Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemi sches System sowie ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von pa- rallel angeordneten Separatorplatten.

Die Separatorplatte kann beispielsweise für ein Brennstoffzellensystem ver wendet werden, bei dem aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie gewonnen wird. Die Separatorplatte kann auch für einen Elektrolyseur ver- wendet werden, bei dem durch Anlegen eines Potentials Wasserstoff und

Sauerstoff aus Wasser erzeugt werden. Die Separatorplatte kann ebenfalls für einen elektrochemischen Verdichter verwendet werden, bei dem molekularer Wasserstoff durch das Anlegen eines Potentials mittels Oxidation/Reduktion durch die Membran hindurch transportiert und gleichzeitig komprimiert wird. Das erfindungsgemäße elektrochemische System kann also eines der vorge nannten elektrochemischen Systeme umfassen. Üblicherweise umfassen Separatorplatten für ein elektrochemisches System ein Plattenpaar mit zwei metallischen Einzelplatten, wobei jeweils zwei Separatorplatten eine elektrochemische Zelle, also beispielsweise eine Brenn stoffzelle, begrenzen. Dabei zählt eine Einzelplatte im engeren Sinne zu einer Zelle und die andere Einzelplatte der Separatorplatte bereits zur nächsten Zelle. In einem elektrochemischen System wird dabei meist eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen, beispielsweise bis zu 400, in Serie zu einem Stapel oder Stack aufgestapelt. Die Zellen selbst umfassen neben jeweils zwei halben Separatorplatten üblicherweise eine Membran-Elektrodeneinheit, auch als MEA (membrane electrode assembly) bezeichnet, die zwischen den

Separatorplatten angeordnet ist, sowie jeweils eine Gasdiffusionslage (GDL), die z.B. aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoffvlies besteht, auf beiden Seiten der MEA. Der gesamte Stapel wird zwischen zwei Endplatten über ein

Verspannsystem zusammengehalten und mit einer vorbestimmten Pressung versehen.

Den Separatorplatten kommen in einem elektrochemischen System neben der Begrenzung der elektrochemischen Zellen mehrere weitere Funktionen zu, dies ist einerseits die elektrische Kontaktierung der Elektroden der verschie denen elektrochemischen Zellen sowie die Weiterleitung des Stroms zur je weils benachbarten Zelle, andererseits die Versorgung der Zellen mit den Reaktionsmedien und die Entsorgung der Reaktionsprodukte, weiter die Küh lung der elektrochemischen Zellen und die Weiterleitung der Abwärme, sowie das Abdichten der Kompartimente der beiden unterschiedlichen Reaktions medien und des Kühlmittels gegeneinander sowie nach außen.

In den beiden metallischen Einzelplatten der Separatorplatte sind entspre chend zur Versorgung der elektrochemischen Zellen Durchgangsöffnungen für Reaktionsmedien, üblicherweise also einerseits insbesondere Wasserstoff oder Methanol und andererseits insbesondere Luft oder Sauerstoff, sowie Kühlmittel, meist Mischungen aus demineralisiertem Wasser und Frost schutzmitteln, ausgebildet. Weiter ist in jeder der beiden metallischen Einzel platten eine Verteilungsstruktur eingeformt, wobei sich dabei auf beiden Oberflächen der beiden Einzelplatten Kanäle ausbilden. Auf jeder der nach außen weisenden Oberflächen der Separatorplatte wird jeweils ein Reakti onsmedium und im Zwischenraum zwischen den beiden metallischen Einzel- platten das Kühlmittel geführt. Der Bereich, der in einer Orthogonalprojektion in eine gemeinsame Ebene mit der MEA mit der eigentlichen Membran und nicht mit deren Randbereich oder ihrer Abdichtstruktur zusammenfällt, wird auch als elektrochemisch aktiver Bereich der Separatorplatte bezeichnet. In diesem elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte wird auf der der MEA zugewandten Oberfläche der Separatorplatte ein Reaktionsmedium in einer Kanalstruktur geführt. Üblicherweise schließt sich zu zwei Seiten des elektrochemisch aktiven Bereichs ein Verteilbereich mit ebenfalls kanalartigen Verteilungsstrukturen an. Jede der Verteilungsstrukturen kommuniziert mit mindestens zwei der Durchgangsöffnungen, nämlich mindestens einem Ein lass und mindestens einem Auslass für das jeweilige Fluid. Zur Abdichtung nach außen ist in jeder der metallischen Einzelplatten, zumindest geschlossen umlaufend um den elektrochemisch aktiven Bereich der Separatorplatte her um sowie gegebenenfalls um zumindest einen Teil der D u rchga ngsöff n u nge n herum jeweils eine Dichtstruktur angeordnet, die zu dem elektrochemisch aktiven Bereich bzw. der betreffenden Kante der Durchgangsöffnung beabstandet ist. Darüber hinaus können einzelne Durchgangsöffnungen zur Abdichtung gegeneinander auch von einer in sich geschlossen um die jeweili ge D u rchga ngsöff n u ng umlaufenden Dichtstruktur abgedichtet sein.

Um zu überprüfen, ob die elektrochemischen Zellen eine ausreichende Zell spannung (Einzelzellspannungsmessung = englisch cell voltage measurement, CVM) liefern, werden die einzelnen Zellen am Rand der Separatorplatten elektrisch kontaktiert. Diese Kontaktierung muss mechanisch stabil und vibra tionssicher sein, um auch im laufenden Betrieb, beispielsweise bei Einsatz in einem Fahrzeug, die Zellspannung überprüfen zu können. Bisher wurden hier zu beispielsweise Stecker in Form von zylindrischen Pins zwischen die Einzel platten einer Separatorplatte geklemmt oder mittels zusätzlichen Hakenele menten an der Separatorplatte oder am Gehäuse verhakt. Hakenelemente weisen entweder auf der Separatorplatte oder am Gehäuse einen höheren Platzbedarf auf, sind aber notwendig, um das Lösen des Steckers bei Vibration oder dynamischen Lasten zu verhindern. Zwischen Anode und Kathode ge klemmte Pins sind nur im Prüfstand gängig und bei Langzeitbenutzung im Fahrzeug nicht zuverlässig.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Separatorplatte und ein entsprechendes elektrochemisches System bereitzustellen, welche eine sichere und zugleich platzsparende Kontaktierung der Separatorplatte ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System um fasst in einer ersten Variante eine erste und eine zweite Platte, wobei die ers te und die zweite Platte im Wesentlichen deckungsgleich übereinander ange ordnet sind, wobei die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine längliche Ausformung aufweisen, wobei die Ausformung der ersten Platte und die Ausformung der zweiten Platte zu entgegengesetzten Seiten aus einer Plattenebene der Separatorplatte herausstehen und sich entlang der Platten ebene parallel übereinander von einem Außenrand zu einem Inneren der Separatorplatte erstrecken, sodass die Ausformung der ersten Platte und die Ausformung der zweiten Platte zusammen eine Aufnahme für einen

