EP4566105A2 - Bipolarplatte für eine elektrochemische einheit einer elektrochemischen vorrichtung und elektrochemische vorrichtung - Google Patents

Bipolarplatte für eine elektrochemische einheit einer elektrochemischen vorrichtung und elektrochemische vorrichtung

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Publication number
EP4566105A2
EP4566105A2 EP23745449.1A EP23745449A EP4566105A2 EP 4566105 A2 EP4566105 A2 EP 4566105A2 EP 23745449 A EP23745449 A EP 23745449A EP 4566105 A2 EP4566105 A2 EP 4566105A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distribution
anode gas
cathode gas
bipolar plate
order
Prior art date
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Pending
Application number
EP23745449.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schaich
Joachim Scherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Original Assignee
Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH filed Critical Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Publication of EP4566105A2 publication Critical patent/EP4566105A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/02—Details
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Bipolar plate for an electrochemical unit of an electrochemical device and electrochemical device
  • the present invention relates to a bipolar plate for an electrochemical unit of an electrochemical device, which comprises a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction, the bipolar plate comprising the following: an anode gas passage opening which forms part of an anode gas channel which extends longitudinally the stacking direction extends through the electrochemical device; a cathode gas passage opening which forms part of a cathode gas channel which extends along the stacking direction of the electrochemical device; an electrochemically active region of the bipolar plate, which comprises an anode gas flow field through which the anode gas can flow and a cathode gas flow field through which the cathode gas can flow; an anode gas distribution region through which the anode gas passage opening is in fluid communication with the anode gas flow field; and a cathode gas distribution region through which the cathode gas passage opening is in fluid communication with the cathode gas flow field; wherein the anode gas distribution region and/or the cathode gas distribution
  • anode gas inlets are provided on the inside of the anode gas sealing bead facing the anode gas passage opening and anode gas outlets are provided on the outside of the anode gas sealing bead facing away from the anode gas passage opening.
  • cathode gas inlets are provided on the inside of the cathode gas sealing bead facing the cathode gas passage opening and cathode gas outlets are provided on the outside of the cathode gas sealing bead facing away from the cathode gas passage opening.
  • the anode gas outlets can only be located at certain points along the circumference of the anode gas sealing bead, and the cathode gas outlets can only be located at certain points along the circumference of the cathode gas sealing bead. This follows from the technical condition that the anode gas sealing bead or the cathode gas sealing bead must not be weakened too much, and from the condition of being able to be converted into the forming tools, by means of which the anode gas outlets or the cathode gas outlets are formed by a forming process, in particular by a stamping process or a deep-drawing process is formed on the anode gas sealing bead or on the cathode gas sealing bead.
  • the anode gas or cathode gas flows unevenly into the distribution channels of the anode gas distribution area and the cathode gas distribution area, since some distribution channels have a mouth opening facing the respective sealing bead, which is in the extension of an anode gas outlet or a cathode gas outlet, so that a high proportion of the anode gas or cathode gas flows out of the outlet in question in the direction of the mouth opening of such a distribution channel.
  • Other distribution channels have mouth openings facing the respective sealing bead, which lie between the direct outflow paths of two anode gas outlets or two cathode gas outlets, so that only a small proportion of the anode gas or cathode gas flowing out of the relevant outlets reaches the mouth openings of these distribution channels.
  • the uneven distribution of the anode gas or the cathode gas to the mouth openings of the distribution channels of the respective distribution area also leads to an uneven distribution of the anode gas over the anode gas flow channels of the anode gas flow field or to an uneven distribution of the cathode gas over the cathode gas -Flow channels of the cathode gas flow field.
  • Such an uneven distribution of the anode gas and/or the cathode gas over the respective flow fields of the electrochemically active region of the bipolar plate reduces the performance and efficiency of the electrochemical device in which such bipolar plates are used.
  • the present invention is based on the object of creating a bipolar plate for an electrochemical unit of an electrochemical device of the type mentioned at the outset, in which the anode gas flowing out of the anode gas passage opening is distributed as evenly as possible to the distribution channels formed between the distribution structures of the anode gas distribution area and /or the cathode gas flowing out of the cathode gas passage opening is distributed as evenly as possible to the distribution channels formed between the distribution structures of the cathode gas distribution area.
  • anode gas distribution area and / or the cathode gas distribution area each has at least one bypass channel through which two adjacent distribution channels are in fluid communication with one another.
  • anode gas can flow from a distribution channel, into which an above-average amount of anode gas flows out of the anode gas outlets, into an adjacent distribution channel, which receives less anode gas from the anode gas outlets.
  • cathode gas can flow through the bypass channels in the cathode gas distribution area from a distribution channel, which receives an above-average amount of cathode gas from the cathode gas outlets, into an adjacent distribution channel, which receives less cathode gas from the cathode gas outlets. In this way, the supply of anode gas or cathode gas to the distribution channels is evened out.
  • anode gas flow channels of the anode gas flow field supplied with anode gas by the anode gas distribution region or the cathode gas flow channels of the cathode gas flow field supplied with cathode gas by the cathode gas distribution region are also supplied with anode gas or cathode gas more evenly .
  • the distribution structures, between which the distribution channels are formed can be designed, for example, as distribution webs, which extend essentially linearly along a longitudinal direction of the respective distribution structure.
  • the at least one bypass channel is formed by a local lowering of one of the distribution structures.
  • the local lowering preferably corresponds to at least 5%, in particular at least 10%, particularly preferably at least 20%, of the height of the locally lowered distribution structure in a non-lowered section of the distribution structure.
  • the height of the distributor structure is preferably measured starting from a longitudinal center plane of the bipolar plate that is oriented perpendicular to the stacking direction, along which an anode-side bipolar plate layer and a cathode-side bipolar plate layer of the bipolar plate rest against one another. Furthermore, it is advantageous if the local lowering of the distribution structure through which a bypass channel is formed is at most 95%, in particular at most 90%, particularly preferably at most 80%, for example at most 50%, of the height of the locally lowered distribution structure in one lowered section of the distribution structure.
  • the local reduction is preferably at least 20 pm, in particular at least 40 pm, particularly preferably at least 80 pm.
  • the local reduction is preferably at most 380 pm, in particular at most 360 pm, particularly preferably at most 320 pm, for example at most 200 pm.
  • the extent of the local lowering of the distribution structure in the longitudinal direction of the locally lowered distribution structure is preferably at most 1.5 mm. This prevents a component of an electrochemical unit supported by the respective distribution structure, for example a gas diffusion layer or a component of a sealing arrangement of an electrochemical unit, from not being adequately supported by the respective distribution structure and thereby bulging into the respective bypass channel, whereby the Cross section of the relevant bypass channel through which flow would be reduced in an undesirable manner.
