fläche gerichteten Seite, also an der von der Platte abgewandten Seite eben ausgebilde† sein, dann lieg† dieser flächig an der Gegenfläche an. Eine solche flächige Anlage ist beispielsweise zur Anlage an der io nendurchlässigen Membran vorteilhaft, da dann die Membran über die gesamte Fläche der Dichtung mi† dergleichen Kraft beaufschlag† wird. Insbesondere zur anderen Seite der Platte ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Dichtung nicht als plane Fläche, sondern strukturier† ausgebil de† ist. So kann die Dichtung vorteilhaft an der von der Platte abge wandten Seite mi† Dichtlippen versehen sein, die vorzugsweise über die gesamte Dichtung durchgehend umlaufen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Anzahl von Dichtlippen gebildet ist, welche quasi wie kon zentrische Ringe an der zur Gegenfläche gerichteten Seite der Dich tung zwischen der inneren und der äußeren Stützstruktur vorgesehen sind. Auch kann diese Seite der Dichtung im Querschnitt zumindest an der nach außen gerichteten Seite wellenförmig ausgebilde† sein, auch dadurch entstehen konzentrische Anlageflächen im Bereich zwischen den Stützstrukturen.

[16] Die zwischen den Stützstrukturen auf der Platte angeordnete Dichtung, welche einen umlaufenden Dichtring bilde†, wird vorteilhaft durch Aufspritzen der Dichtung nach dem Herstellen der Stützstrukturen gebildet. Eine solche Dichtung kann beispielsweise aus FKM (Fluorkaut schuk) gebildet sein, wie dies zum Stand der Technik zählt. Das Aufsprit zen erfolgt typischerweise im Spritzgussverfahren, das heißt in einem Werkzeug, welches die metallische Platte mit ihren Stützstrukturen und die Begrenzungen bildet.

[17] Die metallische Platte ist vorteilhaft durch einen Folienabschnitt gebildet, also einen metallischen Blechabschnitt. Die Platte aus einer Folie herauszutrennen ist besonders günstig, derartige Folien stehen kos- tengünstig zur Verfügung und können durch Schneiden in die ge wünschten Abmessungen des späteren Blechabschnitts gebracht wer den.

[18] Die Stützstrukturen selbst werden vorteilhaft im 3D-Druck herge steil†, sie werden entweder direkt auf die Platte aufgebracht oder zu- nächst auf eine aus Kunststoff bestehende Trägerfolie, wobei die Stütz strukturen durch Sintern mit der Platte verbunden werden. Wenn diese Stützstrukturen mittels 3D-Druck auf der metallischen Platte aufgebracht werden, erfolgt entweder ein Aufschmelzen des Materials während des Drückens, also die stoffschlüssige Verbindung unmittelbar beim Auftra- gen oder aber ein Aufbringen eines Metallpulvers mit einem Binder, welcher beim späteren Sintern entfernt wird, wobei sich das Metallpul ver miteinander und mit der darunter befindlichen Metallplatte stoff schlüssig verbindet.

[19] Die Stützstrukturen können vorteilhaft und alternativ im Sieb- d ruckverfahren aufgetragen werden, was insbesondere in der Serien fertigung kostengünstig und produktiv ist. Die Verbindung der Stützstruk turen mit der Metallplatte erfolgt dann vorteilhaft durch Sintern. Dabei können die Stützstrukturen durch Siebdruck unmittelbar auf die Metall- platte oder durch Siebdruck auf eine Kunststofffolie als Träger aufge bracht werden.