Steckerstift bilden. Die erfindungsgemäße Separatorplatte zeichnet sich da durch aus, dass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte eine zur jeweils gegenüberliegenden Platte gerichtete

Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des Steckerstifts in der Aufnahme aufweist.

Die erfindungsgemäße Separatorplatte für ein elektrochemisches System, umfasst in einer zweiten Variante eine erste und eine zweite Platte, wobei die erste und die zweite Platte im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind, wobei die erste oder die zweite Platte mindestens eine läng liche Ausformung aufweist, wobei die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte zur von der anderen Platte wegweisenden Seite aus einer Plattenebene der Separatorplatte heraussteht und sich entlang der Plattenebene von einem Außenrand zu einem Inneren der Separatorplatte erstreckt, sodass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte eine Aufnahme für einen Steckerstift bildet. Die erfindungsge mäße Separatorplatte zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausformung der ersten Platte oder die Ausformung der zweiten Platte oder ein der Ausfor mung der ersten Platte gegenüberliegender Bereich in der zweiten Platte oder ein der Ausformung der zweiten Platte gegenüberliegender Bereich in der ersten Platte eine zur jeweils gegen-überliegenden Platte gerichtete

Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des Steckerstifts in der Aufnahme aufweist.

Unter einer Plattenebene der Separatorplatte wird hier insbesondere eine Berührungsebene zwischen der ersten und der zweiten Platte in der näheren Umgebung der Ausformung(en) verstanden, in der sich die erste und die zwei te Platte berühren, wenn diese zur Bildung der Separatorplatte übereinander angeordnet sind. Unter der Plattenebene der Separatorplatte kann üblicher weise auch eine Berührungsebene zwischen ebenen, nicht verformten Berei chen der ersten und zweiten Platte verstanden werden.

Die Einformung zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren des

Steckerstifts in der Aufnahme ermöglicht eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Steckerstifts mit der Separatorplatte, die mechanisch stabil und vibrationssicher ist. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine sichere Kon taktierung ohne ein zusätzliches Verriegelungselement und weist dadurch einen geringen Platzbedarf auf.

Die Ausformung kann insbesondere in die erste und/oder zweite Platte einge prägt sein. Wird die Ausformung zur Ausbildung einer Aufnahme in die erste und die zweite Platte eingeformt, kann die Tiefe der jeweiligen Ausformung in Richtung senkrecht zur Plattenebene in beiden Platten unterschiedlich sein.

Die Einformung kann als freigeschnittene Lasche ausgebildet sein. Diese kann beispielsweise mittels Freistanzens aus der ersten oder der zweiten Platte hergestellt werden. Die Einformung kann auch als kalottenförmige Einprägung ausgebildet sein.

Die erste und/oder die zweite Platte können, ggf. jeweils zu entgegengesetz ten Seiten der Plattenebene, eine Vielzahl von aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehenden und sich - ggf. paarweise parallel überei nander - vom Außenrand zum Inneren der Separatorplatte erstreckenden Aus formungen aufweisen, sodass die Vielzahl von Ausformungen der ersten und/oder zweiten Platte eine Vielzahl von Aufnahmen für Steckerstifte bilden. Bei einer Vielzahl von Aufnahmen für Steckerstifte können diese innerhalb eines Stapels von Separatorplatten von Separatorplatte zu Separatorplatte vorzugsweise in eine Richtung parallel zur Plattenebene versetzt zueinander angeordnet werden, sodass ein bequemes Einstecken und ggf. Entnehmen der Steckerstifte ermöglicht wird. Dies ist insbesondere bei sich nach außen hin verdickenden Steckerstiften bzw. zugehörigen Anschlussleitungen vorteilhaft. Zwar bleiben so viele der Aufnahmen unbelegt, jedoch können jeweils alle ersten bzw. zweiten Platten der Separatorplatten auf diese Weise mit dem gleichen Werkzeug zur Bildung der Ausformungen in einem Arbeitsschritt be arbeitet werden. Insbesondere können die ersten bzw. zweiten Platten jeweils alle mit dem gleichen Prägewerkzeug zur Bildung der Ausformungen in einem Prägeschritt bearbeitet werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Separatorplatte zwei, drei oder vier ne beneinander angeordnete Aufnahmen für Steckerstifte aufweist.

Die erste und die zweite Platte können eine im Wesentlichen rechteckige, quadratische oder Trapez-Form, insbesondere mit abgerundeten Ecken, auf weisen. Die Ausformungen können bevorzugt im Bereich von Ecken der ersten und/oder zweiten Platte angeordnet sein. Weiterhin können sich die Ausfor mungen vorzugsweise in einem Winkel zum Außenrand erstrecken, wobei der Winkel > 0° und < 180°, bevorzugt > 45° und < 90° oder bevorzugt > 90° und < 135°, besonders bevorzugt > 80° und/oder < 100° oder besonders bevorzugt 90 °, beträgt. Der Winkel ist definiert als einer sich vom Außenrand der Separatorplatte zum Inneren der Separatorplatte hin öffnender Winkel.

