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Title:
SEPARATOR PLATE HAVING SPACER ELEMENT AND FUEL CELL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/145853
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a separator plate (100) for at least one fuel cell of a fuel cell system. The separator plate (100) comprises at least one seal (120), wherein the seal (120) is designed to seal at least one media-conducting inner region (200) from a non-media-conducting outer region (132 and 134). The separator plate (100) additionally comprises at least one spacer element (140), which is preferably arranged in the outer region (132). The separator plate (100) can be contacted by an evaluating device in a contacting region (110), this region being located such that it lies, in part, between the seal (120) and spacer element (140). According to the invention, a deformation of the separator plate in the contacting region within a fuel cell stack is thus prevented.

Inventors:
HAASE STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/050688
Publication Date:
August 16, 2018
Filing Date:
January 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
H01M8/0276; H01M8/0247; H01M8/0297; H01M8/0206; H01M8/04537; H01M8/1018
Foreign References:
US20120270136A12012-10-25
JP2008140722A2008-06-19
US20100047650A12010-02-25
US20100221637A12010-09-02
JP2002313399A2002-10-25
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1 . Separatorplatte (100) für mindestens eine Brennstoffzelle eines

Brennstoffzellensystems; umfassend:

- mindestens eine Dichtung (120, 1201 , 1202), wobei die Dichtung (120, 1201 , 1202) ausgebildet ist, mindestens einen

medienführenden Innenbereich (200) gegenüber einen nicht medienführenden Außenbereich (132) abzudichten; und

- mindestens ein Distanzelement (140, 1401 , 1402), das im

Außenbereich (132) angeordnet ist.

2. Separatorplatte (100) nach Anspruch 1 , ferner umfassend mindestens einen Kontaktierungsbereich (1 10) zum Anschluss von einer

Auswerteeinrichtung, wobei der Kontaktierungsbereich (1 10) in denselben Außenbereich (132) angeordnet ist wie das

Distanzelement (140, 1401 , 1402).

3. Separatorplatte (100) nach Anspruch 2, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) unmittelbar benachbart zum Kontaktierungsbereich (1 10) angeordnet ist

4. Separatorplatte (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der

Kontaktierungsbereich (1 10) zumindest bereichsweise zwischen dem Distanzelement (140, 1401 , 1402) und der Dichtung (120, 1201 , 1202) angeordnet ist.

5. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, wobei die Dichtung (120, 1201 , 1202) und das Distanzelement (140, 1401 , 1402) eingerichtet sind, zumindest bereichsweise drei Seiten des Kontaktierungsbereich (1 10) zu beabstanden und/oder zu positionieren.

6. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Seite des Kontaktierungsbereichs (1 10) vom äußeren Rand (R) der Separatorplatte (100) ausgebildet wird.

7. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) unmittelbar benachbart zu einer Positionierausnehmung (152) angeordnet ist.

8. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) ein Länge-zu-Breite- Verhältnis von mindestens 2 oder mindestens 3 oder mindestens 5 oder mindestens 10 aufweist, und

das Distanzelement (140) nicht als endlose Rahmendichtung ausgebildet ist.

9. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) mindestens zwei Längsenden (146) und mindestens zwei Seitenflanken (142) aufweist;

- wobei die Seitenflanken (142) steiler angeordnet sind als die

Flanken der Längsenden (146); und/oder

- wobei der Übergang vom Auflagebereich (144) zu den

Längsenden (146) weniger abrupt erfolgt als zu den Seitenflanken (142).

10. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Auflagebereich (144) in Längsrichtung (X) kontinuierlich übergeht in einen Nichtauflagebereich (145).

1 1 . Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Distanzelement (1401 ) auf einer Vorderseite (V) der Separatorplatte (100) und mindestens ein Distanzelement (1402) auf einer Rückseite (R) derselben Separatorplatte (100) vorgesehen sind, die ein Distanzelementenpaar (1401 , 1402) ausbilden.

12. Separatorplatte (100) nach Anspruch 1 1 , wobei die Distanzelemente (1401 ,1402) des Distanzelementenpaares (1401 , 1402), im

Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit aufweisen.

13. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) so gestaltet ist, dass das Distanzelement (140, 1401 , 1402) zumindest in einem Auflagebereich (144) vom Distanzelement (140, 1401 , 1402) im Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit aufweist wie der benachbart zum

Distanzelement (140, 1401 , 1402) angeordnete Bereich der Dichtung (120, 1201 , 1202).

14. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Distanzelement (140, 1401 , 1402) so gestaltet ist, dass das Distanzelement (140, 1401 , 1402) zumindest im Auflagebereich (144) im Wesentlichen gleich weit von der Oberfläche (O, 01 , 02) der Separatorplatte (100) absteht wie der benachbart zum Distanzelement (140, 1401 , 1402) angeordnete Bereich der Dichtung (120, 1201 , 1202).

15. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest im Auflagebereich (144) das Distanzelement (140, 1401 , 1402) eine Querschnittskontur aufweist, die im Wesentlichen der Querschnittskontur von dem Bereich der Dichtung (120, 1201 , 1202) entspricht, der benachbart zum Distanzelement (140, 1401 , 1402) angeordnet ist.

16. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dichtung (120, 1201 , 1202) und das Distanzelement (140, 1401 , 1402) in den mit Bezug auf die Oberfläche (O, 01 , 02) der

Separatorplatte (100) erhabenen Bereichen zumindest teilweise aus demselben Material ausgebildet sind.

17. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kontaktierungsbereich (1 10) flächig ausgebildet ist.

18. Separatorplatte (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kontaktierungsbereich (1 10) noch eine versteifende Falz oder Rippe (1 12) aufweist.

Description:
Separatorplatte mit Distanzelement sowie Brennstoffzellensystem

Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Separatorplatte für mindestens eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems. Ferner umfasst die hier offenbarte Technologie ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer solchen Separatorplatte.

Brennstoffzellensysteme als solche sind bekannt. Sie umfassen i.d.R.

mehrere hundert Separatorplatten, die jeweils über einen Kontaktbereich mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden werden. Bei vorbekannten

Lösungen besteht die Gefahr, dass beim Stapeln der Brennstoffzellen die Kontaktbereiche der Separatorplatten ungewollt verbogen werden. Dies könnte dazu führen, dass die Separatorplatten eventuell nicht oder nicht vollständig kontaktiert werden.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie,

zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, den elektrischen Kontakt zwischen einer Separatorplatte und einer Auswerteeinrichtung zu verbessern, bevorzugt mit vergleichsweise geringem Aufwand und/oder bevorzugt mit vergleichsweise geringem Einfluss auf die Größe und/oder die Herstellungskosten des Brennstoffzellensystems. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den

Gegenstand des Patentanspruchs. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist

beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine

Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nation®, Flemion® und Aciplex®.

Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen

Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem

Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.

Die Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems umfassen i.d.R. zwei Separatorplatten. Der ionenselektive Separator einer Brennstoffzelle ist i.d.R. jeweils zwischen zwei Separatorplatten angeordnet. Die eine Separatorplatte bildet zusammen mit dem ionenselektiven Separator die Anode aus. Die auf der gegenüberliegenden Seite des ionenselektiven Separators angeordnete weitere Separatorplatte bildet indes zusammen mit dem inonenselektiven Separator die Kathode aus. In den Separatorplatten sind bevorzugt

Gaskanäle für Brennstoff bzw. für Oxidationsmittel vorgesehen.

Die Separatorplatten können als Monopolarplatten und/oder als

Bipolarplatten ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist eine

Separatorplatte zweckmäßig zwei Seiten auf, wobei die eine Seite

zusammen mit einem ionenselektiven Separator eine Anode ausbildet und die zweite Seite zusammen mit einem weiteren ionenselektiven Separator einer benachbarten Brennstoffzelle eine Kathode.

Zwischen den ionenselektiven Separatoren und den Separatorplatten sind i.d.R. noch sogenannte Gasdiffusionsschichten bzw. Gasdiffusionslagen (GDL) vorgesehen.

Ein Brennstoffzellenstapel umfasst solche Separatorplatten und Elektrode- Membran-Einheiten (auch MEAs genannt). Die Separatorplatten werden meist aus Metall oder Graphit hergestellt. Bei den metallischen Bipolarplatten umfassen diese i.d.R. mindestens zwei Einzelplatten, die umgeformt werden und dann aufeinander gelegt, verklebt und/oder verschweißt werden. Die Dichtung bzw. Dichtungsgeometrie (nachstehend vereinfachend:„Dichtung") dichtet die Fluidlagen gegeneinander und nach außen hin ab. Zudem stellt die Dichtung einen entsprechenden Abstand zwischen den Separatorplatten her. Dieser Abstand wird nicht dargestellt in den Seitenbereichen bzw.

Außenbereichen oder weiteren nicht unterstützten Bereichen, die nicht durch diese Lage unterstützt werden. Diese Seitenbereiche, in denen die Auswerteeinrichtungen angeschlossen werden, neigen dazu, sich zu verbiegen und werden durch die Verpressung des Stacks nicht in Form gebracht. Dadurch kann das Stacking erschwert werden und ggf. das Anstecken des Steckers der Auswerteeinrichtung aufgrund der Verformung der Separatorplatte im Anschlussbereich nicht möglich sein oder zumindest erschwert werden, sofern nicht der Stecker ausgebildet ist, größere Toleranzen abzufangen.

Das Brennstoffzellensystem kann eine Auswerteeinrichtung umfassen.

Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung als Zellüberwachungssystem ausgebildet. Das Zellüberwachungssystem (en. : cell voltage monitoring System bzw. CVM-System) kann ausgebildet sein, den Zustand von mindestens einer Zelle zu überwachen. l.d.R. überwacht es den Zustand von einer Vielzahl an Brennstoffzellen. Überwachen bedeutet in diesem

Zusammenhang, dass das System direkt oder indirekt den Zustand der überwachten Zellen bestimmen kann. Vorteilhaft kann somit eine auftretende Degradation bzw. ein Zellausfall frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Es kann dadurch eventuell die Lebensdauer in einem gewissen Rahmen erhöht werden und/oder durch geeignete Gegenmaßnahmen die Performance der Zellgesamtheit gesteigert werden.

Vorteilhaft kann mindestens eine Messgröße direkt oder indirekt erfasst werden. Die Messgröße kann insbesondere die elektrische Spannung der überwachten Zelle sein. Vorteilhaft werden die Einzelzellspannungen von mehreren bzw. allen Zellen sowie die Gesamtspannung ermittelt. Bevorzugt wird ferner der durch den Brennstoffzellenstack fließende Strom bestimmt. Aus den gemessenen Spannungen kann das CVM-System beispielsweise einen der folgenden Werte bestimmen: Min-, Max- und Mittelwert der Einzelzellspannung. Vorteilhaft können somit Spannungsabweichungen zwischen den Einzelzellen bzw. zu einem Mittelwert der

Einzelzellspannungen erkannt werden. Bevorzugt werden weitere

Einzelzellanalyseverfahren durchgeführt, wie beispielsweise eine

Impedanzberechnung (z.B: elektrochemische Impedanzspektroskopie).

Die Auswerteeinrichtung ist zweckmäßig mit mindestens einer, bevorzugt mit einer Vielzahl oder allen Separatorplatten jeweils elektrisch verbindbar.

Hierzu kann die Separatorplatte mindestens einen elektrischen

Kontaktierungsbereich zum direkten oder indirekten Anschluss der

Auswerteeinrichtung aufweisen. Der Kontaktierungsbereich kann sich von dem Rand R der Separatorplatte weg zum Inneren der Separatorplatte hin erstreckt. In einer anderen Ausgestaltung kann der Kontaktierungsbereich vom Rand R zumindest teilweise nach außen hin abstehen. Der

Kontaktierungsbereich kann beispielsweise an einer Seite oder an beiden Seiten der Separatorplatte ausgebildet sein.

Der Kontaktierungsbereich kann beispielsweise mindestens eine Freifläche auf der Separatorplatte sein. Ein Element eines Anschlusssteckers der Auswerteeinrichtung kann die Separatorplatte direkt kontaktieren. Hierzu kann beispielsweise eine Klemme des Anschlusssteckers eine Freifläche direkt einklemmen. Alternativ oder zusätzlich können noch weitere

Maßnahmen im Kontaktierungsbereich vorgesehen sein. Beispielsweise kann mindestens ein Kontaktstift im Kontaktierungsbereich vorgesehen sein, wobei der Kontaktstift eingerichtet ist, direkt oder indirekt eine elektrische Verbindung mit der Auswerteeinrichtung einzugehen. Es muss also nicht zwingend im Kontaktierungsbereich auch die lösbare elektrische Verbindung zwischen der Auswerteeinrichtung und der Separatorplatte hergestellt werden. Vielmehr ist der Kontaktierungsbereich der Bereich, über den der elektrische Strom zur Auswerteeinrichtung fließt bzw. die elektrische

Spannung für die Auswerteeinrichtung abgegriffen wird.

Vorteilhaft ist der Anschlussstecker ausgebildet, mehrere Separatorplatten jeweils einzeln zu kontaktieren. Hierzu kann der Anschlussstecker eine Vielzahl an elektrischen Anschlusspunkten aufweisen, die jeweils den bzw. die Kontaktbereich (e) der Separatorplatten kontaktiert.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner mindestens eine Dichtung. Die Dichtung kann eine separat aufgebrachte Dichtung oder eine in die Separatorplatte integrierte bzw. durch die Separatorplatte ausgebildete Dichtkontur sein. Bei der hier offenbarten Technologie soll der Begriff „Dichtung" jeweils die separat aufgebrachte Dichtung und die in die

Separatorplatte integrierte bzw. durch die Separatorplatte ausgebildete Dichtkontur mit umfassen. Die Dichtung ist ausgebildet, mindestens einen im montierten Zustand der Separatorplatte bzw. des Brennstoffzellenstapels medienführenden Innenbereich der Separatorplatte gegenüber einem nicht medienführenden Außenbereich der Separatorplatte abzudichten.