  • the anode gas passage opening is surrounded by an anode gas sealing bead, on the outside of which an anode gas outlet is arranged, facing away from the anode gas passage opening, and the cathode gas passage opening is surrounded by a cathode gas sealing bead, on whose A cathode gas outlet is arranged on the outside facing away from the cathode gas passage opening.
  • a distribution channel which is referred to below as a first-order distribution channel of the anode gas distribution region.
  • the largest proportion of the cathode gas flowing out of the cathode gas outlet flows into a distribution channel, which is referred to below as the first-order distribution channel of the cathode gas distribution region.
  • Two second-order distribution channels are adjacent to the respective first-order distribution channel, and the respective second-order distribution channels are each adjacent to a third-order distribution channel or a further second-order distribution channel (apart from the respectively assigned first-order distribution channel).
  • more anode gas or cathode gas flows into a first-order distribution channel than into a second-order distribution channel, and more anode gas or cathode gas flows into a second-order distribution channel than into a first-order distribution channel.
  • the respective first order distribution channel is in fluid communication with the two adjacent second order distribution channels via a first order bypass channel.
  • the second-order distribution channels are each in fluid connection via a second-order bypass channel with the respectively adjacent third-order distribution channel or, if appropriate, with the respective adjacent further second-order distribution channel.
  • the first-order bypass channels each have a larger flow-through cross-section than the second-order bypass channels.
  • the flow-through cross section of a bypass channel is taken perpendicular to the longitudinal extent of the relevant bypass channel and thus essentially parallel to the longitudinal directions of the distribution channels connected to one another by the bypass channel and parallel to the stacking direction.
  • the second order bypass channels - seen in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first order distribution channel and perpendicular to the stacking direction - are at least partially aligned overlap the adjacent first-order bypass channels. In this way, it is possible for anode gas or cathode gas flowing out of a first-order bypass channel to flow into the adjacent second-order bypass channel without changing its flow direction.
  • the anode gas or cathode gas is advantageous for the anode gas or cathode gas to be distributed as uniformly as possible to the distribution channels of the anode gas distribution area or cathode gas distribution area if there is at least one bypass channel - seen in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the distribution structure on which the relevant bypass channel is formed, and perpendicular to the stacking direction - at least partially overlaps with at least one bypass channel which is formed in an adjacent distribution structure.
  • a further equalization of the loading of the anode gas flow field with anode gas or the cathode gas flow field with cathode gas can be achieved if at least one distribution structure of the anode gas distribution area and / or at least one distribution structure of the cathode gas distribution area with two or more, in the longitudinal direction of the respective Distribution structure is provided with spaced-apart bypass channels.
  • a bypass channel formed on a distributor structure is preferably located closer to an end of the relevant distributor structure facing the anode gas passage opening or the cathode gas passage opening than to an end of the relevant distributor structure facing the electrochemically active region of the bipolar plate.
  • At least one distribution structure of the anode gas distribution region and/or at least one distribution structure of the cathode gas distribution region is provided with a bypass channel, the distance of which from an end of the respective distribution structure facing away from the electrochemically active region of the bipolar plate along the longitudinal direction the distribution structure is greater than the extent of the bypass channel along the longitudinal direction of the distribution structure.
  • the bipolar plate according to the invention is particularly suitable for use in an electrochemical device which comprises a plurality of electrochemical units which follow one another along a stacking direction and each comprise a bipolar plate according to the invention.
  • Such an electrochemical device can be designed, for example, as a fuel cell device or as an electrolyzer.
  • such an electrochemical device can be designed as a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell device.
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • Fig. 1 is a plan view of a bipolar plate for an electrochemical unit of an electrochemical device, which comprises a plurality of electrochemical units, which follow one another along a stacking direction, the bipolar plate having an anode gas passage opening, which forms part of an anode gas channel, which is along the Stacking direction extends through the electrochemical device, a cathode gas passage opening, which forms part of a cathode gas channel, which extends along the stacking direction through the electrochemical device, an electrochemically active area of the bipolar plate, which has an anode gas flow field through which the anode gas can flow and a cathode gas flow field through which the cathode gas can flow, an anode gas distribution region, via which the anode gas passage opening is in fluid communication with the anode gas flow field, and a cathode gas distribution region, via which the cathode gas passage opening is in fluid communication with the cathode gas flow field, wherein the anode gas distribution region and the cath
  • Fig. 2 is an enlarged view of the left end region of the bipolar plate from Fig. 1;
  • Fig. 3 is an enlarged view of area I from Fig. 2;
  • Fig. 4 is a perspective view of the area of the bipolar plate shown in Fig. 3, looking towards the anode side of the bipolar plate;
  • FIG. 5 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 4 parallel to a distributor structure of the anode gas distribution area, along line 5 - 5 in FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 4, transverse to distribution structures of the anode gas distribution area, along line 6 - 6 in FIG. 3;
  • FIG. 7 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 4, transverse to distribution structures of the anode gas distribution area, in the area of bypass channels of the anode gas distribution area, along line 7 - 7 in FIG. 3; 8 is a top view of the bipolar plate from FIG. 1 along the stacking direction, looking towards the cathode side of the bipolar plate;
  • Fig. 9 is an enlarged view of the left end region of the bipolar plate from Fig. 8.
  • Fig. 10 is an enlarged view of area II from Fig. 9;
  • FIG. 11 is a perspective view of the area of the bipolar plate shown in FIG. 10, looking towards the cathode side of the bipolar plate;
  • FIG. 12 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 11, parallel to a distributor structure of the cathode gas distribution area, along line 12 - 12 in FIG. 10;
  • FIG. 13 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 11, transverse to distribution structures of the cathode gas distribution area, along line 13 - 13 in FIG. 10;
  • FIG. 14 shows a partial longitudinal section through the bipolar plate from FIGS. 1 to 11, transverse to distribution structures of the cathode gas distribution area, in the area of bypass channels of the cathode gas distribution area, along line 14 - 14 in Fig. 10.
  • Identical or functionally equivalent elements are designated with the same reference numerals in all figures. 1 to 14, designated as a whole by 100, forms a component of an electrochemical unit 102 (not shown as a whole), which, in addition to the bipolar plate 100, can include a membrane-electrode arrangement, gas diffusion layers and a sealing arrangement.
  • a plurality of such electrochemical units 102 follow one another along a stacking direction 104 to form a stack of electrochemical units 102, which is a component of an electrochemical device 106, for example a fuel cell device.