Die Aufnahme weist vorzugsweise einen zu einem Querschnitt des

Steckerstifts korrespondierenden Querschnitt auf, um einen festen Sitz des Steckerstifts in der Aufnahme zu ermöglichen. Insbesondere kann die Auf nahme einen quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder wabenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei Ecken dieser Querschnittsformen spitz zulau fend oder abgerundet sein können. Der Querschnitt der Aufnahme und der Querschnitt des aufzunehmenden Steckerstifts können vorzugsweise zuei nander so dimensioniert sein, dass sich zwischen der Aufnahme und dem auf zunehmenden Steckerstift kein überdimensioniertes Spiel ergibt, gleichzeitig aber das Einführen ohne großen Kraftaufwand ermöglicht wird. Die eigentli che Fixierung des Steckerstifts erfolgt durch ein Anliegen des Steckerstifts in der Aufnahme so, dass die Einformung und der Steckerstift kraft- und/oder formschlüssig aneinander anliegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und die zweite Platte der

Separatorplatte metallische Werkstoffe oder Metalllegierungen aufweisen oder daraus gebildet sind, wobei die metallischen Werkstoffe oder Metallle gierungen aufgrund ihrer Materialeigenschaften oder Formfaktoren eine aus reichende Elastizität aufweisen. Dies sind vor allem Edelstahle, Titan, oder Kombinationen aus Nickel, Chrom oder anderen Übergangsmetallen. Der E- Modul der Materialien liegt dabei vorteilhafterweise zwischen 100 GPa und 250 GPa, insbesondere zwischen 160 GPa und 220 GPa, jeweils einschließlich oder ausschließlich der genannten Grenzen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine zueinander fluchtende erste Durch gangsöffnung zum Durchleiten eines Reaktionsmediums durch die

Separatorplatte, jeweils mindestens eine zueinander fluchtende zweite Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmittels durch die

Separatorplatte, jeweils auf ihrer voneinander abgewandten Oberfläche einen aktiven Bereich mit Führungsstrukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Plattenebene und einen sich mit der ersten Durchgangsöffnung und dem aktiven Bereich in Fluidverbindung befindlichen Verteilbereich mit Verteilstrukturen zum Verteilen eines von der ersten Durchgangsöffnung in den aktiven Bereich einzuleitenden Reaktionsmediums und/oder zum Sam meln eines vom aktiven Bereich zur ersten Durchgangsöffnung hin strömen den Reaktionsmediums aufweisen.

Ferner können die erste und die zweite Platte insbesondere jeweils zwei zuei nander fluchtende Paare von ersten Durchgangsöffnungen aufweisen, wobei ein Paar der ersten Durchgangsöffnungen zum Zuführen eines Reaktionsme diums zum aktiven Bereich eingerichtet ist und das andere Paar der ersten Durchgangsöffnungen zum Abführen eines Reaktionsmediums aus dem akti ven Bereich eingerichtet ist. Darüber hinaus können die erste und die zweite Platte jeweils zwei zueinander fluchtende Paare zweiter Durchgangsöffnungen aufweisen, die zum Zuführen bzw. Abführen eines Kühlmittels dienen.

Weiterhin können die erste und die zweite Platte jeweils eine eine der ersten Durchgangsöffnungen umlaufende erste Dichtstruktur zum Abdichten der jeweiligen ersten Durchgangsöffnung entlang der Plattenebene aufweisen, wobei die erste Dichtstruktur mindestens eine erste Durchführung aufweist, über welche sich die erste Durchgangsöffnung mit dem Verteilbereich und dem aktiven Bereich in Fluidverbindung befindet.

Ferner können die erste und die zweite Platte jeweils mindestens eine zweite Dichtstruktur zum Abdichten der zweiten Durchgangsöffnungen entlang der Plattenebene aufweisen.

Die erste und die zweite Platte können jeweils zusätzlich eine dritte Dicht struktur aufweisen, welche den aktiven Bereich, den/die Verteilbereich(e) und die ersten Durchgangsöffnungen umläuft und gegenüber der Umgebung ent lang der Plattenebene abdichtet. Die zweiten Durchgangsöffnung(en) können innerhalb oder außerhalb des von der dritten Dichtstruktur umgebenen Be reichs angeordnet sein. Vorzugsweise können die Ausformungen der ersten und zweiten Platte außerhalb des von der dritten Dichtstruktur umgebenen Bereichs liegen.

Die erste, zweite und/oder dritte Dichtstruktur können in die erste oder zwei te Platte eingeprägt sein oder als in die erste und die zweite Platte eingepräg te Dichtsicken ausgebildet sein. Die dritte Dichtstruktur wird, wenn sie als Dichtsicke ausgebildet ist, häufig auch als Perimetersicke bezeichnet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste, zweite und dritte Dichtstruktur der ersten Platte und die erste, zweite und dritte Dichtstruktur der zweiten Platte zu entgegengesetzten Seiten aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen, und eine Höhe der Ausformungen, mit welcher die Ausformun gen aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen, geringer ist als eine Höhe der ersten, zweiten und dritten Dichtstruktur, mit welcher die ers te, zweite und dritte Dichtstruktur aus der Plattenebene der Separatorplatte herausstehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Dichtstrukturen auch in der Nähe der Ausformungen eine ausreichende Dichtwirkung entfalten kön nen.

Die Erfindung schließt weiterhin ein elektrochemisches System mit einer Viel zahl von parallel angeordneten, vorstehend beschriebenen Separatorplatten ein.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Separatorplatten kann eine Membran einer elektrochemischen Zelle zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie angeordnet sein. Die Membran weist üblicherweise einen elektrochemisch aktiven Bereich sowie einen sie an ihrem Außenrand ab schließenden Randbereich auf. Die Ausformungen zur Aufnahme der

Steckerstifte sind dabei üblicherweise so angeordnet, dass sie in Bereichen der Separatorplatte liegen, die an den Randbereich, nicht an den eigentlichen Membranbereich der MEA angrenzen. Sie liegen somit vorzugsweise außer halb des von der Perimetersicke umschlossenen Bereichs der Separatorplatte.

Das elektrochemische System kann weiterhin eine Vorrichtung zum Überprü fen einer Zell-Spannung einer Separatorplatte umfassen, wobei die Vorrich tung zur Verbindung mit der Vielzahl von Separatorplatten eine Vielzahl von Steckerstiften umfasst, wobei je ein Steckerstift in je eine Aufnahme für einen Steckerstift einer Separatorplatte einsteckbar ist.