Der medienführende Innenbereich kann auch bezeichnet werden als„ein eine Medienversorgung der Brennstoffzelle mit ausbildender Bereich der Separatorplatte" oder als„ein im montierten Zustand der Separatorplatte bzw. des Brennstoffzellenstapels mediendurchströmter Bereich der

Separatorplatte". Nachstehend wird vereinfachend der Begriff „Innenbereich" verwendet. Die Medien sind insbesondere das an der elektrochemischen Reaktion teilnehmende Oxidationsmittel sowie der Brennstoff bzw. das Kühlmittel der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems. Der nicht medienführende Außenbereich der Separatorplatte ist

insbesondere der Bereich, der im montierten Zustand der Separatorplatte bzw. des Brennstoffzellenstapels nicht mit mindestens einem der an der elektrochemischen Reaktion teilnehmenden Medien bzw. mit dem Kühlmittel in Kontakt kommt. Der Außenbereich ist insbesondere der Bereich, der sich zwischen der Dichtung und dem Rand R der Separatorplatte ausbildet.

Bevorzugt umschließt die Dichtung zumindest die aktiven Flächen der Brennstoffzelle sowie die Medienports der Brennstoffzelle. Insbesondere kann die Dichtung auch als Außendichtung bezeichnet werden.

Jeder der Medienports und/oder jeder der Medienkanäle zu den aktiven Flächen bzw. in deren Verteilerstrukturen kann jeweils mindestens eine weitere Dichtung aufweisen, die zweckmäßig ebenfalls von einer

Außendichtung umschlossen werden.

Bevorzugt ist die Dichtung rahmenförmig gestaltet und dichtet die

durchströmten Innenbereich zum Rand R der Separatorplatte hin ab. Mit anderen Worten handelt es sich bevorzugt um eine Dichtung ohne Anfang und Ende, die insbesondere eine geschlossene Rahmenkontur ausbildet.

Die hier offenbarte Separatorplatte umfasst ferner mindestens ein

Distanzelement. Das Distanzelement ist bevorzugt im Außenbereich angeordnet. Der Kontaktierungsbereich ist in denselben Außenbereich angeordnet wie das Distanzelement. Das Distanzelement kann aber auch in einem anderen Außenbereich vorgesehen sein, beispielsweise in einer Vorverteilerstruktur. Das Distanzelement ist eingerichtet, die Separatorplatte zumindest bereichsweise zu einer unmittelbar benachbarten Komponente insbesondere auch im montierten Zustand der Separatorplatte bzw. des Brennstoffzellenstapels zu beabstanden und zu positionieren.

Bevorzugt kann mindestens ein Distanzelement auf einer Vorderseite der Separatorplatte vorgesehen sein. Ferner kann mindestens ein

Distanzelement auf einer Rückseite derselben Separatorplatte vorgesehen sein. Zwei solche Distanzelemente (nachstehend auch als erstes und zweites Distanzelement bezeichnet) bilden ein Distanzelementenpaar aus. Besonders bevorzugt sind die Distanzelemente des Distanzelementenpaares auf der Vorderseite und der Rückseite jeweils an korrespondierenden Stellen der Vorderseite und der Rückseite angeordnet. Insbesondere können die Distanzelemente des Distanzelementenpaares in ihrem Übergangsbereich zur Oberfläche aneinander anliegen. Vorteilhaft sind die Distanzelemente des Distanzelementenpaares in der Stapelrichtung bzw. in Richtung der Längsachse des Brennstoffzellenstapels im montierten Zustand koaxial angeordnet. Im montierten Zustand werden dann vorteilhaft die Kräfte und Momente von dem ersten Distanzelement auf das korrespondierende andere bzw. zweite Distanzelement auf der anderen Seite übertragen. Ferner sind diese Distanzelemente bevorzugt derart ausgebildet, dass diese

korrespondierenden Distanzelemente im montierten Zustand gestaucht werden. Durch eine solche Ausgestaltung kann der Kontaktbereich besonders gut positioniert werden. Insbesondere können die

Distanzelemente des Distanzelementenpaares in Stapelrichtung des

Brennstoffzellenstapels (also senkrecht zur Oberfläche der Vorderseite bzw. Rückseite) in der Draufsicht auf die Separatorplatte miteinander fluchtend angeordnet sein. . Insbesondere können die Distanzelemente des

Distanzelementenpaares im montierten Zustand aufeinander abstützbar ausgebildet sein. Die Distanzelemente des Distanzelementenpaares sind zweckmäßig jeweils gleich weit von den Rändern der Separatorplatte beabstandet.