  • the bipolar plate 100 has a substantially rectangular shape, with long sides 107 of the bipolar plate 100 extending along a longitudinal direction 108 and short sides 109 of the bipolar plate 100 extending along a transverse direction 110 of the bipolar plate 100.
  • the longitudinal direction 108 and the transverse direction 110 are preferably aligned perpendicular to each other and perpendicular to the stacking direction 104.
  • the longitudinal direction 108 is also referred to as the x direction
  • the transverse direction 110 is referred to as the y direction
  • the stacking direction 104 is referred to as the z direction.
  • the x-direction, the y-direction and the z-direction form a rectangular coordinate system.
  • the bipolar plate 100 has two end regions 112 and an electrochemically active region 114 located between the end regions 112.
  • the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100 comprises an anode gas flow field 116 through which an anode gas can flow, a cathode gas flow field 118 through which a cathode gas can flow, and a coolant flow field 120 through which a coolant can flow.
  • the bipolar plate 100 is designed in two layers and comprises an anode-side bipolar plate layer 122, on which the anode gas flow field 116 is formed, and a cathode-side bipolar plate layer 124, on which the cathode gas flow field 118 is formed.
  • the bipolar plate layers 122 and 124 consist of a material that has good electrical conductivity, preferably a metallic material.
  • the bipolar plate layers 122 and 124 are materially connected to one another along joining lines (not shown in the drawing), preferably welded, in particular by laser welding.
  • the anode flow field 116 of the bipolar plate 100 is in fluid communication with an anode-side electrode of a membrane-electrode arrangement - possibly via an anode-side gas diffusion layer.
  • the cathode flow field 118 of the bipolar plate 100 is in fluid communication with a cathode-side electrode of a membrane-electrode arrangement - possibly via a cathode-side gas diffusion layer.
  • Anode gas and cathode gas can thus reach the electrochemically active areas of a membrane-electrode arrangement from the electrochemically active area 114 of the bipolar plate 100. Therefore, the area of the bipolar plate 100 provided with the anode gas flow field 116 and the cathode gas flow field 118 is referred to as its electrochemically active area 114, although no electrochemical reactions take place on the bipolar plate 100 itself.
  • the anode gas flow field 116 includes anode gas flow channels 126, the main flow direction of which is aligned parallel to the longitudinal direction 108 (x direction) of the bipolar plate 100.
  • the cathode gas flow field 118 includes cathode gas flow channels 128, the main flow direction of which extends parallel to the longitudinal direction 108 (x direction) of the bipolar plate 100.
  • the bipolar plate 100 has a plurality of medium passage openings 130, through which a fluid medium (a Anode gas (fuel gas, for example hydrogen), a cathode gas (oxidizing agent, for example oxygen or air) or a coolant (for example water)) can pass through the bipolar plate 100.
  • a fluid medium a Anode gas (fuel gas, for example hydrogen), a cathode gas (oxidizing agent, for example oxygen or air) or a coolant (for example water)
  • the medium passage openings 130 of the bipolar plates 100 successive in the stack of electrochemical units 102 and the spaces between the medium passage openings 130 in the stacking direction 104 together each form a medium channel 132.
  • the fluid media pass through the anode gas flow field 116, the cathode gas flow field 118 and the coolant flow field 120 in the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100 from one end region 112 to the other end region 112.
  • An anode gas passage opening 134, a cathode gas passage opening 136 and a coolant passage opening 138 are arranged in the first end region 112a of the bipolar plate 100 shown in FIGS. 2 to 7 and 9 to 14.
  • each of these passage openings 134, 136 and 138 can serve either to supply the relevant medium to the electrochemical device 106 or to remove the relevant medium from the electrochemical device 106.
  • each of the three media anode gas, cathode gas and coolant can flow through the electrochemically active region 114 parallel to the other media or with the opposite main flow direction with respect to the main flow directions of one or two of the other media.
  • all passage openings 134, 136 and 138 arranged in the first end region 112a of the bipolar plate 100 supply the respective medium to the electrochemical device 106 and the passage openings 134, 136 and arranged in the second end region 112b of the bipolar plate 100 138 serve to remove the respective medium from the electrochemical device 106.
  • each of these passage openings is provided with a sealing bead 140.
  • the anode gas passage opening 134 is surrounded by an anode gas sealing bead 142.
  • the anode gas sealing bead 142 is provided on its inside facing the anode gas passage opening 134 with several anode gas inlets 144, through which anode gas from the anode gas passage opening 134 into the Interior of the anode gas sealing bead 142 can flow in (see Fig. 2).
  • the anode gas inlets 144 each open at an edge 146 of the anode gas passage opening 134.
  • the edge 146 of the anode gas passage opening 134 is square; However, the polygonal edge 146 of the anode gas passage opening 134 can also have more or fewer than four corners.
  • the corners of the anode gas passage opening 134 are preferably rounded in order to avoid tearing of the bipolar plate layers 122 and 124 in the area of these corners.
  • the anode gas sealing bead 142 is provided with several anode gas outlets 154 on its outside facing away from the anode gas passage opening 134.
  • the anode gas outlets 154 are preferably arranged on a section 156 of the anode gas sealing bead 142, which faces the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100.
  • the anode gas inlets 144 which are arranged on the same section 156 of the anode gas sealing bead 142, are preferably offset along the circumferential direction of the anode gas sealing bead 142 relative to the anode gas outlets 154.
  • the anode gas flows out through the anode gas outlets 154 on the section 156 of the anode gas sealing bead 142 into an anode gas distribution area 170, which serves to distribute the anode gas as evenly as possible to the anode gas flow channels 126 of the anode gas flow field 116.
  • the anode gas distribution area 170 each comprises a plurality of directional distribution structures 172 and a plurality of non-directional distribution structures 174, which serve to deflect the anode gas from its original flow direction.
  • the directed distributor structures 172 are designed, for example, as essentially linearly extending distributor webs 176.
  • the non-directional distributor structures 174 are designed, for example, as essentially cup-shaped distributor knobs 178.
  • the distributor structures 172 and 174 are preferably formed in one piece with the material of the bipolar plate layers 122 or 124 and are inserted into the respective bipolar plate layer 122 or 124 by a forming process, for example by an embossing process or a Deep drawing process introduced.
  • the cathode gas passage opening 136 is surrounded by a cathode gas sealing bead 162.
  • the coolant passage opening 138 is surrounded by a coolant sealing bead 164.
  • a ring-shaped closed edge bead 182 runs around near the outer edge 180 of the bipolar plate 100.
  • the edge bead 182 encloses the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100, the anode gas passage openings 134 and the anode gas sealing beads 142 in both end regions 112, the cathode gas passage openings 136 and the cathode gas sealing beads 162 in both end regions 112 and the coolant Passage openings 138 and the coolant sealing beads 164 in both end regions 112 of the bipolar plate 100.