Die Steckerstifte können im Wesentlichen zylinderförmig oder quaderförmig, insbesondere mit abgerundeten Ecken, ausgebildet sein, also einen runden, rechteckigen oder abgerundet-vieleckigen Querschnitt aufweisen. Weiterhin können die Steckerstifte einen zum Querschnitt der Aufnahmen korrespon dierenden Querschnitt aufweisen, ein Übermaß des Steckerstiftes gegenüber dem Innenraum der Aufnahme ist aber - ggf. mit Ausnahme der Anlagestelle an der Einformung - zu vermeiden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steckerstifte eine zur Einformung kor respondierende Ausnehmung für die kraft- und/oder formschlüssige Fixierung der Steckerstifte in den Aufnahmen aufweisen.

Insbesondere kann die Ausnehmung als Nut und/oder als den Steckerstift in einer Querrichtung umlaufende Nut ausgebildet sein.

Die kraft- und/oder formschlüssige Fixierung der Steckerstifte in den Aufnah men kann reversibel oder irreversibel sein. Eine irreversible Fixierung, bei der die Steckerstifte nicht mehr aus den Aufnahmen herausnehmbar sind, ist be sonders sicher gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung. Eine rever sible Fixierung, bei der die Steckerstifte kontrolliert aus den Aufnahmen entfernbar sind, ermöglicht dagegen eine mehrfache Umkontaktierung der Separatorplatten, beispielsweise wenn einzelne Separatorplatten eines Sta pels ausgetauscht werden müssen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steckerstifte in einer Richtung senk recht zur Plattenebene versetzt zueinander in je eine Aufnahme einer

Separatorplatte einsteckbar sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn bei einer Projektion von n benachbarten Separatorplatten, wobei n > 1 und/oder n < 4, in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene der Separatorplatten die Steckerstifte versetzt zueinander in die Separatorplatten einsteckbar sind. Versetzt einsteckbar kann dabei insbesondere bedeuten, dass die

Steckerstifte von Separatorplatte zu Separatorplatte in eine Richtung parallel zur Plattenebene um eine Aufnahme versetzt einsteckbar sind. Weiterhin können die Steckerstifte von Separatorplatte zu Separatorplatte alternierend, insbesondere bei lediglich zwei nebeneinander in einer Separatorplatte ange ordneten Aufnahmen, in je eine Aufnahme einer Separatorplatte einsteckbar sein. Andere Anordnungen sind möglich, resultieren aber meist in geringeren Abständen der Steckerstifte.

Ebenso ist es möglich, dass nicht sämtliche Separatorplatten identisch ausge bildet sind, beispielsweise zwei Typen von Separatorplatten gefertigt werden und alternierend miteinander gestapelt werden. Dabei ist es möglich, dass Ausformungen einer ersten Separatorplatte an Aussparungen in der unmittel bar benachbarten Einzelplatte der nächstliegenden Separatorplatte oder in der gesamten unmittelbar benachbarten Separatorplatte angrenzen. Dies ist besonders vorteilhaft für die oben genannte zweite Variante, da hierdurch mehr Bauraum für eine nur in einer der beiden Platten der Separatorplatte ausgebildete Ausformung einer Aufnahme zur Verfügung steht. Bei dieser Lösung kann auch die Höhe dieser Ausformung in einer Einzelplatte gleich oder größer sein als die Höhe der ersten, zweiten und dritten Dichtstruktur derselben Einzelplatte. Es ist jedoch bevorzugt, dass auch hier die Höhe dieser Ausformung in einer Einzelplatte geringer ist als die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden ersten Dichtstrukturen der beiden Einzelplat ten und/oder die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden zweiten Dichtstrukturen der beiden Einzelplatten und/oder die Summe der Höhen der zueinander korrespondierenden dritten Dichtstrukturen der bei den Einzelplatten.

Im Folgenden werden eine erfindungsgemäße Separatorplatte sowie ein er findungsgemäßes elektrochemisches System anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Wei terbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.

Es zeigen

Figur 1 ein elektrochemisches System gemäß dem Stand der Technik in einer Perspektivansicht,

Figur 2 einen Ausschnitt einer Separatorplatte gemäß dem Stand der

Technik in einer Draufsicht,

Figur 2A eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß dem

Stand der Technik,

Figur 3 einen Ausschnitt einer Separatorplatte gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht,

Figur 3A eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 4 eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 5A, B eine erste Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem

Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht,

Figur 6A, B eine zweite Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem

Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht,

Figur 7 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht,

Figur 8 eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,

Figur 9 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht,

Figur 10 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,

Figur 11 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems vor Aufnahme von Steckerstiften,

Figur 12 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer ersten Anordnung von Steckerstiften,

Figur 13 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer zweiten Anordnung von Steckerstiften,

Figur 14 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,

Figur 15 eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in ei ner Längsschnittansicht,

Figur 16 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer dritten Anordnung von Steckerstiften, Figur 17 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer vierten Anordnung von Steckerstiften, und

Figur 18 einen abschnittsweisen Querschnitt durch eine Separatorplatte.

Figur 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 der hier vorgeschlagenen Art mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 10, die in ei nem Stapel la angeordnet und entlang einer senkrecht zu einer Plattenebene der Separatorplatten 10 verlaufenden Stapelrichtung lb gestapelt sind. Die Separatorplatten 10 des Stapels la sind zwischen zwei Endplatten 2a, 2b ein gespannt. Die Separatorplatten 10 umfassen jeweils eine erste 11 und eine zweite 12 metallische Platte (siehe z. B. Figur 11), die beispielsweise stoff schlüssig miteinander verbundenen sind. Eine Ebene, in welcher ein ebener, nicht verformter Teil der ersten Platte 11 einen ebenen, nicht verformten Teil der zweiten Platte 12 bei Ausbildung einer Separatorplatte 10 berührt, wird im Folgenden als Plattenebene der Separatorplatte 10 bezeichnet. Im vorlie genden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellen stapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 10 des Stapels begrenzen also eine elektrochemische Zelle, die z. B. der Umwandlung von chemischer Ener gie in elektrische Energie dient. Dabei bildet jeweils eine Einzelplatte der Separatorplatte einen Teil einer anderen Zelle. Die elektrochemischen Zellen weisen gewöhnlich jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 6 auf, die in ihrem Außenbereich einen elektrochemisch nicht aktiven Rahmen aufweist (siehe z. B. Figur 11). Die MEA 6 beinhalten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder bei den Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.

Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektroly seur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 10 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unter scheiden können.

Die Endplatten 2a, 2b weisen eine Vielzahl von Medienanschlüssen 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reakti onsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder Kühlmit tel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Separatorplatte 10 in einer Draufsicht, wobei die Separatorplatte 10 gemäß Figur 2 z. B. in einem elektrochemischen System nach der Art des Systems 1 aus Figur 1 verwendbar ist. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Separatorplatte 10 weist eine erste und eine zweite Platte 11, 12 auf, die stoffschlüssig entlang der Plattenebene der Separatorplatte 10 verbunden sind. In Figur 2 ist nur die erste Platte 11 sichtbar, die zweite Platte 12 wird von der ersten Platte 11 verdeckt. Die erste und zweite Platte 11, 12 können jeweils aus einem Metall blech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Platten 11, 12 weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die die Durchgangsöffnun gen 15, 15' und 16 der Separatorplatte 10 bilden. Bei Stapelung einer Mehr zahl von Separatorplatten von der Art der Separatorplatte 10 bilden die Durchgangsöffnungen 15, 15' und 16 Leitungen, die sich in der Stapelrichtung lb durch den Stapel la erstrecken (siehe Figur 1). Typischerweise ist jede der durch die Du rchga ngsöff n u nge n 15, 15', 16 gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Medienanschlüsse 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b in den Endplatten 2a, 2b des Systems 1. Beispielsweise dienen die von den Durch gangsöffnungen 15, 15' gebildeten Leitungen der Versorgung der elektroche mischen Zellen des Brennstoffzellenstapels la mit Brennstoff und mit Reakti onsgas. Über die von der Durchgangsöffnung 16 gebildete Leitung dagegen kann Kühlmittel in den Stapel la eingeleitet oder aus dem Stapel la abgeleitet werden.

Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 gegenüber dem Inneren des Stapels la und gegenüber der Umgebung weist die erste Platte 11 Sicken 15a, 15a', 16a, auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 jeweils voll ständig umschließen. Die zweite Platte 12 weist an der vom Betrachter der Figur 2 abgewandten Rückseite der Separatorplatte 10 entsprechende Sicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 15, 15', 16 auf (nicht gezeigt).

In einem elektrochemisch aktiven Bereich 17 der Separatorplatte 10 weist die erste Platte 11 an ihrer dem Betrachter der Figur 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld mit Führungsstrukturen 17a zum Führen eines Reaktions mediums entlang der Vorderseite der Separatorplatte 10 auf. Diese Führungs strukturen 17a sind in Figur 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben. In Figur 2 ist nur ein Ausschnitt des aktiven Bereichs 17 an der Vorderseite der Separatorplatte 10 gezeigt. An der dem Betrachter der Figur 2 zugewandten Vorderseite der Separatorplatte 10 weist die erste Platte 11 zudem einen Ver teil- oder Sammelbereich 18 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 18 umfasst Verteilstrukturen 18a, die eingerichtet sind, ein ausgehend von der Durch gangsöffnung 15 in den Verteil- oder Sammelbereich 18 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 17 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur Durchgangsöffnung 15 hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 sind in Figur 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.

Die erste Platte 11 weist ferner eine Perimetersicke 17b auf, die den aktiven Bereich 17, den Verteil- oder Sammelbereich 18 und die Durchgangsöffnun gen 15, 15' umläuft und diese gegenüber der Umgebung des Systems 1 ab dichtet. Im vorliegenden Beispiel werden der aktive Bereich 17, der Verteil oder Sammelbereich 18 und die Durchgangsöffnungen 15, 15' durch die Perimetersicke 17b auch gegenüber der Durchgangsöffnung 16, d. h. gegen über dem Kühlmittelkreislauf, abgedichtet. Es wäre jedoch ebenso möglich, dass die Durchgangsöffnung 16 innerhalb des von der Perimetersicke um schlossenen Bereichs angeordnet ist. Eine Perimetersicke ist also genauso wie eine hier als Dichtsicke bezeichnete Sicke ein Abdichtelement. Die Strukturen des aktiven Bereichs 17, die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbe- reichs 18 und die Sicken 15a, 15a', 16a und 17b sind einteilig mit der ersten Platte 11 ausgebildet und in die erste Platte 11 eingeformt, z. B. in einem Prä ge- oder Tiefziehprozess.

Die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 der ersten Platte 11 sind über Durchführungen 15b durch die Sicke 15a in Fluidverbin dung mit der Durchgangsöffnung 15 bzw. mit der von der Durchgangsöffnung 15 gebildeten Leitung durch den Stapel la. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 2 nur einige der Durchführungen 15b durch die Sicke 15a mit Bezugszei chen bezeichnet. Ebenso sind die Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 in Fluidverbindung mit den Strukturen bzw. Kanälen des aktiven Bereichs 17. So kann ein durch die Durchgangsöffnung 15 geführtes Medium über die Durchführungen 15b in der Sicke 15a und über die

Verteilstrukturen 18a des Verteil- oder Sammelbereichs 18 in den aktiven Be reich 17 der ersten Platte 11 eingeleitet werden.

Die Durchgangsöffnung 15' bzw. die die von der Durchgangsöffnung 15' gebil dete Leitung durch den Stapel la ist in entsprechender Weise in Fluidverbin dung mit einem Verteil- und Sammelbereich und über diesen mit einem Strö mungsfeld eines aktiven Bereichs an der vom Betrachter der Figur 2 abge wandten Rückseite der Separatorplatte 10. Die Durchgangsöffnung 16 dage gen bzw. die von der Durchgangsöffnung 16 gebildete Leitung durch den Sta pel la ist in Fluidverbindung mit einem von der ersten und zweiten Platte 11, 12 eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum, der zum Führen eines Kühlmittels durch die Separatorplatte 10 ausgebildet ist.

