Titel

Bipolarplate mit Dichtungsvorrichtung, Brennstoffzelle mit Bipolarplate und

Verfahren zum abdichtenden Abdecken

Stand der Technik

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt werden.

Die Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff sowie eine Kühlflüssigkeit werden über eine Kanalstruktur der Brennstoffzelle in einen aktiven Reaktionsbereich der Brennstoffzelle geleitet. Durch Gasdiffusionslagen diffundieren die Gase in die Katalysatorschicht, in der die elektrochemischen Reaktionen der Brennstoffzelle ablaufen. Die Bipolarplaten einer Brennstoffzelle bestehen zumeist aus zwei geprägten Blechen. Die Kanalstrukturen in den Blechen der Bipolarplatten bilden jeweils Kompartments für die drei Medien Wasserstoff, Luft und Kühlmitel. Das Kühlmittel fließt zumeist zwischen den beiden Blechen der Bipolarplatten. Um die Kühlmittelkanäle gegenüber der Umgebung abzudichten werden im Stand der Technik zumeist Kunststoffdichtungen, wie Elastomer- oder Duroplastdichtungen, oder Abdichtungen mittels Schweißnähten, wie bspw. mit Laserschweißen, gewählt. Bipolarplatte weisen zumeist eine Beschichtung für eine Minimierung des Kontaktwiderstands und für einen Korrosionsschutz auf. Die Beschichtung der Bipolarplaten wird in aller Regel aufgebracht, bevor die beiden Platen hälften miteinander verschweißt werden. Diese Reihenfolge ergibt sich zum einen daraus, dass ein sog. Pre-Coating, bei dem die Beschichtung bereits vor dem Prägen auf das Rohmaterial der Bipolarplaten, bspw. in Form einer Stahl- Rolle aufgebracht wird, im Vergleich zum Post-Coating der fertigen geprägten Bipolarplate zumeist kostengünstiger ist. Zum anderen würde ein Schweißen vorab und ein anschließendes Beschichten der Bipolarplatten bedeuten, dass die beiden sich berührenden, innenliegenden Flächen der beiden Bipolarplatten- Bleche nicht mehr beschichtet werden können, da der Zugang aufgrund der Verschweißung verhindert ist. Ein Verschweißen der Bipolarplatten-Bleche geht mit Wärme und/oder Hitzeeintrag einher. Dadurch können die bereits aufgebrachte Beschichtung und damit der Korrosionsschutz nachteilig lokal zerstört werden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte wenigstens eine Dichtungsvorrichtung aufweist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle mit wenigstens einer Membran- Elektroden- Einheit, wenigstens einer Gasdiffusionslage und wenigstens einer Bipolarplatte. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum abdichtenden Abdecken einer stoffschlüssigen Verbindung von der ersten Bipolarplattenhälfte mit der zweiten Bipolarplattenhälfte der Bipolarplatte. Die Bipolarplatte ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgestaltet. Die Brennstoffzelle ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 ausgestaltet. Das Verfahren ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ausgestaltet. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte eine erste Bipolarplattenhälfte und eine zweite Bipolarplattenhälfte aufweist, wobei die Bipolarplatte wenigstens einen Fluidkanal zur Führung von mindestens einem Fluid aufweist und wobei die erste Bipolarplattenhälfte mit der zweiten Bipolarplattenhälfte wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung aufweist, wobei die Bipolarplatte mindestens eine Dichtungsvorrichtung umfasst und die mindestens eine Dichtungsvorrichtung die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung abdichtend abdeckt. Die Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle ist bevorzugt für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug und/oder zu dem Antrieb des Kraftfahrzeugs ausgestaltet. Eine stoffschlüssige Verbindung kann im Rahmen der Erfindung bspw. ein Schweißpunkt, eine Schweißnaht und/oder eine andere stoffschlüssige und/oder monolithische Verbindung von der ersten Bipolarplattenhälfte und der zweiten Bipolarplattenhälfte sein. Die stoffschlüssige Verbindung ist in der erfindungsgemäßen Bipolarplatte bzw. in der Brennstoffzelle zumindest tlw. einer korrosionsanfälligen, anderweitig chemisch aggressiven und/oder materialzersetzenden Umgebung ausgesetzt und/oder mit dieser in Kontakt. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte weist zumindest abschnittsweise eine Beschichtung, insbesondere gegen Korrosion, auf. Durch die Erstellung der stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere der Schweißverbindung, wird eine lokale Zerstörung der Beschichtung der beiden Bipolarplattenhälften erzeugt. Die nicht mehr beschichteten Stellen weisen ein Korrosionsrisiko auf. Zudem ermöglicht eine Beschädigung in der Beschichtung, dass die Beschichtung an der Fehlstelle unterwandert wird. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass auch größere Beschichtungsbereiche angrenzend an die Schweißnaht und/oder den Schweißpunkt abplatzen. Somit ist nicht nur die relativ kleine Fläche einer Schweißnaht und/oder eines Schweißpunkts, sondern auch das angrenzende Gebiete von Korrosion bedroht. Durch ein abdichtendes Abdecken der stoffschlüssigen Verbindung durch die wenigstens eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung wird dies verhindert oder zumindest vorteilhaft beeinflusst. Erfindungsgemäß ist eine abdichtende Abdeckung der stoffschlüssigen Verbindung durch die wenigstens eine Dichtungsvorrichtung eine abdichtende Abdeckung jeweils der rückseitigen Stellen der stoffschlüssigen Verbindung an der ersten Bipolarplattenhälfte und/oder an der zweiten Bipolarplattenhälfte. Eine Vorderseite und eine Rückseite der Bipolarplattenhälften sind dabei derart definiert, dass die Vorderseiten der Bipolarplatten für die stoffschlüssige Verbindung kontaktierend miteinander angeordnet sind und die Rückseiten der Bipolarplattenhälften jeweils die gegenüberliegende Seite und/oder Oberfläche der Bipolarplattenhälften darstellen.