Das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite

Distanzelement, kann so gestaltet sein, dass das Distanzelement zumindest bereichsweise, insbesondere in einem Auflagebereich, dieselbe bzw. im Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit aufweist wie die benachbart und bevorzugt unmittelbar benachbart zum Distanzelement bzw. ersten

Distanzelement angeordneten Bereiche der Dichtung und/oder des zweiten Distanzelementes des Distanzelementenpaares. Mit„im Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit" ist hier gemeint, dass die Dichtung im Wesentlichen dasselbe elastische bzw. plastische Verhalten beim Stapeln des

Brennstoffzellenstapels aufweist wie das Distanzelement bzw. erste und/oder zweite Distanzelement. Mithin weisen also die Bereiche der Dichtung, die in nächster Nähe zum (ersten und/oder zweiten) Distanzelement angeordnet sind, dasselbe mechanische Verhalten auf wie das (erste und/oder zweite) Distanzelement. Vorteilhaft kann somit sichergestellt werden, dass beim Stapeln der Komponenten des Brennstoffzellenstapels der

Kontaktierungsbereich hinsichtlich seines Abstandes zu den unmittelbar benachbarten Komponenten durch das (erste und/oder zweite)

Distanzelement in einer definierten Position gehalten wird, sodass der Stecker besser die Separatorplatte kontaktieren kann. Hierdurch kann die Gefahr von einer nicht ausreichenden Kontaktierung der Separatorplatte zumindest verringert werden.

Vorteilhaft kann das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement, so gestaltet sein, dass das Distanzelement zumindest bereichsweise, insbesondere im Auflagebereich, im Wesentlichen gleich weit von der Oberfläche bzw. Oberflächenebene O der Separatorplatte absteht bzw. erhaben ist wie die benachbart bzw. unmittelbar benachbart zum (erste und/oder zweite) Distanzelement angeordneten Bereiche der Dichtung.

Der Auflagebereich des Distanzelementes ist der Bereich des (ersten und/oder zweiten) Distanzelementes, auf dem im montierten Zustand (also nach dem Stapeln vom Brennstoffzellenstapel) die im Brennstoffzellenstapel unmittelbar benachbarte Komponente anliegt. Insbesondere liegt im montierten Zustand sowohl im Auflagebereich des Distanzelementes als auch im benachbarten bzw. unmittelbar benachbarten Bereich der Dichtung dieselbe Komponente des Brennstoffzellenstapels auf. Vorteilhaft werden somit das (erste und/oder zweite) Distanzelement und die Dichtung im Wesentlichen gleichmäßig gestaucht.

Das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite

Distanzelement), kann auch mindestens einen Nichtauflagebereich umfassen, der von der Oberfläche O der Separatorplatte absteht bzw.

erhaben ist. Der Nichtauflagebereich steht dann allerdings nicht so weit ab, dass er im montierten Zustand die unmittelbar benachbarte Komponente kontaktiert.

Gemäß der hier offenbarten Technologie kann der Auflagebereich in

Längsrichtung kontinuierlich bzw. fließend in den Nichtauflagebereich übergehen. Mit anderen Worten kann der Auflagebereich also in einen Nichtauflagebereich auslaufen. Mithin sind in Längsrichtung X zweckmäßig also keine abrupten Übergänge vorhanden. Die Übergangsradien zwischen dem Auflagebereich und dem Nichtauflagebereich können insbesondere um ein Vielfaches (z.B. mindestens um den Faktor 10, 50, 100 oder 1000) größer sein als die Übergangsradien zu den hier offenbarten Seitenflanken. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement), mindestens zwei Längsenden umfassen. Ferner kann das Distanzelement mindestens zwei Seitenflanken aufweisen. Die Seitenflanken verlaufen zweckmäßig im Wesentlichen in Längsrichtung X des Distanzelementes. Die Seitenflanken verbinden den Auflagebereich des Distanzelementes mit der Oberfläche O der Separatorplatte. Die Seitenflanken sind bevorzugt steiler angeordnet als die Flanken der Längsenden, bevorzugt um ein Vielfaches (z.B. mindestens um den Faktor 2, 5 oder 10 oder 30). Der Übergang vom Auflagebereich des Distanzelementes zu den Längsenden bzw. zu dem Nichtauflagebereich kann weniger abrupt erfolgen als der Übergang zu den Seitenflanken.

Bevorzugt ist das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement), länglich ausgebildet. Länglich bedeutet in diesem

Zusammenhang, dass das Distanzelement ein Länge-zu-Breite-Verhältnis von mindestens 2 oder 3 oder 5 oder 10 aufweisen kann.

Vorteilhaft weist das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement), eine Breite quer zur Längsrichtung auf von 0,5 bis 2 D, bevorzugt von 0,8 bis 1 ,2 D, wobei D die Breite der Auflagefläche der Dichtung in dem Bereich ist, der unmittelbar benachbart bzw. benachbart zum Distanzelement angeordnet ist.