Die übereinander in etwa deckungsgleich angeordnete erste und zweite Platte 11, 12 der Separatorplatte 10 der Figur 2 sind in etwa rechteckig ausgebildet und weisen abgerundete Ecken auf. In einer der Ecken, hier benachbart zur ersten Durchgangsöffnung 15', sind zwei Aufnahmen 13 für Steckerstifte ne beneinander angeordnet (siehe Detailansicht in Figur 2A). Die Aufnahmen 13 werden durch jeweils eine längliche Ausformung 11a und 12a in der ersten Platte 11 und der zweiten Platte 12 gebildet (siehe z. B. Figur 5), welche sich entlang der Plattenebene 10a parallel übereinander von einem Außenrand 10b zu einem Inneren der Separatorplatte 10 erstrecken und dabei von einer Verbindungsstruktur 23, hier einer Schweißnaht 23a zusammengehalten wer- den. Dabei verläuft eine Längsrichtung der Ausformungen 11a, 12a, und damit auch eine Längsrichtung der Aufnahmen 13, in einem Winkel von 90° zum Außenrand 10b. Die Ausformungen 11a, 12a der ersten und zweiten Platte 11,

12 stehen ferner zu entgegengesetzten Seiten aus der Plattenebene 10a der Separatorplatte 10 heraus, sodass die Ausformung 11a der ersten Platte 11 und die Ausformung 12a der zweiten Platte 12 zusammen eine längliche Auf nahme 13 für einen Steckerstift bilden. In eine derartige Aufnahme 13 kann ein stiftförmiger Stecker (Steckerstift) eingesteckt und gegebenenfalls mittels eines zusätzlichen Verriegelungselements gesichert werden. Über eine der zwei Aufnahmen 13 kann die Separatorplatte 10 mit einer Vorrichtung zum Überprüfen einer Zell-Spannung der Separatorplatte verbunden werden. Oh ne ein zusätzliches Verriegelungselement ist der Steckerstift bei dynamischen Lasten oder Vibrationen, welche beispielsweise im laufenden Betrieb einer in einem Fahrzeug eingebauten Brennstoffzelle auftreten, nicht gegen ein unbe absichtigtes Lösen aus der Aufnahme 13 gesichert.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Separatorplatte 10 gemäß der vorliegen den Erfindung. Die Separatorplatte 10 der Figur 3 ist ähnlich wie in Figur 2 ausgebildet, unterscheidet sich jedoch in der Ausgestaltung der Aufnahmen

13 (siehe auch die Detailansicht in Figur 3A). Im Gegensatz zu den in Figur 2 dargestellten Aufnahmen 13 weist die Ausformung 11a der in Figur 3 sichtba ren ersten Platte 11 auf der Vorderseite der Separatorplatte 10 eine zur da runterliegenden zweiten Platte 12 gerichtete Einformung 11b zum kraft- und/oder formschlüssigen Fixieren eines Steckerstifts in der Aufnahme 13 auf. Diese Einformung 11b wird dadurch gebildet, dass ein Teil der Ausformung 11a der ersten Platte 11 mittels Einprägens oder einer Kombination von Schneiden, beispielsweise mittels Stanzens, und Prägen ins Innere der Auf nahme 13, also einen Aufnahmebereich für einen Steckerstift, eingepresst ist. Dadurch kann mittels der Einformung 11b zusätzlich eine Druckkraft auf einen Steckerstift ausgeübt werden, sodass der Steckerstift zwischen der

Einformung 11b und der Ausformung 12a der zweiten Platte 12 in der Auf nahme 13 verklemmbar ist. Hierdurch kann der Steckerstift auch ohne ein zusätzliches, also externes, Verriegelungselement gegen unbeabsichtigtes Lösen insbesondere beim Auftreten von dynamischen Lasten oder Vibrationen gesichert werden. Figur 4 zeigt eine Detailansicht von Aufnahmen für Steckerstifte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Aufnahmen 13 der Figur 4 sind dabei wie in Figuren 3 und 3A ausgebildet, unterscheiden sich jedoch in der Art der Verbindungsstruktur 23, hier einer Klebeverbindung 23b sowie Ihrer Anordnung bezüglich des Außenrandes 10b. In Figur 4 werden die Auf nahmen 13 durch übereinanderliegende und parallel zueinander verlaufende längliche Ausformungen 11a und 12a der ersten und zweiten Platte 11, 12 gebildet, wobei sich die Ausformungen 11a und 12a vom Außenrand 10b ins Innere der Separatorplatte 10 erstrecken. Dabei verläuft eine Längsrichtung der Ausformungen 11a, 12a, und damit auch eine Längsrichtung der Aufnah me 13, in einem sich von dem Außenrand 10b der Separatorplatte 10 zum Inneren der Separatorplatte 10 hin öffnenden Winkel a zum Außenrand 10b.

Figuren 5A, B zeigen eine erste Aufnahme-Steckerstift -Verbindung gemäß dem Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht. Figuren 5A, B zeigen auch verschiedene Schnitte durch einen wie in Figur 2A [ HE I ] 2 ] dar gestellten Ausschnitt durch eine Separatorplatte 10. Wie in Figur 5A erkenn bar ist, wird die Separatorplatte 10 im Wesentlichen durch die übereinander liegende erste und zweite Platte 11, 12 gebildet, die sich in einem ebenen, nicht verformten Bereich der Platten 11, 12 entlang der Plattenebene 10a der Separatorplatte 10 berühren. Vom Außenrand 10b zum Inneren der ersten Platte 11 erstreckt sich die längliche Ausformung 11a der ersten Platte, wel che senkrecht zur Plattenebene 10b und von der zweiten Platte 12 weg ge richtet aus der Plattenebene 10b heraussteht. Entlang und gegenüberliegend der Ausformung 11a erstreckt sich die Ausformung 12a der zweiten Platte vom Außenrand 10b zum Inneren der Separatorplatte 10 und steht senkrecht zur Plattenebene 10a und von der ersten Platte 11 weg gerichtet aus der Plat tenebene 10a heraus. Zwischen den Ausformungen 11a, 12a bildet sich so eine längliche Aufnahme 13 für einen länglichen Steckerstift 14 aus. Wie in Figur 5B erkennbar ist, weist die Separatorplatte 10 wie in Figuren 2 und 3 zwei nebeneinander angeordnete Aufnahmen 13 auf. Die Aufnahmen 13 wei sen zudem einen etwa quadratischen Querschnitt auf. Ein zylinderförmiger Steckerstift mit kreisförmigem Querschnitt ist in eine der beiden Aufnahmen eingesteckt. Die in Figuren 5A, B gezeigte Aufnahme-Steckerstift -Verbindung des Stands der Technik weist weder einen Klemm- noch Rastmechanismus auf. Ein für die Sicherung der Verbindung notwendiges zusätzliches externes Verriegelungselement ist hier nicht dargestellt.