  • the edge bead 182 serves to prevent the media to be supplied to the electrochemical device 106, in particular the anode gas, the cathode gas and the coolant, from escaping from the electrochemical units 102 into the outer space 184 of the electrochemical device 106.
  • the cathode gas sealing bead 162 is provided with a plurality of cathode gas inlets 194 on its inside facing the cathode gas passage opening 136 (see in particular FIG. 9).
  • Cathode gas passes through the cathode gas inlets 194 from the cathode gas passage opening 136 into the interior of the cathode gas sealing bead 162.
  • the cathode gas inlets 194 preferably open at the edge 198 of the cathode gas passage opening 136.
  • the edge 198 of the cathode gas passage opening 136 is square.
  • the number of corners of the polygonal edge 198 can also be smaller or larger than four.
  • Cathode gas outlets 214, which are arranged on the outside of the cathode gas sealing bead 162 facing away from the cathode gas passage opening 136 and through which the cathode gas flows out of the interior of the cathode gas sealing bead 162, are preferably all arranged on a section 200 of the cathode gas sealing bead 162, which the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100 faces.
  • the cathode gas inlets 194, which are arranged on the same section 200 of the cathode gas sealing bead 162, are arranged offset along the circumferential direction of the cathode gas sealing bead 162 relative to the cathode gas outlets 214.
  • cathode gas outlets 214 are provided on the cathode gas sealing bead 162.
  • the cathode gas flows through the cathode gas outlets 214 into a cathode gas distribution region 216 of the bipolar plate 100, which serves to distribute the cathode gas as evenly as possible to the cathode gas flow channels 128 of the cathode gas flow field 118.
  • the cathode gas distribution area includes distribution structures 218, which are designed as directional distribution structures 220 or as non-directional distribution structures 221.
  • the directed distributor structures 220 are preferably designed as linearly extending distributor webs 222.
  • the non-directional distributor structures 221 are designed, for example, as essentially cup-shaped distributor knobs 223.
  • the coolant sealing bead 164 is provided with a plurality of coolant inlets 224 on its inside facing the coolant passage opening 138 (see in particular FIG. 2).
  • the coolant passes through the coolant inlets 224 from the coolant passage opening 138 into the interior of the coolant sealing bead 164.
  • the edge 228 of the coolant passage opening 138 is square in the embodiment shown in the drawing. However, the number of corners of the polygonal edge 228 of the coolant passage opening 138 can also be larger or smaller than four.
  • Coolant outlets 225 which are arranged on the outside of the coolant sealing bead 164 facing away from the coolant passage opening 138 and through which the coolant flows out of the interior of the coolant sealing bead 164, are preferably all arranged on a section 230 of the coolant sealing bead 164, which the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 114 faces.
  • the coolant inlets 224 which are arranged on the same section 230 of the coolant sealing bead 164, are arranged offset along the circumferential direction of the coolant sealing bead 164 relative to the coolant outlets 225.
  • the coolant flows through the coolant outlets 225 into a coolant distribution area 242 of the bipolar plate 100, which serves to distribute the coolant as evenly as possible across the coolant flow channels of the coolant flow field.
  • the anode-side bipolar plate layer 122 and the cathode-side bipolar plate layer 124 are offset in opposite directions along the stacking direction 104 relative to a longitudinal center plane of the bipolar plate 100 that is oriented perpendicular to the stacking direction 104, so that the flow of the coolant through the coolant distribution area 242 a large flow-through cross-section is available.
  • the bipolar plate 100 is preferably designed to be rotationally symmetrical with respect to a rotation of 180° about an axis of rotation running through the center of the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100 and parallel to the stacking direction 104 (z direction).
  • the medium passage openings 130 arranged in the second end region 112b, in particular the anode gas passage opening 134 arranged there, the cathode gas passage opening 136 arranged there and the coolant passage opening 138 arranged there, are therefore preferably constructed and arranged in essentially the same way as the anode gas passage opening 134, the cathode gas passage opening 136 and the coolant passage opening 138 in the first end region 112a, which have been described above.
  • the aim is to distribute the anode gas flowing out of the anode gas outlets 154 on the anode gas sealing bead 142 as evenly as possible to the distribution channels 173 of the anode gas distribution region 170 formed between the directed distribution structures 172 and to distribute the cathode gas flowing out of the cathode gas outlets 214 on the cathode gas sealing bead 162 as evenly as possible to the distribution channels 219 of the cathode gas distribution region 216 formed between the directed distribution structures 220.
  • bypass channels 288 are formed on the distribution structures 132 of the anode gas distribution region 170, through which two adjacent distribution channels 173 of the anode gas distribution region 170 are in fluid communication with one another (see in particular FIGS. 3, 4 and 7).
  • a bypass channel 288 is formed on the distribution structures 220 of the cathode gas distribution region 216, through which two adjacent distribution channels 219 of the cathode gas distribution region 216 are in fluid communication with one another.
  • anode gas can flow from a distribution channel 173, into which an above-average amount of anode gas flows out of the anode gas outlets 154, into an adjacent distribution channel 173, which receives less anode gas from the anode gas outlets 154.
  • cathode gas can flow through the bypass channels 288 in the cathode gas distribution area 216 from a distribution channel 219, which receives an above-average amount of cathode gas from the cathode gas outlets 214, into an adjacent distribution channel 219, which receives less cathode gas from the cathode gas outlets 214.
  • the anode gas flow channels 126 of the anode gas flow field 116 supplied with anode gas by the anode gas distribution region 170 or the cathode gas flow channels 128 of the cathode gas flow field 118 supplied with cathode gas by the cathode gas distribution region 216 also flow more evenly Anode gas or cathode gas can be fed.
  • the bypass channels 288 are formed by a local lowering of the distributor structure 172 or 220, on which the relevant bypass channel 288 is formed.
  • the local lowering of the distribution structure 172, 220 preferably corresponds to at least 5%, in particular at least 10%, particularly preferably at least 20%, of the height of the locally lowered distribution structure 172, 220 in a non-lowered section 290 of the relevant distribution structure 172, 220, which corresponds to the respective bypass channel 288 is adjacent.
  • the local lowering of the distribution structure 172, 220, on which the relevant bypass channel 288 is formed is at most 95%, in particular at most 90%, particularly preferably at most 80%, for example at most 50%, of the height of the local lowered distribution structure 172, 220 in a non-lowered section 290 of the relevant distribution structure 172, 220 corresponds.
  • the local reduction is at least 20 pm, in particular at least 40 pm, particularly preferably at least 80 pm.