Das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite

Distanzelement), kann zumindest bereichsweise, insbesondere im Auflagebereich, in einem Querschnitt senkrecht zur in Längsrichtung X verlaufenden Längsachse des Distanzelementes eine Querschnittskontur aufweisen, die im Wesentlichen der Querschnittskontur des benachbart zum Distanzelement angeordneten Bereichs der Dichtung entspricht. Eine solche im Wesentlichen gleiche Querschnittskontur kann dazu beitragen, dass das Distanzelement und das Dichtungselement im Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit aufweisen.

Besonders bevorzugt ist der Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise zwischen dem Distanzelement, insbesondere dem ersten und/oder zweiten Distanzelement, und der Dichtung angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Kontaktierungsbereich flächig ausgebildet. Ferner bevorzugt versteifen, beabstanden und/oder positionieren die Dichtung und das Distanzelement zumindest bereichsweise drei Seiten des Kontaktierungsbereich. Vorteilhaft kann die vierte Seite vom äußeren Rand R der Separatorplatte ausgebildet werden.

Die Dichtung und das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement), können zumindest bereichsweise aus demselben Material ausgebildet sein. Insbesondere können der benachbarte bzw.

unmittelbar benachbarte Bereich der Dichtung und das Distanzelement zumindest in den mit Bezug auf die Oberfläche O der Separatorplatte erhabenen bzw. vorstehenden bzw. von der Oberfläche O abstehenden Bereichen aus demselben Material gefertigt sein. Das Material kann bevorzugt ein Metallmaterial sein. Als Metallmaterial kann beispielsweise ein Reinmetall oder eine Metalllegierung eingesetzt werden. Bevorzugt wird als Metallmaterial Stahl oder Titan eingesetzt. Die Dichtung und/oder das mindestens eine Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement) können durch Umformen ausgebildet werden, beispielsweise durch Prägen, Pressen, Hydroformen. Bevorzugt wird/werden die Dichtung und/oder das mindestens eine (erste und/oder zweite) Distanzelement gleichzeitig mit der Separatorplatte umgeformt.

Bevorzugt ist das Distanzelement, insbesondere das erste und/oder zweite Distanzelement, unmittelbar benachbart zum Kontaktierungsbereich angeordnet. Ferner bevorzugt ist das Distanzelement unmittelbar benachbart zu einer Positionierausnehmung angeordnet. Die Positionierausnehmung dient dazu, während des Stapeins die einzelnen Separatorplatten des Brennstoffzellenstapels zu positionieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auf der Auflagefläche der Dichtung und auf der Auflagefläche des Distanzelementes eine weitere Dichtschicht vorgesehen sein, beispielsweise ein nicht poröser Schaum.

Die hier offenbarte Technologie betrifft also eine Separatorplatte für mindestens eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems. Ferner umfasst die Separatorplatte mindestens eine Dichtung, wobei die Dichtung ausgebildet ist, mindestens einen medienführenden Innenbereich gegenüber einen nicht medienführenden Außenbereich abzudichten. Zudem umfasst die Separatorplatte mindestens ein Distanzelement, das im Innenbereich oder bevorzugt Außenbereich angeordnet sein kann. Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie eine

Separatorplatte bzw. Bipolarplatten, bei der durch eine zusätzliche Kontur (hier auch Distanzelement genannt), die sehr ähnliche

Kompressionseigenschaften zur Dichtkontur aufweist, die seitliche Struktur abgestützt wird. Diese zusätzliche Kontur hat in der Längsrichtung ähnliche Eigenschaften wie eine Dichtkontur und umfasst ggf. auch in der Mitte Elemente der Dichtkontur. An beiden Enden nimmt die Höhe der

zusätzlichen Kontur bzw.„Dichtlinie" langsam ab, damit kaum eine zusätzliche Versteifung (größer als die der Dichtkontur) entsteht. Dies würde z.B. durch eine flache Kontur entstehen, die mit runden Enden ausgeprägt ist.

Vorteilhaft werden somit Bereiche abgestützt, in denen keine aktive Fläche oder keine Dichtfläche angeordnet sind (hier auch als Außenbereich bezeichnet). Dies können seitliche Bereiche, aber auch Bereiche z.B. in der Vorverteilerstruktur sein. Vorteilhaft kann somit der Stecker einer

Auswerteeinrichtung leichter aufgesteckt werden. Ferner vorteilhaft können Stecker mit einem geringeren Toleranzabdeckungsbereich vorgesehen sein.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die hier offenbarte

Separatorplatte 100;

Fig. 2 eine perspektivische Detailansicht von einem Distanzelement

140; und

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt entlang der Linie A-A in einer

Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie. Die Fig. 1 zeigt eine Separatorplatte 100 in der Draufsicht. In einem

Brennstoffzellenstapel sind in der Regel mehrere hundert Separatorplatten 100 zu einem Brennstoffzellenstapel gestapelt. Dabei werden die einzelnen Separatorplatten 100 gestaucht, um die erforderliche Dichtheit der einzelnen Zellen bzw. des Brennstoffzellenstapels zu erzielen.