[20] Wenn die Sfützstrukturen unter Zuhilfenahme einer Kunststofffolie als Träger aufgebracht sind, erfolgt das Entfernen der Kunststofffolie beim Sintern, bei dem die Sfützstrukturen mit der Piaffe verbunden wer den. Es versteht sich, dass wenn zu beiden Seifen Sfützstrukturen vorge sehen sind, diese gleichzeitig oder aber in getrennten Arbeifsgängen (erst auf der einen Seife und dann auf der anderen Seife) durch Sintern mit der Piaffe verbunden werden. [21 ] Vorteilhaft werden Stüfzsfrukfur und Folie im 3D-Druck in einem

Arbeifsgang hergesfellf, dabei kann die Folie aus dem Bindemittel für den metallischen Teil der Stüfzsfrukfur ausgebildef werden oder aber aus einem anderen Kunststoffmaterial, welches dann vorteilhaft nicht nur den Träger bilde†, sondern die gesamte Stützstruktur überdeck† und erst beim Sintern entfern† wird.

[22] Wenn die Stützstrukturen auf oder in einer Kunststofffolie als Trä ger aufgebracht werden, werden diese dann auf die metallische Platte aufgelegt und durch Sintern mi† dieser verbunden. Dabei werden typi scherweise jeweils die Stützstrukturen zu einer Seite der Platte in einer Kunststofffolie aufgebracht und dann mi† der Platte durch Sintern ver bunden.

[23] Wenn die Dichtungsanordnung für einen Elektrolyseur der PEM- Bauar† bestimm† ist, dann besteh† die metallische Platte vorteilhaft aus Titan und weis† eine Dicke von 0,2 mm bis 0,5 mm auf. Wenn die Dich- tungsanordnung für eine Brennstoffzelle vorgesehen ist, dann besteh† die metallische Platte vorteilhaft aus Edelstahl und weis† eine Dicke zwi schen 0,1 mm und 0,2 mm auf. [24] Die Stützstruktur wird vorteilhaft aus demselben Material wie die metallische Platte gebildet.

[25] Die Stützstruktur sollte einerseits so flach wie möglich und so hoch wie nötig ausgebildet sein. Bevorzugt erstreckt sich die Stützstruktur in einer Richtung senkrecht zur Platte über etwa 0,2 mm bis 1 ,2 mm.

[26] Die Querschnittsform der Stützstruktur kann variieren, typischer weise sind auf der Platte zu einer Seite zwei Wülste mit Abstand zuei nander angeordnet, zwischen denen die Dichtung ausgebildet ist. Die se Wülste können einen halbkreisförmigen, trapezförmigen oder ande- ren Querschnitt aufweisen, die Wulstbreite beträgt vorteilhaft zwischen 0,2 mm bis 2,0 mm.

[27] Wie weiter oben angegeben, ist es vorteilhaft, wenn die Stütz struktur neben dem eigentlichen Wulst einen rampenförmig auslaufen den Teil aufweis†, der vorteilhaft eine Breite von 0,5 mm bis 7 mm auf- weist und deutlich flacher als der eigentliche Wulst ausgebildet ist. Da bei sind die rampenförmig auslaufenden Teile so angeordnet, dass sie einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, sodass in dem Bereich dazwischen die Dichtung unmittelbar an der metallischen Platte an liegt. Der mittlere Wulstabstand, das heißt der Abstand der Längsmittel- linien, der die eigentlichen Stützstruktur bildenden Wülste, beträgt vor teilhaft zwischen 1 ,5 mm und 15 mm. Unter mittlerem Abstand im Sinne der Erfindung ist der Abstand der Längsmitten zueinander zu verstehen, so wie dies in Figur 3 weiter unten dargestellt ist.

[28] Die vorgenannten Abmessungen sind insbesondere für Zellan- Ordnungen in Stacks von beispielsweise 5 bis 250 Zellen vorteilhaft, die bei einem Druck von bis zu ca. 100 bar als Elektrolysezellen betrieben werden. [29] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen darstellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Dichfungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in stark vergrößerter schematischer Darstellung einen

Schnitt durch eine Elektrolysezelle eines Zellstapels, und

Fig.3 in vergrößerter schematischer Schnittdarstellung die me tallische Platte im Bereich der Dichtungen und Stützstruktu ren