  • the local reduction is at most 380 pm, in particular at most 360 pm, particularly preferably at most 320 pm, for example at most 200 pm.
  • the extent of the local lowering and thus of the bypass channel 288 in the longitudinal direction of the locally lowered distributor structure 172, 220 is preferably at most 1.5 mm. This prevents a component of an electrochemical unit 102 supported by the respective distributor structure 172, 220, for example a gas diffusion layer or a component of a sealing arrangement of an electrochemical unit 102, is not sufficiently supported by the respective distributor structure 172, 220 and thereby bulges into the respective bypass channel 288, as a result of which the flow-through cross section of the relevant bypass channel 288 would be reduced in an undesirable manner.
  • Each anode gas outlet 154 on the anode gas sealing bead 142 is assigned a first-order distribution channel 173a of the anode gas distribution region 170, which is arranged and aligned relative to the anode gas outlet 154 in such a way that the largest proportion of the anode gas flowing out of the anode gas outlet 154 flows into this distribution channel first Order 173a flows in.
  • Two second-order distribution channels 173b are adjacent to each first-order distribution channel 173a of the anode gas distribution region 170, and a third-order distribution channel 173c is adjacent to each of the second-order distribution channels 173b, with each second-order distribution channel 173b receiving less anode gas from the anode gas outlets 154 than one first order distribution channel 173a, and wherein each third order distribution channel 173c receives less anode gas from the anode gas outlets 154 than a second order distribution channel 173b.
  • Each first-order distribution channel 173a is in fluid communication with one of the adjacent second-order distribution channels 173b via a respective first-order bypass channel 288a.
  • Each of the second-order distribution channels 173b is in fluid communication with an adjacent third-order distribution channel 173c via a second-order bypass channel 288b.
  • Third-order distribution channels 173c can be in fluid communication with an adjacent further third-order distribution channel 173c via a respective third-order bypass channel 288c.
  • Third-order distribution channels 173c can be in fluid communication with an adjacent further third-order distribution channel 173c via a respective third-order bypass channel 288c.
  • more anode gas must flow through the first-order bypass channels 288a than through the second-order bypass channels 288b.
  • the first-order bypass channels 288a therefore each have a larger cross-section through which flow can flow than the second-order bypass channels 288b.
  • the second-order bypass channels 288b preferably have a larger flow-through cross-section than the third-order bypass channels 288c.
  • bypass channels 288 - in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the distributor structure 172, in which the bypass channels 288 are each formed, and perpendicular to the stacking direction 104 - at least partially with at least one bypass Channel 288 formed in an adjacent manifold structure 172 overlap.
  • the distances of the bypass channels 288 from an end 292 of the respective distribution structure 172, on which the relevant bypass channel 288 is formed, facing away from the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100, along the longitudinal direction of this distribution structure 172, is greater than the extent of the relevant bypass Channel 288 along the longitudinal direction of the distribution structure 172.
  • Each cathode gas outlet 214 on the cathode gas sealing bead 162 is assigned a first-order distribution channel 219a of the cathode gas distribution region 216, which is arranged and aligned relative to the cathode gas outlet 214 in such a way that the largest proportion of the cathode gas flowing out of the cathode gas outlet 214 flows into this distribution channel first Order 219a flows in.
  • Two second-order distribution channels 219b are adjacent to each first-order distribution channel 219a of the cathode gas distribution region 216, and each of the second-order distribution channels 219b can be adjacent to a further second-order distribution channel 219b, with each second-order distribution channel 219b releasing less cathode gas from the cathode gas outlets 214 receives 219a as a first order distribution channel.
  • Each first-order distribution channel 219a is in fluid communication with one of the adjacent second-order distribution channels 219b via a respective first-order bypass channel 288a.
  • Second-order distribution channels 219b can be in fluid communication with an adjacent further second-order distribution channel 219b via a second-order bypass channel 288b.
  • first-order bypass channels 288a In order to distribute the cathode gas as evenly as possible over the distribution channels of different orders 219a and 219b, more cathode gas must flow through the first-order bypass channels 288a than through the second-order bypass channels 288b.
  • the first-order bypass channels 288a therefore each have a larger cross-section through which flow can flow than the second-order bypass channels 288b.
  • the distances of the bypass channels 288 from an end 292 of the respective distribution structure 220, on which the relevant bypass channel 288 is formed, facing away from the electrochemically active region 114 of the bipolar plate 100, along the longitudinal direction of this distribution structure 220, is greater than the extent of the relevant bypass Channel 288 along the longitudinal direction of the distribution structure 220.

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Abstract

Um eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Einheiten umfasst, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei die Bipolarplatte Folgendes umfasst: - eine Anodengas-Durchtrittsöffnung; - eine Kathodengas-Durchtrittsöffnung; - einen elektrochemisch aktiven Bereich der Bipolarplatte, welcher ein Anodengas-Strömungsfeld und ein Kathodengas-Strömungsfeld umfasst; - einen Anodengas-Verteilbereich, über welchen die Anodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Anodengas-Strömungsfeld steht; und - einen Kathodengas-Verteilbereich, über welchen die Kathodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Kathodengas-Strömungsfeld steht; wobei der Anodengas-Verteilbereich und/oder der Kathodengas-Verteilbereich Verteilerstrukturen umfasst, welche zwischen jeweils zwei Verteilerstrukturen ausgebildete Verteilerkanäle begrenzen, zu schaffen, bei welcher das Anodengas möglichst gleichmäßig auf die Verteilerkanäle des Anodengas- Verteilbereichs verteilt wird und/oder das Kathodengas möglichst gleichmäßig auf die Verteilerkanäle des Kathodengas-Verteilbereichs verteilt wird, wird vorgeschlagen, dass der Anodengas-Verteilbereich und/oder der Kathodengas- Verteilbereich jeweils mindestens einen Bypass-Kanal aufweist, durch welchen zwei einander benachbarte Verteilerkanäle in Fluidverbindung miteinander stehen.