Figuren 6A, B zeigen eine zweite Aufnahme-Steckerstift-Verbindung gemäß dem Stand der Technik in einer Längs- und Querschnittansicht, die der Figuren 5A, B ähnelt. Auch die Figuren 6A, B zeigen wieder verschiedene Querschnitte durch einen wie in Figuren 2A und 3A dargestellten Ausschnitt einer

Separatorplatte 10 im Bereich der Aufnahmen 13. Anders als in Figuren 5A, B weisen die Aufnahmen 13 einen rechteckigen Querschnitt und der in eine der beiden Aufnahmen 13 eingesteckte Steckerstift 14 einen zum Querschnitt der Aufnahmen 13 korrespondierenden rechteckigen Querschnitt auf. Auch die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung der Figuren 6A, B verfügt weder über ei nen Rast- oder Klemm mechanismus noch ist ein zusätzliches externes Verrie gelungselement zur Sicherung der Verbindung dargestellt.

Figur 7 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Figur 7 zeigt einen Längsschnitt analog zu Figuren 5A, 6A. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Aufnahme-Steckerstift - Verbindungen der Figuren 5A, 6A zeigt Figur 7 einen Klemmmechanismus zur Sicherung der Verbindung. Der Klemmmechanismus wird durch eine gestanz te und in Richtung der Plattenebene 10a verformte Einformung 11b in der Ausformung 11a der ersten Platte 11 realisiert. Die Einformung 11b besteht aus einer in Richtung der Ausformung 12a eingestanzten, teilweise ausge schnittenen Lasche, welche eine Druckkraft auf den sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstift 14 ausübt. Durch die Druckkraft der Einformung 11b wird der Steckerstift 14 gegen die gegenüberliegende Ausformung 12a ge presst und so zwischen der Einformung 11b und der Ausformung 12a einge klemmt.

Figur 8 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei ner Längsschnittansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel der Figur 8 weist ei nen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastmechanis mus wird durch eine eingeprägte kalottenförmige Einformung 11c in der Aus formung 11a der ersten Platte 11 und eine zur kalottenförmigen Einformung 11c korrespondierende Nut 14a im sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstift 14 realisiert. Dabei rastet die Einformung 11c beim Einstecken des Steckerstifts 14 in die Aufnahme 13 in der Nut 14a des Steckerstifts ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.

Sowohl das erste Ausführungsbeispiel der Figur 7 als auch das zweite Ausfüh rungsbeispiel der Figur 8 zeigen reversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 7 und 8 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung auch wieder kontrol liert gelöst werden kann, um beispielsweise die Separatorplatte

umzukontaktieren.

Figur 9 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift -Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Das dritte Ausführungsbeispiel der Figur 9 weist ebenfalls einen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastmecha nismus wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a und eine um ei nen Querschnitt eines sich in der Aufnahme 13 befindlichen Steckerstifts um laufende Ringnut 14a realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 rastet die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Ausformung 11a in der Ringnut 14a des Steckerstifts 14 ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.

Figur 10 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Das vierte Ausführungsbeispiel der Figur 10 weist eben falls einen Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung auf. Der Rastme chanismus wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Plat te 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a und eine zur Einformung 11b korrespondierende Nut 14a in einem sich in der Aufnah me 13 befindlichen Steckerstift 14 realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 rastet die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Ausformung 11a in der Nut 14a des Steckerstifts 14 ein und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.

Sowohl das dritte Ausführungsbeispiel der Figur 9 als auch das vierte Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 10 zeigen irreversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 7 und 8 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung nicht wieder gelöst werden kann, ohne die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung zu beschädigen.

Figur 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems vor Aufnahme von Steckerstiften. Figur 11 zeigt einen beispielhaften Stapel la von vier parallel zueinander angeordneten Separatorplatten 10. Zwischen den Separatorplatten 10 ist jeweils eine MEA 6 angeordnet, sodass jeweils eine zweite Platte 12 einer ersten Separatorplatte 10, eine MEA 6 und eine erste Platte 11 einer zweiten Separatorplatte 10 eine elektrochemische Zelle bilden. Der dargestellte Querschnitt verläuft in der Nähe der Außenkante 10b der Separatorplatte an einer Stelle quer durch Auf nahmen 13, so dass nicht der elektrochemisch aktive Bereich der MEA son dern deren Randbereich geschnitten wird. Jeweils zwei Aufnahmen 13 sind in einer Separatorplatte 10 nebeneinander angeordnet. In der Stapelrichtung lb liegen die Aufnahmen 13 der verschiedenen Separatorplatten 10 jeweils übereinander. Sämtliche Aufnahmen 13 sind jeweils von und bis zur Außen kante abschnittsweise über eine Verbindungsstruktur 23, hier einer Stepp schweißnaht 23a miteinander verbunden.

Figur 12 zeigt nun einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemä ßen elektrochemischen Systems ähnlich wie in Figur 11 mit einer ersten Vari ante zur Anordnung von Steckerstiften 14. Hier ist jeweils ein Steckerstift 14 in je eine Aufnahme 13 einer Separatorplatte 10 eingesteckt. Dabei sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet. Dies ermöglicht ein besonders leichtes Einführen der Steckerstifte.