[30] Die anhand der Figuren dargestellte Dichtungsanordnung ist Teil einer elektrochemischen Zelle, deren Aufbau in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Die nachfolgend beschriebene Ausführung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Wasser- stoff und Sauerstoff aus Wasser unter Einsatz elektrischer Energie. Es ver steht sich, dass bei Einsatz anderer Medien oder bei Umkehr des Prozes ses (Brennstoffzelle) der grundsätzliche Aufbau der elektrochemischen Zelle unverändert ist, jedoch diverse Modifikationen, sei es hinsichtlich der verwendeten Materialen oder ihrer Anordnung, erforderlich sind. [31 ] Derartige elektrochemische Zellen werden zu Zellstapeln, so ge nannten Stacks aufgebaut, in denen eine Vielzahl solcher Zellen typi scherweise elektrisch in Reihe geschaltet und aufeinanderliegend an geordnet sind, wobei der Zellstapel mechanisch durch Zugelemente gehalten ist und innerhalb des Zellstapels Kanäle zum Zu- und Abführen der Medien vorgesehen sind. Diese Kanäle durchsetzen den Stapel senkrecht, um jede einzelne Zelle an die entsprechende Medien Zu- bzw. Abfuhr anzuschließen. Der grundsätzliche Aufbau solcher Zellsta- pel zähl† zum Stand der Technik und ist daher hier nicht im Einzelnen beschrieben. Es wird in diesem Zusammenhang insbesondere aber bei spielhaft auf DE 102017 108413 Al verwiesen, wo ein solcher Aufbau im Einzelnen beschrieben ist.

[32] Jede Zelle 1 weis†, wie die Schnittdarstellung gemäß Figur 2 ver deutlich†, eine Bipolarplatte 2 auf, welche zu beiden Seiten kanalbil dend ausges†a††e† ist. So sind an der in Figur 2 dargestellten Oberseite Kanäle 3 und an der Unterseite Kanäle 4 gebildet. Die Oberseite ist die im Betrieb wasser- und sauerstoffführende Seite, wohingegen die Unter seite die wasserstoffführende Seite bilde†. An die Bipolarplatte 2 schlie߆ sich in dem aktiven Bereich der Zelle 1 , welcher in Figur 1 mi† 5 gekenn zeichnet ist, ein federndes Element 6 an, das durch ein Streckmetall gebildet ist aber auch in anderer Weise ausgebilde† sein kann.

[33] Dieses federnde Element 6, welches in Figur 2 mi† seiner Obersei te an der Bipolarplatte 2 anlieg†, lieg† an der Unterseite an einer Platte 7 an, welche Teil einer Dichtungsanordnung 8 ist. Diese Platte 7 ist im akti ven Bereich 5 der Zelle 1 , also in dem mittleren Bereich 5 als Lochblech ausgebilde†, die eigentliche Dichtungsanordnung 8 ist im Randbereich gebildet. Die Platte 7 lieg† in dem aktiven Bereich 5 an einer medien durchlässigen Schicht 9, die als Porous Transport Layer (PTL) bezeichne† wird. Diese gasdurchlässige Schicht lieg† vor einer protonendurchlässi gen Membran 10, die im aktiven Bereich 5 der Zelle 1 auch rückseitig mi† einer solchen mediendurchlässigen Schicht 1 1 versehen ist. Die Membran 10 ist in an sich bekannter Weiser zu beiden Seifen mit Elekt roden beschichte†, welche als Katalysator wirken. An diese medien durchlässige Schicht 1 1 schlie߆ sich dann wiederum eine in Figur 2 nicht dargesfellfe Bipolarplaffe 2 nach unten an, welche Teil der sich daran anschließenden Elektro lysezelle bilde†. Der Aufbau der Zelle ist so, dass die Medien durch die Kanäle 3 und 4 zu- bzw. abgeführf werden und flächig bis auf die Membran 10 gelangen können, und zwar in dem ak tiven Bereich 5 der Zelle 1 . [34] Die Bauteile 6, 7, 9 und 1 1 müssten jedoch nicht nur medien durchlässig sein, um die Reaktanden an die Membran 10 heran- bzw. vor dieser abführen zu können, sie müssen darüber hinaus auch elektrisch leiten können, um den für die Reaktion erforderlichen Strom zuzuführen. Die Kontaktierung erfolg† jeweils über eine Bipolarplatte 2. In der dargestellten Ausführungsform sind daher die Bipolarplatte 2, das federnde Element 6, die Platte 7 und die mediendurchlässige Schicht 1 1 aus Titan gebildet, und zwar die Bipolarplatte 2 durch ein geprägtes Blech, das federnde Element 6 durch ein nach Art eines Streckmetalls ausgebildeten Blech, die Platte 7 durch eine Titanfolie und die medien durchlässige Schicht 1 1 durch ein aus Titanfasern hergestelltes Gewirke, ähnlich eines Filzes. Die mediendurchlässige Schicht 9 ist aus Kohleflies gebildet.