Die Dichtungsvorrichtung kann bevorzugt mit der Bipolarplatte verklemmt und/oder über die Flächenpressung der gesamten Brennstoffzelle angeordnet und befestigt werden. Die wenigstens eine Dichtungsvorrichtung kann als Elastomerdichtung ausgeführt sein und/oder aus anderen Polymeren oder Polymer-Verbundstoffen aufgebaut sein, wie z.B. Gummi, EPDM, Silikon, FKM. Bevorzugt ist die mindestens eine Dichtungsvorrichtung zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig in einem Fluidkanal der Bipolarplatte für Wasserstoff und/oder Sauerstoff angeordnet. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemäße Bipolarplatte ist besonders vorteilhaft, da durch die mindestens eine Dichtungsvorrichtung die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung abdichtend abdeckt wird und somit ein Schutz der Verbindungsstellen, insbesondere der Rückseiten der Verbindungsstellen, der Bipolarplattenhälften gegen Korrosions- und/oder Umwelteinflüsse mit kostengünstigen und einfachen Mitteln ermöglicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung wenigstens zwei Dichtungshälften umfasst, insbesondere wobei jeweils eine der wenigstens zwei Dichtungshälften auf einer von wenigstens zwei Seiten der Bipolarplatte angeordnet ist. Die wenigstens zwei Dichtungshälften können gemeinsam, stoffschlüssig oder separat ausgestaltet sein. Bevorzugt sind die zwei Dichtungshälften auf gegenüberliegenden Seiten, insbesondere auf den Rückseiten der stoffschlüssigen Verbindung, von den zwei Bipolarplatten angeordnet. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ermöglicht eine vorteilhafte, abdichtende Abdeckung der stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere der Schweißnaht, auf beiden Seiten. Somit wird bevorzugt der gesamte Bereich oder im Wesentlichen der gesamte Bereich der durch die stoffschlüssige Verbindung beschädigten Beschichtung von der mindestens einen Dichtungsvorrichtung abdichtend abgedeckt und somit vorteilhaft gegen Korrosion geschützt. Besonders vorteilhaft ist jeweils eine Dichtungshälfte an einer Bipolarplattenhälfte angeordnet. Die Formulierung „X oder im Wesentlichen X“ soll im Rahmen der Erfindung als mögliche, geringe Abweichung, bspw. aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder Materialeigenschaften verstanden werden, ohne die zugrundeliegende, beabsichtigte Funktion des Merkmals zu verändern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung additiv auf die Bipolarplatte aufgetragen und/oder mit der Bipolarplatte verklebt ist. Ein additives Aufträgen und/oder ein Verkleben der mindestens einen Dichtungsvorrichtung mit der Bipolarplatte ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, da mit einfachen Mitteln und kostengünstig eine erfindungsgemäße abdichtende Abdeckung ermöglicht wird. Ein additives Aufträgen und/oder ein Verkleben stellt eine bauraumoptimierte Befestigung der Dichtungsvorrichtung an der Bipolarplatte dar. Die Bipolarplatte kann für einen verbesserten Halt der Dichtungsvorrichtung an der Bipolarplatte vorbehandelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtungsvorrichtung auch mit Befestigungsmitteln an der Bipolarplatte angeordnet und befestigt sein. Ebenfalls kann die Bipolarplatte Mittel zur Ausrichtung der Dichtungsvorrichtung an der Bipolarplatte aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung auf zwei Seiten, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten, der Bipolarplatte abdichtend abdeckt. Bevorzugt kann die Dichtungsvorrichtung in einem Randbereich der Bipolarplatte seitlich umgreifen und somit kann lediglich eine Dichtungsvorrichtung stoffschlüssig die Verbindung auf zwei Seiten, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten, der Bipolarplatte abdichtend abdecken. Eine derart ausgestaltete Dichtungsvorrichtung kann bspw. durch Umspritzen oder als ein U-Profil ausgestaltet sein und seitlich auf der Bipolarplatte aufgesteckt angeordnet werden. Diese bevorzugte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung ermöglicht neben der abdichtenden Abdeckung der stoffschlüssigen Verbindung der ersten Bipolarplattenhälfte mit der zweiten Bipolarplattenhälfte bspw. eine Klemmung der Dichtungsvorrichtung an der Bipolarplatte und/oder ferner eine seitliche Dämpfung, Abdichtung und/oder Ausrichtung der Bipolarplatte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung eine Höhe aufweist und die erste Bipolarplattenhälfte und die zweite Bipolarplattenhälfte jeweils eine Höhe aufweisen, wobei die Höhe der mindestens einen Dichtungsvorrichtung der Höhe der erste Bipolarplattenhälfte und/oder der zweiten Bipolarplattenhälfte entspricht. Die Höhe der mindestens einen Dichtungsvorrichtung kann dabei die Höhe im komprimierten Zustand und/oder die Höhe im unkomprimierten Zustand durch die Flächenpressung der Brennstoffzelle umfassen. Zusätzlich ist es möglich und denkbar, dass die Höhe der wenigstens einen Dichtungsvorrichtung einen Dickenunterschied der Membran-Elektroden-Einheit und/oder wenigstens einer Gasdiffusionslage im Vergleich zu einer Randverstärkung im Bereich der Membran-Elektroden-Einheit, an und/oder auf der die wenigstens eine