Die Separatorplatte 100 umfasst mehrere Medienzuführungen 21 1 ,221 , 231 , durch die Medien (in der Regel Brennstoff, Oxidationsmittel und

Kühlflüssigkeit) einströmen. In der Fig. 1 ist ferner ein Vorverteiler 222 gezeigt, der das Medium auf die einzelnen Kanäle des Flussfelds 223 verteilt. Durch die Medienabfuhr 224 wird das Medium nach der

elektrochemischen Reaktion wieder in den Medienauslass 225 abgeführt. Ferner sind hier zwei weitere Medienports 215, 235 zu sehen. Die

vorgenannten medienführenden Bereiche bilden zusammen den

medienführenden Innenbereich 200 aus, der hier durch die Dichtung bzw. Außendichtung 120 gegenüber den nicht medienführenden Außenbereichen 132, 134 abgedichtet wird bzw. abdichtbar ist. Zwischen der Dichtung 120 und dem äußeren Rand R der Separatorplatte 100 sind hier die

Außenbereiche 132,134 angeordnet. In dem Außenbereich 132 ist hier der Kontaktierungsbereich 1 10 zum Anschluss eines Steckers einer

Auswerteeinrichtung vorgesehen. Auf diesen Bereich kann beispielsweise die Klemme eines Kontaktsteckers aufgeschoben werden. Der vordere Bereich des Kontaktierungsbereichs 1 10 schließt hier bündig mit dem Rand R der Separatorplatte 100 ab. Das Distanzelement 140 ist hier unmittelbar benachbart zum Kontaktierungsbereich 1 10 und zur

Positionierungsausnehmung 152 angeordnet. Ferner ist der

Kontaktierungsbereich 1 10 (hier gestrichelt gezeigt) zumindest

bereichsweise zwischen dem Distanzelement 140 und der Dichtung 120 angeordnet. Dadurch positionieren hier das Distanzelement 140 und die Dichtung 120 den Kontaktierungsbereich 1 10 derart, dass die Fertigungstoleranz vergleichweise gering ist. Um den Kontaktierungsbereich 1 10 kann hier noch eine versteifende Falz oder Rippe 1 12 vorgesehen sein, beispielsweise entlang der gestrichelten Linie. Diese Versteifung 1 12 weist jedoch einen wesentlich geringeren Abstand von der

Separatorplattenoberfläche O auf als die Dichtung 120 bzw. das

Distanzelement 140, sodass die Versteifung keine Auswirkung auf die Positionierung des Kontaktierungsbereichs 1 10 hat. Hier dargestellt ist die Vorderseite der Separatorplatte 100. Auf der Rückseite (nicht gezeigt) dieser Separatorplatte 100 kann ein weiteres Distanzelement 140 an einer korrespondierenden Stelle der Separatorplatte 100, also ebenfalls

unmittelbar benachbart zum Kontaktierungsbereich 1 10 und unmittelbar benachbart zur Positionierausnehmung 152, angeordnet sein.

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Detailansicht von dem Distanzelement 140, wie es beispielsweise in der Separatorplatte gemäß der Fig. 1

ausgebildet sein kann.

Das Distanzelement 140 steht von der Oberfläche O der Separatorplatte 100 ab. Im Auflagebereich 144 liegt das Distanzelement 140 im montierten Zustand an einer benachbarten Komponente an. In den

Nichtauflagebereichen 145, die ebenfalls von der Oberfläche O des

Separators 100 abstehen, liegt im montierten Zustand die benachbarte Komponente indes nicht an. Der Übergang vom Auflagebereich 144 zum Nichtauflagebereich 145 ist hier kontinuierlich bzw. fließend. Das

Distanzelement 140 läuft hier zu den Längsenden 146 hin aus. Der

Übergang vom Auflagebereich 144 zu den Seitenflanken 142 ist indes abrupt. Der Übergangsradius vom Auflagebereich 144 zum

Nichtauflagebereich 145 ist um ein Vielfaches größer als der Übergangsradius vom Auflagebereich 144 zu den Seitenflanken 142. Bei einem so gestalteten Distanzelement 140 können mechanische

Eigenschaften eingestellt werden, die im Wesentlichen den mechanischen Eigenschaften der endlosen Rahmendichtung entsprechen. Somit weisen das Distanzelement 140 und die entsprechenden Bereiche der Dichtung 120 im Wesentlichen dieselbe Nachgiebigkeit auf. Vorteilhaft kann ein Verzug des Kontaktierungsbereichs 1 10 während des Stapels verringert bzw.