[35] Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der aktive Bereich 5 der Zelle 1 von dem zur Kanalbildung und zur Befestigung der Zellen untereinander genutzten Rand 12 zu unterscheiden. In diesem Rand 12 sind senkrecht durch den Stapel von Zellen verlaufende Kanäle 13, 14, 15 und 16 ge bildet, über welche die Medienzu- und abfuhr erfolg†. Weiterhin sind in den Eckbereichen Ausnehmungen 17 vorgesehen, welche zum Durch führen von Spannbolzen vorgesehen sind, mi† denen der Zellstapel zu- sammengedrück† und gehalten wird. Es können im Randbereich weite re Ausnehmungen für Zuganker vorgesehen sein.

[36] Wie Figur 1 verdeutlich†, ist die Dichtungsanordnung 8 im Rand 12 umlaufend, also als geschlossener Ring ausgebilde†. Dieser geschlosse ne Ring umgib† die Kanäle 13 bis 16 nach außen. Darüber hinaus weis† diese Dichtungsanordnung in sich geschlossene Ringe auf, die jeweils die Kanäle 13 bis 16 umgeben und die den aktiven Bereich 5 umgeben. Letzterer Ring ist abschnittsweise in der Flöhe reduzier†, um die Kanäle 3 der jeweiligen Zelle 1 mi† den senkrecht im Stapel verlaufenden Kanä len 14 und 16 zu verbinden. Über die Kanäle 14 und 16 erfolg† die Ver sorgung mi† Wasser sowie die Abfuhr des entstehenden Sauerstoffs. [37] Die Verbindung des wasserstoffseitigen Raumes, der u.a. durch die Kanäle 4 und Freiräume im federnden Element 6 gebildet ist, erfolg† dadurch, dass die Dichtung 18 in den zu den Kanälen 13 und 15 be nachbarten Bereichen abgesenk† ist, um hier eine Kanalverbindung zu Abfuhr des Wasserstoffes zu schaffen. Die umlaufenden Dichtungen 18 und 19, welche die Kanäle 13 bis 16 nach außen hin umgeben, sind hingegen durchgehend anliegend ausgebilde† und dichten die jewei lige Zelle nach außen hin ab.

[38] Diese Dichtungsanordnung 8 umfass†, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, eine in den Figuren obere Dichtung 18, welche gegenüber der

Bipolarplatte 2 abdichte† und eine untere Dichtung 19, welche gegen über der Membran 10 abdichte†. Diese Dichtungen 18, 19 bestehen aus Fluorkautschuk und sind aufgespritz†.

[39] Die Dichtung 18 an der Oberseite der Platte 7 ist jeweils nach innen hin, also zu den Kanälen 13 bis 16 mi† einer umlaufenden inneren

Stützstruktur 20 umgeben und nach außen mi† einer äußeren Stützstruk tur 21 . Die Dichtung 19 an der Unterseite weis† entsprechend eine inne re Stützstruktur 22 und eine äußere Stützstruktur 23 auf. Jede Stützstruktur (20-23) besteh† aus einem umlaufenden Wulst 24 und einem sich seitlich in den Bereich unter der Dichtung 18 bzw. 19 anschließenden rampen förmig auslaufenden Bereich 25. Der rampenförmig Bereich 25 jeder Stützstruktur erstreck† sich vom Wulst 24 etwa in halber Flöhe ansetzend bis auf die Platte 7 auslaufend zum gegenüberliegenden Wulst 25 hin.