Dichtungsvorrichtung angeordnet ist, ausgleicht. Wie zuvor beschrieben ist die mindestens eine Dichtungsvorrichtung in einem Fluidkanal der Bipolarplatte für Wasserstoff und/oder Sauerstoff angeordnet. Die Höhe der Fluidkanäle in den Bipolarplatten entspricht dabei zumeist der Höhe der ersten Bipolarplattenhälfte und/oder der zweiten Bipolarplattenhälfte. Die konstruktive Ausgestaltung der Dichtungsvorrichtung kann über die gesamte Höhe oder im Wesentlichen die gesamte Höhe des Kanals ausgeführt sein. Es sind jedoch ebenfalls stoffschlüssige Verbindungen an Positionen der Bipolarplatte denkbar und möglich, an denen keine Dichtungsvorrichtung über die gesamte Höhe oder im Wesentlichen die gesamte Höhe der ersten Bipolarplattenhälfte und/oder der zweiten Bipolarplattenhälfte vorteilhaft sind, weil die Dichtungsvorrichtung an besagter Stelle bspw. negativ für ein Strömungsverhalten von einem Fluid ist. Alternativ oder zusätzlich zu der Ausgestaltung der wenigstens einen Dichtungsvorrichtung über die gesamte Höhe oder im Wesentlichen die gesamte Höhe des Kanals, kann die wenigstens eine Dichtungsvorrichtung lediglich als dünne Beschichtung die stoffschlüssige Verbindung abdichtend abdecken. Insbesondere im Bereich der Zufluss- und Abflussvorrichtungen einer Brennstoffzelle, die zumeist als Ports ausgeführt sind, kann eine derartig ausgestaltete Dichtungsvorrichtung vorteilhaft eine Fluidströmung ermöglichen und/oder verbessern. Beispielhaft ist um einen Wasserstoff- Port eine Schweißnaht angeordnet, um den Zufluss von Wasserstoff in die Kühlmittelkanalstruktur zu vermeiden. Der Zufluss in die Wasserstoffkanalstruktur der Brennstoffzelle und/oder der Bipolarplatte ist dahingegen fluidkommunizierend ausgestaltet und sollte vorteilhaft nicht mit einer Dichtungsvorrichtung verschlossen und/oder tlw. blockiert sein, sodass Wasserstoff ungehindert in die Wasserstoffkanalstruktur einströmen kann. Um eine Korrosion an der Schweißnaht auch an diesen Stellen zu verhindern oder zumindest vorteilhaft zu beeinflussen, ist in diesem Port-Bereich eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung als dünne Kunststoffbeschichtung aufgebracht. Die Kunststoffbeschichtung ist somit deutlich dünner und/oder weist eine geringere Höhe als die erste Bipolarplattenhälfte und/oder die zweite Bipolarplattenhälfte auf. So kann bspw. Wasserstoff über die dünne Dichtungsvorrichtung herüber in die Brennstoffzelle einströmen, die Korrosionsschutzwirkung ist aber dennoch gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung in dem wenigstens einen Fluidkanal und/oder einer Dichtungsnut, insbesondere in und/oder an der ersten Bipolarplattenhälfte und/oder der zweiten Bipolarplattenhälfte, angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist es besonders vorteilhaft, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung, insbesondere bevorzugt vollständig, in einem Fluidkanal der Bipolarplatte für Wasserstoff und/oder Sauerstoff angeordnet ist. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemäße Bipolarplatte ist besonders vorteilhaft, da durch die mindestens eine Dichtungsvorrichtung in dem wenigstens einen Fluidkanal die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung abdichtend abdeckt wird und somit ein Schutz der Verbindungsstellen, insbesondere der Rückseiten der Verbindungsstellen, der Bipolarplattenhälften gegen Korrosions- und/oder Umwelteinflüsse mit kostengünstigen und einfachen Mitteln ermöglicht wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Dichtungsvorrichtung zwischen der ersten Bipolarplattenhälfte und der zweiten Bipolarplattenhälfte angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungsvorrichtung eine Breite aufweist und die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung eine Breite aufweist, wobei die Breite der Dichtungsvorrichtung wenigstens 500% der Breite der stoffschlüssigen Verbindungentspricht, insbesondere wobei die Dichtungsvorrichtung 3 bis 5mm breit ausgestaltet ist. Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn die Breite der Dichtungsvorrichtung wenigstens um einen Faktor 10, 20, 30 oder 50 größer ist, als die Breite der stoffschlüssigen Verbindung entspricht. Die Breite der stoffschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise als Breite einer Schweißnaht zur stoffschlüssigen Verbindung der ersten und zweiten Bipolarplattenhälfte zu verstehen. Wie zuvor beschrieben ermöglicht eine Beschädigung in der Beschichtung der Bipolarplattenhälften, dass die Beschichtung an der Fehlstelle unterwandert wird. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass auch größere Beschichtungsbereiche angrenzend an die Schweißnaht und/oder den Schweißpunkt abplatzen. Somit ist nicht nur die relativ kleine Fläche einer Schweißnaht und/oder eines Schweißpunkts, sondern auch das angrenzende Gebiete von Korrosion bedroht. Durch ein abdichtendes Abdecken der stoffschlüssigen Verbindung durch die wenigstens eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung auf einer Breite von 110, 125, 150, 200, 250 oder 300% der Breite der stoffschlüssigen Verbindung wird dies verhindert oder zumindest vorteilhaft beeinflusst.

Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle aufweisend wenigstens eine Membran- Elektroden- Einheit, wenigstens eine Gasdiffusionslage und wenigstens eine Bipolarplatte nach dem ersten Aspekt, wobei die Dichtungsvorrichtung der Bipolarplatte zwischen der wenigstens einen Membran- Elektroden- Einheit, der Gasdiffusionslage und/oder einer Randverstärkung und der wenigstens einen Bipolarplatte angeordnet ist.

Bei der beschriebenen Brennstoffzelle ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemäße Brennstoffzelle ist besonders vorteilhaft, da durch die mindestens eine Dichtungsvorrichtung der Bipolarplatte die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung abdichtend abdeckt wird und somit ein Schutz der Verbindungsstellen, insbesondere der Rückseiten der Verbindungsstellen, der Bipolarplattenhälften gegen Korrosions- und/oder Umwelteinflüsse mit kostengünstigen und einfachen Mitteln ermöglicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist vorgesehen, dass die Dichtungsvorrichtung mit der wenigstens einen Membran-Elektroden-Einheit und/oder der wenigstens einen Bipolarplatte fluidabdichtend verbunden ist. Eine derart ausgestaltete Brennstoffzelle ist besonders vorteilhaft, da mit einfachen Mitteln und kostengünstig eine erfindungsgemäße abdichtende Abdeckung der stoffschlüssigen Verbindung und ferner eine Fluidabdichtung zwischen der Dichtungsvorrichtung und der wenigstens einen Membran-Elektroden-Einheit und/oder der wenigstens einen Bipolarplatte ermöglicht wird. Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum abdichtenden Abdecken einer stoffschlüssigen Verbindung von der ersten Bipolarplattenhälfte mit der zweite Bipolarplattenhälfte der Bipolarplatte nach dem ersten Aspekt für die Brennstoffzelle nach dem zweiten Aspekt, aufweisend die folgenden Schritte:

Anordnen der ersten Bipolarplattenhälfte an der zweite Bipolarplattenhälfte, stoffschlüssiges Verbinden der ersten Bipolarplattenhälfte mit der zweite Bipolarplattenhälfte, abdichtendes Abdecken der stoffschlüssigen Verbindung mit mindestens einer Dichtungsvorrichtung.

Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Die erste Bipolarplattenhälfte und die zweite Bipolarplattenhälfte werden bevorzugt mit ihren Vorderseiten kontaktierend aneinander angeordnet. Zumeist wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bipolarplattenhälften durch Wärmeeintrag über die Rückseiten der Bipolarplattenhälften ermöglicht. Insbesondere an den besagten Rückseiten ergeben sich folglich auch die relevanten Beschädigungen an der Beschichtung der Bipolarplattenhälften bzw. die Rückseiten der Bipolarplattenhälften sind aufgrund der Kontaktierung mit korrosiven Fluiden besonders gefährdet. Wohingegen die Vorderseiten der Bipolarplatten zumeist direkt miteinander kontaktierend angeordnet sind. Die Stellen der Beschädigungen der Beschichtung sind im Betrieb der Brennstoffzelle und/oder der Bipolarplatte gegen bspw. Korrosion anfällig. Die erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtungen werden für einen Korrosionsschutz der besagten Stellen abdichtend und abdeckend, insbesondere an den Rückseiten der Bipolarplattenhälften, an der stoffschlüssigen Verbindung angeordnet und ermöglichen somit vorteilhaft einen Korrosionsschutz der Bipolarplattenhälften und/oder der stoffschlüssigen Verbindung.

Eine erfindungsgemäße Bipolarplatte, eine Brennstoffzelle sowie ein Verfahren werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Figur 1 in einer Seitenansicht eine Brennstoffzelle mit mehreren

Bipolarplatten und einer Vielzahl an Dichtungsvorrichtungen an den stoffschlüssigen Verbindungen der Bipolarplattenhälften,

Figur 2 in einer Seitenansicht eine weitere Brennstoffzelle mit mehreren

Bipolarplatten und einer Vielzahl an Dichtungsvorrichtungen an den stoffschlüssigen Verbindungen der Bipolarplattenhälften, und