vermieden werden.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie entlang der Linie A-A der Fig. 1 . Die Separatorplatte 100 wird hier von zwei Teilplatten 1001 , 1002 ausgebildet. Die Teilplatten können beispielsweise zwei Metallbleche sein, in denen die Medienkanäle durch Umformung vorgesehen wurden. Dies muss aber nicht so sein. Die Separatorplatte 100 umfasst hier ferner eine erste Dichtung 1201 und zweite Dichtung 1202, die hier an korrespondierenden Dichtungsstellen angeordnet sind. Ferner umfasst die Separatorplatte 100 hier ein erstes Distanzelement 1401 und ein zweites Distanzelement 1402. Das erste Distanzelement 1401 und das zweite Distanzelement 1402 sind hier an korrespondierenden Stellen angeordnet. Das erste Distanzelement 1401 und das zweite Distanzelement 1402 bilden hier ein Distanzelementenpaar aus. Die Übergangsbereiche Ü vom ersten Distanzelement 1401 und vom zweiten Distanzelement 1402 zur ersten Oberfläche 01 der Vorderseite V bzw. zur zweiten Oberfläche O2 der Rückseite R liegen hier aneinander an. Gleichsam liegen hier die

Übergangsbereiche der ersten Dichtung 1201 und der zweiten Dichtung 1202 aneinander an. An den Auflagebereichen der Distanzelemente

1401 ,1402 und der Dichtungen 1201 , 1202 liegen jeweils benachbarte Komponenten 300, 300' auf, hier Sub-Frames. Diese benachbarten

Komponenten 300, 300' stauchen die Distanzelemente 1401 ,1402 und die Dichtungen 1201 , 1202 zusammen, wobei idealisiert im Wesentlichen dieselbe Verformung der Distanzelemente 1401 ,1402 und die Dichtungen 1201 , 1202 eintritt. Bevorzugt sind die Nachgiebigkeit der Distanzelemente 1401 ,1402 und der Dichtungen 1201 , 1202 so gewählt, dass folgende Gleichung (1 ) gilt:

NJ1 NS1 Jr

(1 ) = = K

NJ2 NS2 wobei

- das erste Distanzelement 1401 eine erste Nachgiebigkeit NS1

aufweist;

- das zweite Distanzelement 1402 eine zweite Nachgiebigkeit NS2

aufweist;

- die erste Dichtung 1201 eine erste Dichtungsnachgiebigkeit NJ1

aufweist;

- die zweite Dichtung 1202 eine zweite Dichtungsnachgiebigkeit NJ2 aufweist; und

- K eine Konstante ist.

Vorteilhaft sind die Nachgiebigkeiten der Dichtungen und Distanzelemente so gewählt, dass die Kontaktierungsbereiche von mehreren Separatorplatten, insbesondere die Kontaktierungsbereiche, die von einem gemeinsamen Anschlussstecker kontaktiert werden, gleich weit voneinander beabstandet angeordnet sind.

Mit so gewählten Nachgiebigkeit kann erreicht werden, dass sich die

Separatorplatte 100 durch die Stauchung nicht bzw. weniger verbiegt.

Beträgt die Konstante K = 1 so werden zum einen das erste und zweite Distanzelement 1401 ,1402 gleichmäßig um den gleichen Betrag gestaucht und zum anderen die erste und zweite Dichtung 1201 , 1202 gleichmäßig bzw. um den gleichen Betrag gestaucht. Als Ergebnis ist dann die Mittellinie von den benachbarten Komponenten 300, 300' gleich weit entfernt. Dies kann insbesondere bei der Auslegung der Anschlussstecker vorteilhaft sein. Ferner weist hier die Vorderseite V und die Rückseite R jeweils einen elektrischen Kontaktierungsbereich 1 101 , 1 102 auf.

Im Rahmen der hier offenbarten Technologie bedeutet„unmittelbar benachbart", dass zwischen den unmittelbar benachbart angeordneten Elementen kein weiteres Element angeordnet ist. Im Rahmen der hier offenbarten Technologie sind„benachbarte" Bereiche die Bereiche, die in nächster Nähe zueinander bzw. im geringsten Abstand zueinander angeordnet sind. Im Rahmen der hier offenbarten Technologie umfasst„im Wesentlichen" jeweils den genauen Wert sowie Werte, die so wenig vom genauen Wert abweichen, dass die Abweichung bezüglich der Funktion, die mit dem Wert bezweckt wird, unbeachtlich ist. Beispielsweise fasst der Begriff „im Wesentlichen" unvermeidliche Fertigungstoleranzen. Bei der hier offenbarten Technologie wird teilweise lediglich auf eine Distanzelement bzw. eine Dichtung verwiesen. Gleichsam soll dabei auch das erste

Distanzelement und/oder das zweite Distanzelement bzw. die erste Dichtung und/oder die zweite Dichtung mit umfasst sein.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der

Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer

Äquivalente zu verlassen.