Figur 13 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems ähnlich wie in Figur 11 mit einer zweiten Variante zur Anordnung von Steckerstiften 14. In Figur 13 weist jede Separatorplatte 10 vier Aufnahmen 13 auf, die in Stapelrichtung lb jeweils untereinander ange ordnet sind. Die Steckerstifte 14 sind nun in Stapelrichtung lb von

Separatorplatte 10 zu Separatorplatte 10 um eine Aufnahme 13 in Richtung der benachbarten Aufnahme 13 verschoben angeordnet. Dabei verschiebt sich die einen Steckerstift 14 aufnehmende Aufnahme 13 solange in die glei- che Richtung senkrecht zur Stapelrichtung lb bis in dieser Richtung keine Auf nahme 13 mehr vorhanden ist. In diesem Fall wird der entsprechende

Steckerstift 14 in einer Aufnahme 13 am gegenüberliegenden Ende der Reihe von Aufnahmen 13 angeordnet. Hierdurch wird ebenfalls eine maximal ver setzte Anordnung von Steckerstiften 14 innerhalb des Stapels la erreicht. Die erste und zweite Platte 11, 12 sind zwischen den Aufnahmen 13 sowie seitlich an die Aufnahmen angrenzend miteinander abschnittsweise verklebt und bil den so eine Verbindungsstruktur 23b.

Figur 14 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei ner Längsschnittansicht, das anders als die vorhergehenden Ausführungsbei spiele nicht die erste, sondern die zweite Variante der Verbindung darstellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel der Figur 14 weist nur eine Ausformung 12a, jedoch keine Ausformung 11a auf. Der Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als eine der Ausformung 12a gegenüberlie gende Einformung 11b in der Platte 11 realisiert. Beim Einstecken des

Steckerstifts 14 presst sich die als Lasche ausgebildete Einformung 11b der Platte 11 gegen die Oberfläche des Steckerstifts 14, bildet einen Kraftschluss und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.

Figur 15 zeigt eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung für ein elektrochemi sches System gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht, das wie dasjenige Ausführungsbeispiel der Figur 14 die zweite Variante der Verbindung darstellt. Im sechsten Ausführungsbeispiel der Figur 15 sind die Bezeichnungen der Einzelplatten 11, 12 der

Separatorplatte 10 gegenüber den vorangegangenen vertauscht, die erste Platte 11 liegt nunmehr unterhalb der zweiten Platte 12. Wie in Figur 14 weist die Separatorplatte 10 nur eine Ausformung 11a in der unteren Platte, hier also nun in der ersten Platte 11, jedoch keine Ausformung 12a in der oberen Platte 12 auf. Der Rastmechanismus zur Sicherung der Verbindung wird durch eine freigeschnittene und in Richtung der zweiten Platte 12 gebogene Lasche 11b als Einformung in der Ausformung 11a realisiert. Beim Einstecken des Steckerstifts 14 presst sich unter Ausbildung eines Kraftschlusses die als La- sehe ausgebildete Einformung 11b der Platte 11 gegen die Oberfläche des Steckerstifts 14 und verhindert so ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung.

Sowohl das fünfte Ausführungsbeispiel der Figur 14 als auch das sechste Aus führungsbeispiel der Figur 15 zeigen reversible Sicherungsmechanismen für eine Aufnahme-Steckerstift-Verbindung. Das heißt, dass bei den Beispielen der Figuren 14 und 15 die Aufnahme-Steckerstift -Verbindung auch wieder kontrolliert gelöst werden kann, um beispielsweise die Separatorplatte umzukontaktieren.

Figur 16 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer dritten Anordnung von Steckerstiften, er zeigt dabei einen Querschnitt durch eine Vielzahl von Aufnahmen 13, die wie in Fig. 15 nur durch Ausformungen 11a in der Platte 11 realisiert sind, die Schnittebene liegt dabei in einer Ebene, die nicht durch die Einformung 11b reicht. Wie in Figur 12 ist jeweils ein Steckerstift 14 in je eine Aufnahme 13 einer Separatorplatte 10 eingesteckt. Dabei sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet.

Figur 17 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Systems mit einer vierten Anordnung von Steckerstiften. Wiederum ist eine Ausführungsform der zweiten Variante von Aufnahme- Steckerstift-Verbindungen dargestellt, wobei die Darstellung gegenüber den vorhergehenden durch Weglassen der Membran 6 bzw. ihres Randbereiches vereinfacht ist. Wie in Figur 16 verläuft die Schnittebene so, dass sie die Einformung 11b nicht schneidet. Auch hier sind die Aufnahmen 13 nur durch Ausformungen 11b in der ersten Platte gebildet, die zweite Platte 12 weist keine Ausformungen auf. Die Ausformungen 11b sind jedoch so hoch, dass die zweite Platte 12 Ausnehmungen 19 aufweist, durch die die Ausformungen 11b hindurchreichen. Sie können somit beispielsweise höher sein als die Höhe der Dichtelemente im verpressten Zustand. Dies ermöglicht mehr Gestaltungs freiheit beim Design der Separatorplatte. Im gezeigten Ausschnitt sind die Steckerstifte 14 in der Stapelrichtung lb versetzt zueinander angeordnet, be legen dabei aber nur die mittleren beiden der dargestellten parallel zur Sta pelrichtung lb verlaufenden Reihen von Aufnahmen 13. Während in Figur 17 um jede der Aufnahmen 13 eine Schweißverbindungen 23a zumindest abschnittsweise umläuft, sind in Figur 16 nur die Aufnahmen 13 mit einer Schweißverbindung umgeben, die tatsächlich einen Steckerstift aufgenommen hat. Während die ersterwähnte Lösung der Figur 17 auf einer Herstellung des elektrochemischen Systems mit möglichst vielen Gleichteilen basiert, kann im letztgenannten Fall der Figur 16 die Herstellungszeit einer einzelnen Platte reduziert werden.

Figur 18 stellt die Höhen- und Abstandsverhältnisse in einer erfindungsgemä- ßen Separatorplatte 10 dar. Die Höhe h _Si einer Sicke 17b ist sowohl im darge stellten unverpressten Zustand als auch im verpressten Zustand der Sicke grö ßer als die Höhe h _Ai der Ausformung 11b, hier um etwa ein Drittel. Gleiches gilt für die Summe der Höhen der Sicken 17a, 17b der Separatorplatte 10 rela tiv zur Gesamthöhe h _A der Aufnahme 13. Der Abstand D _A-S zwischen der Auf- nähme 13 und der Sicke 11b beträgt mindestens 50% der Fußbreite B _s der

Sicke 17b, hier ungefähr 150%.