Figur 3 in einem Flussdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist in einer Seitenansicht eine Brennstoffzelle 10 mit mehreren Bipolarplatten 30 und einer Vielzahl an Dichtungsvorrichtungen 50 an den stoffschlüssigen Verbindungen 40 der Bipolarplattenhälften 32, 34 gezeigt. Die Brennstoffzelle 10 ist in Stapelbauweise mit abwechselnden Bipolarplatten 30 und Membran- Elektroden- Einheiten 12 aufgebaut. Die Membran- Elektroden- Einheit 12 kann die Gasdiffusionslagen 14 umfassen und/oder die Gasdiffusionslagen 14 können an die Membran- Elektroden- Einheit 12 direkt angrenzen. Die Bipolarplatten 30 sind aus einer ersten Bipolarplattenhälfte 32 und einer zweiten Bipolarplattenhälfte 34 ausgestaltet. Die Bipolarplattenhälften 32, 34 sind an einer Vorderseite kontaktierend aneinander angeordnet und mittels stoffschlüssiger Verbindungen 40 miteinander verbunden. An den Verbindungsstellen, insbesondere auf den Verbindungsstellen an der Rückseite der Bipolarplattenhälften 32, 34 ist durch den Wärmeeintrag der stoffschlüssigen Verbindung 40 die Beschichtung der Bipolarplattenhälften 32, 34 beschädigt und somit das Material der Bipolarplattenhälften 32, 34 korrosionsgefährdet. Derart ausgestaltet bildet die Bipolarplatte 30 Fluidkanalstrukturen für beispielhaft drei Fluide Fl, F2, F3 einer Brennstoffzelle 10. Beispielhaft ist zwischen zwei stoffschlüssigen Verbindungen 40 eine Kanalstruktur für die Durchströmung mit Kühlflüssigkeit F3 ausgestaltet. An die stoffschlüssigen Verbindungen 40 jeweils oben und unten angrenzend sind Kanalstrukturen für Wasserstoff Fl und Sauerstoff F2 ausgestaltet. Die Kanalstrukturen für Wasserstoff Fl und Sauerstoff F2 sind fluiddurchlässig zu den Membran- Elektroden- Einheiten 12 und/oder Gasdiffusionslagen 14 ausgestaltet. Um die stoffschlüssigen Verbindungen 40 gegen Umwelteinflüsse in der Brennstoffzelle 10 und insbesondere gegen Korrosion zu schützen sind auf und/oder an den stoffschlüssigen Verbindungen 40 jeweils wenigstens eine Dichtungsvorrichtung 50 angeordnet. In Fig. 1 sind jeweils oben und unten an den stoffschlüssigen Verbindungen 40 eine Dichtungshälfte 52 einer Dichtungsvorrichtung 50 angeordnet. In der linken Kanalstruktur ist die Dichtungsvorrichtung 50 mit einer Höhe Hl ausgestaltet die wesentlich geringer ist als die Höhe H2 der Kanalstruktur und der ersten Bipolarplattenhälfte 32 oder der zweiten Bipolarplattenhälfte 34. Somit werden die erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtungen 50 für einen Korrosionsschutz der besagten Stellen der stoffschlüssigen Verbindungen 40 abdichtend und abdeckend, insbesondere an den Rückseiten der Bipolarplattenhälften 32, 34, an der stoffschlüssigen Verbindung 40 angeordnet und ermöglichen somit vorteilhaft einen Korrosionsschutz der Bipolarplattenhälften 32, 34 und/oder der stoffschlüssigen Verbindung 40. Gleichzeitig bleibt eine Umströmung der Dichtungsvorrichtungen 50 durch die geringe Höhe Hl der Dichtungsvorrichtungen 50 jedoch weiterhin möglich. Im mittleren Bereich der in Fig. 1 gezeigten Brennstoffzelle 10 ist die Dichtungsvorrichtung 50 mit einer Höhe Hl ausgestaltet, die der Höhe H2 der Kanalstruktur und der ersten Bipolarplattenhälfte 32 und/oder der zweiten Bipolarplattenhälfte 34 entspricht oder im Wesentlichen entspricht. Die Dichtungsvorrichtungen 50 können mit den jeweiligen Bipolarplatten 30 und/oder der Brennstoffzelle 10 verklebt, verklemmt und/oder anderweitig befestigt sein. Wie zuvor beschrieben ermöglicht eine Beschädigung in der Beschichtung der Bipolarplattenhälften 32, 34, dass die Beschichtung an der Fehlstelle unterwandert wird. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass auch größere Beschichtungsbereiche angrenzend an die Schweißnaht 40 und/oder den Schweißpunkt 40 abplatzen. Somit ist nicht nur die relativ kleine Fläche einer Schweißnaht 40 und/oder eines Schweißpunkts 40, sondern auch das angrenzende Gebiet von Korrosion bedroht. Durch ein abdichtendes Abdecken der stoffschlüssigen Verbindung 40 durch die wenigstens eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung 50 auf einer Breite Bl von 110, 125, 150, 200, 250 oder 300% der Breite B2 der stoffschlüssigen Verbindung 40 wird dies verhindert oder zumindest vorteilhaft beeinflusst. Eine derart ausgestaltete erfindungsgemäße Bipolarplatte 30 sowie die erfindungsgemäße Brennstoffzelle 10 ist besonders vorteilhaft, da durch die mindestens eine Dichtungsvorrichtung 50 die wenigstens eine stoffschlüssige Verbindung 40 abdichtend abdeckt wird und somit ein Schutz der Verbindungsstellen, insbesondere der Rückseiten der Verbindungsstellen, der Bipolarplattenhälften 32, 34 gegen Korrosions- und/oder Umwelteinflüsse mit kostengünstigen und einfachen Mitteln ermöglicht wird.