Zwischen den auslaufenden Bereichen 25 ist ein Freiraum gebildet, in welchem die Dichtung 18 bzw. 19 unmittelbar an der Platte 7 anlieg†.

[40] Die Platte 7, die bei der dargestellten Ausführungsform aus einer Titanfolie besteh†, ha† eine Dicke 26 von 0,3 mm. Die sich zu beiden Sei ten der Platten erstreckenden Stützstrukturen 20 bis 23 weisen jeweils einen umlaufenden Wulst 24 auf, welcher eine Erstreckung 27 senkrecht zur Platte 7 von 0,6 mm aufweis†. Die Breite 28 eines Wulstes 24 beträgt bei der dargestellten Ausführung 1 mm, die Breite 31 des rampenförmig auslaufenden Teils 25 1 ,5 mm. Der mittlere Abstand 29 der Wulste 24 der inneren Stützstruktur 20 bzw. 22 und der äußeren Stützstruktur 21 bzw. 23 beträgt 8 mm.

[41 ] Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Platte 7 aus einer Titanfolie gebildet, welche in dem aktiven Bereich 5 gelocht ausgebil- de† ist, um mediendurchlässig zu sein. Die Stützstrukturen 20 und 21 an der Oberseite und 22 und 23 an der Unterseite sind im 3D-Druck erstell† und bestehen ebenfalls aus Titan. Der Verbund untereinander und mi† der Platte 7 ist durch Sintern gebildet. Dabei kann die Herstellung unter schiedlich sein, wie einleitend angegeben ist.

[42] Nachdem die Platte 7 mi† den darauf befindlichen Stützstruktu ren 20 bis 23 gebildet ist, werden die obere Dichtung 18 und die untere Dichtung 19 im Spritzgussverfahren hergestell†. Die Dichtungen liegen dabei in dem Bereich zwischen den auslaufenden rampenförmigen Bereichen 25 unmittelbar an der Platte 7 an. Die Dichtungen überde cken bei der vorliegenden Ausführungsvariante die Wülste 24 vollstän dig. Während die untere Dichtung 19 eine plane Unterseite als Dichtsei- te ha†, welche mi† geringem Abstand von den Wülsten 24 der Stützstruk tur 22 bzw. 23 beabstande† ist, weis† die obere Dichtung 18 eine im Querschnitt wellenförmige Oberseite, also dichtende Seite auf, wobei die Wellentäler etwa in Höhe der Oberseite der Dichtung im Bereich der Wülste 24 liegen und die Wellengipfel umlaufende Dichtlippen 30 bil- den, die demgegenüber deutlich überhöht sind. Bezugszeichenliste

1 Zelle

2 Bipolarplatte

3 Kanäle

4 Kanäle

5 aktiver Bereich der Zelle

6 federndes Element

7 Piaffe

8 Dichfungsanordnung

9 mediendurchlässige Schicht

10 Membran

1 1 mediendurchlässige Schicht

12 Rand der Piaffe 7

13 senkrechte Kanäle

14 senkrechte Kanäle

15 senkrechte Kanäle

16 senkrechte Kanäle

17 Ausnehmungen

18 Dichtung oben

19 Dichtung unten

20 Innere Stüfzsfrukfur oben

21 Äußere Stüfzsfrukfur oben

22 Innere Stüfzsfrukfur unten

23 Äußere Stüfzsfrukfur unten

24 Wulst

25 rampenförmig auslaufender Bereich

26 Dicke der Piaffe 7

27 Höhe des Wulstes 24

28 Breite des Wulstes 24

29 mittlerer Wulsfabsfand

30 Dichflippen

31 Breite des rampenförmig auslaufenden Bereichs