Description

Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung und elektrochemische Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Einheiten umfasst, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei die Bipolarplatte Folgendes umfasst: eine Anodengas-Durchtrittsöffnung, welche einen Bestandteil eines Anodengas-Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung durch die elektrochemische Vorrichtung erstreckt; eine Kathodengas-Durchtrittsöffnung, welche einen Bestandteil eines Kathodengas-Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung die elektrochemische Vorrichtung erstreckt; einen elektrochemisch aktiven Bereich der Bipolarplatte, welcher ein von dem Anodengas durchströmbares Anodengas-Strömungsfeld und ein von dem Kathodengas durchströmbares Kathodengas-Strömungsfeld umfasst; einen Anodengas-Verteilbereich, über welchen die Anodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Anodengas-Strömungsfeld steht; und einen Kathodengas-Verteilbereich, über weichen die Kathodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Kathodengas-Strömungsfeld steht; wobei der Anodengas-Verteilbereich und/oder der Kathodengas-Verteilbereich sich längs einer Strömungsrichtung des Anodengases beziehungsweise des Ka- thodengases erstreckende Verteilerstrukturen umfasst, welche zwischen jeweils zwei Verteilerstrukturen ausgebildete Verteilerkanäle begrenzen. Bei bekannten Bipolarplatten dieser Art ist die Anodengas-Durchtrittsöffnung von einer Anodengas-Abdichtsicke umgeben und die Kathodengas-Durchtritts- öffnung von einer Kathodengas-Abdichtsicke umgeben.
Um das Anodengas durch die Anodengas-Abdichtsicke hindurchzuführen, sind an der der Anodengas-Durchtrittsöffnung zugewandten Innenseite der Anodengas-Abdichtsicke Anodengaseinlässe und an der der Anodengas-Durchtrittsöffnung abgewandten Außenseite der Anodengas-Abdichtsicke Anodengasauslässe vorgesehen.
Um einen Durchtritt des Kathodengases durch die Kathodengas-Abdichtsicke zu ermöglichen, sind an der der Kathodengas-Durchtrittsöffnung zugewandten Innenseite der Kathodengas-Abdichtsicke Kathodengaseinlässe und an der der Kathodengas-Durchtrittsöffnung abgewandten Außenseite der Kathodengas- Abdichtsicke Kathodengasauslässe vorgesehen.
Die Anodengasauslässe können nur an bestimmten Punkten längs des Umfangs der Anodengas-Abdichtsicke angebracht werden, und die Kathodengasauslässe können nur an bestimmten Punkten längs des Umfangs der Kathodengas-Abdichtsicke angeordnet werden. Dies folgt aus der technischen Bedingung, dass die Anodengas-Abdichtsicke beziehungsweise die Kathodengas-Abdichtsicke nicht zu stark geschwächt werden darf, und aus der Bedingung der Umsetzbarkeit in die Umformwerkzeuge, mittels welchen die Anodengasauslässe beziehungsweise die Kathodengasauslässe durch einen Umformvorgang, insbesondere durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, an der Anodengas-Abdichtsicke beziehungsweise an der Kathodengas-Abdichtsicke ausgebildet werden. Die Verteilerkanäle des Anodengas-Verteilbereichs und des Kathodengas-Ver- teilbereichs werden mit dem Anodengas beziehungsweise mit dem Kathoden- gas ungleichmäßig angeströmt, da manche Verteilerkanäle eine der jeweiligen Abdichtsicke zugewandte Mündungsöffnung aufweisen, welche in der Verlängerung eines Anodengasauslasses beziehungsweise eines Kathodengasaus- lasses liegt, so dass in Richtung der Mündungsöffnung eines solchen Verteilerkanals ein hoher Anteil des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases aus dem betreffenden Auslass ausströmt.
Andere Verteilerkanäle weisen der jeweiligen Abdichtsicke zugewandte Mündungsöffnungen auf, welche zwischen den direkten Ausströmpfaden zweier Anodengasauslässe beziehungsweise zweier Kathodengasauslässe liegen, so dass nur ein geringer Anteil des aus den betreffenden Auslässen ausströmenden Anodengases beziehungsweise Kathodengases zu den Mündungsöffnungen dieser Verteilerkanäle gelangt.
Da bei den bekannten Bipolarplatten das Anodengas durch die Verteilerkanäle des Anodengas-Verteilbereichs bis zu dem Anodengas-Strömungsfeld geführt wird, ohne den ursprünglich angeströmten Verteilerkanal zu verlassen, und das Kathodengas durch die Verteilerkanäle des Kathodengas-Verteilbereichs zu dem Kathodengas-Strömungsfeld gelangt, ohne den jeweils ursprünglich angeströmten Verteilerkanal zu verlassen, führt die ungleichmäßige Verteilung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases auf die Mündungsöffnungen der Verteilerkanäle des jeweiligen Verteilbereichs auch zu einer ungleichen Verteilung des Anodengases über die Anodengas-Strömungskanäle des Anodengas-Strömungsfeldes beziehungsweise zu einer ungleichen Verteilung des Kathodengases über die Kathodengas-Strömungskanäle des Kathodengas-Strömungsfeldes. Durch eine solche ungleiche Verteilung des Anodengases und/oder des Kathodengases über die jeweiligen Strömungsfelder des elektrochemisch aktiven Bereichs der Bipolarplatte werden die Leistung und der Wirkungsgrad der elektrochemischen Vorrichtung, in welcher solche Bipolarplatten verwendet werden, verringert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das aus der Anodengas-Durchtrittsöffnung ausströmende Anodengas möglichst gleichmäßig auf die zwischen den Verteilerstrukturen des Anodengas-Verteilbereichs ausgebildeten Verteilerkanäle verteilt wird und/oder das aus der Kathodengas-Durchtrittsöffnung ausströmende Kathodengas möglichst gleichmäßig auf die zwischen den Verteilerstrukturen des Kathodengas-Verteilbereichs ausgebildeten Verteilerkanäle verteilt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Bipolarplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Anodengas-Verteilbereich und/oder der Kathodengas-Verteilbereich jeweils mindestens einen Bypass-Kanal aufweist, durch welchen zwei einander benachbarte Verteilerkanäle in Fluidverbindung miteinander stehen.
Durch die Bypass-Kanäle im Anodengas-Verteilbereich kann Anodengas aus einem Verteilerkanal, in welchen überdurchschnittlich viel Anodengas aus den Anodengasauslässen ausströmt, in einen benachbarten Verteilerkanal strömen, welcher weniger Anodengas aus den Anodengasauslässen erhält.
Ebenso kann durch die Bypass-Kanäle im Kathodengas-Verteilbereich Kathodengas aus einem Verteilerkanal, welcher überdurchschnittlich viel Kathodengas aus den Kathodengasauslässen erhält, in einen benachbarten Verteilerkanal strömen, welcher weniger Kathodengas aus den Kathodengasauslässen erhält. Auf diese Weise wird die Beschickung der Verteilerkanäle mit Anodengas beziehungsweise mit Kathodengas vergleichmäßigt.
Dies hat zur Folge, dass auch die von dem Anodengas-Verteilbereich mit Anodengas versorgten Anodengas-Strömungskanäle des Anodengas-Strömungsfelds beziehungsweise die von dem Kathodengas-Verteilbereich mit Kathodengas versorgten Kathodengas-Strömungskanäle des Kathodengas-Strö- mungsfelds gleichmäßiger mit Anodengas beziehungsweise mit Kathodengas beschickt werden.