In Fig. 2 ist in einer Seitenansicht eine weitere Brennstoffzelle 10 mit mehreren Bipolarplatten 30 und einer Vielzahl an Dichtungsvorrichtungen 50 an den stoffschlüssigen Verbindungen 40 der Bipolarplattenhälften 32, 34 gezeigt. Über die Ausführungen zu der Brennstoffzelle 10 in Fig. 1 hinaus, zeigt die Brennstoffzelle 10 in Fig. 2, dass die linken gezeigten Dichtungsvorrichtungen 50 die jeweiligen stoffschlüssigen Verbindungen 40 auf zwei Seiten, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten, der Bipolarplatte 30 abdichtend abdeckt. Die linken Dichtungsvorrichtungen 50 umgreifen die Bipolarplatten 30 seitlich in einem Randbereich der Bipolarplatten 30. Somit ermöglicht lediglich eine stoffschlüssige Dichtungsvorrichtung 50 die stoffschlüssige Verbindung 40 auf zwei Seiten, insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten, der Bipolarplatte 30 abdichtend abzudecken. Eine derart ausgestaltete Dichtungsvorrichtung 50 ist bspw. als ein U-Profil ausgestaltet und seitlich auf der Bipolarplatte 30 aufgesteckt angeordnet werden. Diese bevorzugte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung 50 ermöglicht neben der abdichtenden Abdeckung der stoffschlüssigen Verbindung 40 der ersten Bipolarplattenhälfte 32 mit der zweiten Bipolarplattenhälfte 34 bspw. eine Klemmung der Dichtungsvorrichtung 50 an der Bipolarplatte 30 und/oder ferner eine seitliche Dämpfung, Abdichtung und/oder Ausrichtung der Bipolarplatte 30.

In Fig. 3 ist in einem Flussdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren 200 zum abdichtenden Abdecken einer stoffschlüssigen Verbindung 40 von der ersten Bipolarplattenhälfte 32 mit der zweite Bipolarplattenhälfte 34 der Bipolarplatte 30 nach dem ersten Aspekt für die Brennstoffzelle 10 nach dem zweiten Aspekt gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt 202 wird die erste Bipolarplattenhälfte an der zweite Bipolarplattenhälfte angeordnet. In einem zweiten Verfahrensschritt 204 wird die erste Bipolarplattenhälfte mit der zweite Bipolarplattenhälfte stoffschlüssig verbunden und somit die stoffschlüssige Verbindung 40 erzeugt. In einem dritten Verfahrensschritt 206 wird die stoffschlüssigen Verbindung 40 mit durch mindestens einer Dichtungsvorrichtung 50 abdichtend abgedeckt.