Die Verteilerstrukturen, zwischen denen die Verteilerkanäle ausgebildet sind, können beispielsweise als Verteilerstege ausgebildet sein, welche sich im Wesentlichen linear längs einer Längsrichtung der jeweiligen Verteilerstruktur erstrecken.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Bypass-Kanal durch eine lokale Absenkung einer der Verteilerstrukturen gebildet ist.
Die lokale Absenkung entspricht vorzugsweise mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, besonders bevorzugt mindestens 20 %, der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur in einem nicht abgesenkten Abschnitt der Verteilerstruktur.
Dabei wird die Höhe der Verteilerstruktur vorzugsweise ausgehend von einer senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Längsmittelebene der Bipolarplatte gemessen, längs welcher eine anodenseitige Bipolarplattenlage und eine kathodenseitige Bipolarplattenlage der Bipolarplatte aneinander anliegen. Ferner ist es günstig, wenn die lokale Absenkung der Verteilerstruktur, durch welche ein Bypass-Kanal ausgebildet ist, höchstens 95 %, insbesondere höchstens 90 %, besonders bevorzugt höchstens 80 %, beispielsweise höchstens 50 %, der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur in einem nicht abgesenkten Abschnitt der Verteilerstruktur entspricht.
Die lokale Absenkung beträgt vorzugsweise mindestens 20 pm, insbesondere mindestens 40 pm, besonders bevorzugt mindestens 80 pm.
Ferner beträgt die lokale Absenkung vorzugsweise höchstens 380 pm, insbesondere höchstens 360 pm, besonders bevorzugt höchstens 320 pm, beispielsweise höchstens 200 pm.
Die Erstreckung der lokalen Absenkung der Verteilerstruktur in der Längsrichtung der lokal abgesenkten Verteilerstruktur beträgt vorzugsweise höchstens 1,5 mm. Hierdurch wird vermieden, dass ein von der jeweiligen Verteilerstruktur abgestütztes Bauteil einer elektrochemischen Einheit, beispielsweise eine Gasdiffusionslage oder ein Bestandteil einer Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit, von der jeweiligen Verteilerstruktur nicht ausreichend abgestützt wird und sich dadurch in den jeweiligen Bypass-Kanal hinein vorwölbt, wodurch der durchströmbare Querschnitt des betreffenden Bypass-Kanals in nicht erwünschter Weise verringert werden würde.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anodengas-Durchtrittsöffnung von einer Anodengas-Abdichtsicke umgeben ist, an deren der Anodengas-Durchtrittsöffnung abgewandter Außenseite ein Anodengasauslass angeordnet ist, und die Kathodengas-Durchtrittsöffnung von einer Kathodengas-Abdichtsicke umgeben ist, an deren der Kathodengas- Durchtrittsöffnung abgewandter Außenseite ein Kathodengasauslass angeordnet ist. Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung strömt der größte Anteil des aus dem Anodengasauslass ausströmenden Anodengases in einen Verteilerkanal, der im Folgenden als ein Verteilerkanal erster Ordnung des Anodengas- Verteilbereichs bezeichnet wird.
Ferner strömt der größte Anteil des aus dem Kathodengasauslass ausströmenden Kathodengases in einen Verteilerkanal, der im Folgenden als Verteilerkanal erster Ordnung des Kathodengas-Verteilbereichs bezeichnet wird.
Dem jeweiligen Verteilerkanal erster Ordnung sind zwei Verteilerkanäle zweiter Ordnung benachbart, und den jeweiligen Verteilerkanälen zweiter Ordnung ist (außer dem jeweils zugeordneten Verteilerkanal erster Ordnung) jeweils ein Verteilerkanal dritter Ordnung oder ein weiterer Verteilerkanal zweiter Ordnung benachbart.
Im Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung strömt mehr Anodengas beziehungsweise Kathodengas in einen Verteilerkanal erster Ordnung als in einen Verteilerkanal zweiter Ordnung ein, und mehr Anodengas beziehungsweise Kathodengas in einen Verteilerkanal zweiter Ordnung als in einen Verteilerkanal erster Ordnung.
Um diese ungleichmäßige Befüllung der Verteilerkanäle erster bis dritter Ordnung auszugleichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Verteilerkanal erster Ordnung über jeweils einen Bypass-Kanal erster Ordnung in Fluidverbindung mit den beiden benachbarten Verteilerkanälen zweiter Ordnung steht.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verteilerkanäle zweiter Ordnung jeweils über einen Bypass-Kanal zweiter Ordnung in Fluidverbindung mit dem jeweils benachbarten Verteilerkanal dritter Ordnung oder gegebenenfalls mit dem jeweils benachbarten weiteren Verteilerkanal zweiter Ordnung stehen. Dabei ist es für eine gleichmäßige Verteilung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases auf die Verteilerkanäle erster Ordnung bis dritter Ordnung besonders günstig, wenn die Bypass-Kanäle erster Ordnung jeweils einen größeren durchströmbaren Querschnitt aufweisen als die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung.
Der durchströmbare Querschnitt eines Bypass-Kanals wird dabei senkrecht zur Längserstreckung des betreffenden Bypass-Kanals und somit im Wesentlichen parallel zu den Längsrichtungen der durch den Bypass-Kanal miteinander verbundenen Verteilerkanäle sowie parallel zur Stapelrichtung genommen.
Ferner ist es für eine gleichmäßige Verteilung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases auf die Verteilerkanäle erster bis dritter Ordnung günstig, wenn die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung des Verteilerkanals erster Ordnung und senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit den jeweils benachbarten Bypass-Kanälen erster Ordnung überlappen. Auf diese Weise ist es möglich, dass aus einem Bypass-Kanal erster Ordnung ausströmendes Anodengas beziehungsweise Kathodengas ohne Änderung seiner Strömungsrichtung in den benachbarten Bypass-Kanal zweiter Ordnung einströmt.
Unabhängig davon, wie groß die durchströmbaren Querschnitte einander benachbarter Bypass-Kanäle sind, ist es für eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases auf die Verteilerkanäle des Anodengas-Verteilbereichs beziehungsweise des Kathodengas-Ver- teilbereichs günstig, wenn mindestens ein Bypass-Kanal sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung der Verteilerstruktur, an welcher der betreffende Bypass-Kanal ausgebildet ist, und senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit zumindest einem Bypass-Kanal, der in einer benachbarten Verteilerstruktur ausgebildet ist, überlappt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehr als die Hälfte der gerichteten Verteilerstrukturen des Anodengas-Verteilbereichs und/oder mehr als die Hälfte der gerichteten Verteilerstrukturen des Ka- thodengas-Verteilbereichs mit jeweils mindestens einem Bypass-Kanal versehen ist.
Besonders günstig für eine gleichmäßige Verteilung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases ist es, wenn alle gerichteten Verteilerstrukturen des Anodengas-Verteilbereichs und/oder alle gerichteten Verteilerstrukturen des Kathodengas-Verteilbereichs mit jeweils mindestens einem Bypass-Kanal versehen sind.
Eine weitere Vergleichmäßigung der Beschickung des Anodengas-Strömungsfelds mit Anodengas beziehungsweise des Kathodengas-Strömungsfelds mit Kathodengas kann erzielt werden, wenn mindestens eine Verteilerstruktur des Anodengas-Verteilbereichs und/oder mindestens eine Verteilerstruktur des Kathodengas-Verteilbereichs mit zwei oder mehr, in der Längsrichtung der jeweiligen Verteilerstruktur voneinander beabstandeten, Bypass-Kanälen versehen ist.
Ein an einer Verteilerstruktur ausgebildeter Bypass-Kanal liegt vorzugsweise näher an einem der Anodengas-Durchtrittsöffnung beziehungsweise der Ka- thodengas-Durchtrittsöffnung zugewandten Ende der betreffenden Verteilerstruktur als an einem dem elektrochemisch aktiven Bereich der Bipolarplatte zugewandten Ende der betreffenden Verteilerstruktur.
Ferner ist es von Vorteil, wenn mindestens eine Verteilerstruktur des Anodengas-Verteilbereichs und/oder mindestens eine Verteilerstruktur des Kathodengas-Verteilbereichs mit einem Bypass-Kanal versehen ist, dessen Abstand von einem dem elektrochemisch aktiven Bereich der Bipolarplatte abgewandten Ende der jeweiligen Verteilerstruktur längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur größer ist als die Ausdehnung des Bypasskanals längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Einheiten umfasst, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und jeweils eine erfindungsgemäße Bipolarplatte umfassen.
Eine solche elektrochemische Vorrichtung kann beispielsweise als eine Brennstoffzellenvorrichtung oder als ein Elektrolyseur ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine solche elektrochemische Vorrichtung als eine Poly- merelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzellenvorrichtung ausgebildet sein. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Einheiten umfasst, welche längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen, wobei die Bipolarplatte eine Anodengas- Durchtrittsöffnung, welche einen Bestandteil eines Anodengas- Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung durch die elektrochemische Vorrichtung erstreckt, eine Kathodengas-Durchtritts- öffnung, welche einen Bestandteil eines Kathodengas-Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung durch die elektrochemische Vorrichtung erstreckt, einen elektrochemisch aktiven Bereich der Bipolarplatte, welcher ein von dem Anodengas durchströmbares Anodengas-Strömungsfeld und ein von dem Kathodengas durchström bares Kathodengas-Strömungsfeld umfasst, einen Anodengas-Verteilbereich, über welchen die Anodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Anodengas-Strömungsfeld steht, und einen Kathodengas-Verteilbereich, über weichen die Kathodengas-Durchtrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem Kathodengas-Strömungsfeld steht, umfasst, wobei der Anodengas-Verteilbereich und der Kathodengas-Verteilbereich sich längs einer Strömungsrichtung des Anodengases beziehungsweise des Kathodengases erstreckende gerichtete Verteilerstrukturen umfassen, welche zwischen jeweils zwei Verteilerstrukturen ausgebildete Verteilerkanäle begrenzen, und wobei der Anodengas-Verteilbereich und der Kathodengas-Verteilbereich jeweils mehrere Bypass-Kanäle aufweisen, durch welche jeweils zwei einander benachbarte Verteilerkanäle in Fluidverbindung miteinander stehen, mit der Blickrichtung auf die Anodenseite der Bipolarplatte;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des linken Endbereichs der Bipolarplatte aus Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 3 dargestellten Bereichs der Bipolarplatte, mit der Blickrichtung auf die Anodenseite der Bipolarplatte;
Fig. 5 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 4 parallel zu einer Verteilerstruktur des Anodengas- Verteilbereichs, längs der Linie 5 - 5 in Fig. 3;
Fig. 6 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 4, quer zu Verteilerstrukturen des Anodengas-Verteilbereichs, längs der Linie 6 - 6 in Fig. 3;
Fig. 7 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 4, quer zu Verteilerstrukturen des Anodengas-Verteilbereichs, im Bereich von Bypass-Kanälen des Anodengas-Verteilbereichs, längs der Linie 7 - 7 in Fig. 3; Fig. 8 eine Draufsicht auf die Bipolarplatte aus Fig. 1 längs der Stapelrichtung, mit der Blickrichtung auf die Kathodenseite der Bipolarplatte;
Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung des linken Endbereichs der Bipolarplatte aus Fig. 8;
Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus Fig. 9;
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 10 dargestellten Bereichs der Bipolarplatte, mit der Blickrichtung auf die Kathodenseite der Bipolarplatte;
Fig. 12 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 11, parallel zu einer Verteilerstruktur des Ka- thodengas-Verteilbereichs, längs der Linie 12 - 12 in Fig. 10;
Fig. 13 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 11, quer zu Verteilerstrukturen des Kathodengas- Verteilbereichs, längs der Linie 13 - 13 in Fig. 10; und
Fig. 14 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch die Bipolarplatte aus den Fig. 1 bis 11, quer zu Verteilerstrukturen des Kathodengas- Verteilbereichs, im Bereich von Bypass-Kanälen des Kathodengas- Verteilbereichs, längs der Linie 14 - 14 in Fig. 10.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine in den Fig. 1 bis 14 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Bipolarplatte bildet einen Bestandteil einer (nicht als Ganzes dargestellten) elektrochemischen Einheit 102, welche außer der Bipolarplatte 100 eine Membran- Elektroden-Anordnung, Gasdiffusionslagen und eine Dichtungsanordnung umfassen kann.
Mehrere solcher elektrochemischer Einheiten 102 folgen längs einer Stapelrichtung 104 aufeinander, um einen Stapel aus elektrochemischen Einheiten 102 zu bilden, welcher ein Bestandteil einer elektrochemischen Vorrichtung 106, beispielsweise einer Brennstoffzellenvorrichtung, ist.
Die Bipolarplatte 100 weist eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf, wobei sich lange Seiten 107 der Bipolarplatte 100 längs einer Längsrichtung 108 und kurze Seiten 109 der Bipolarplatte 100 längs einer Querrichtung 110 der Bipolarplatte 100 erstrecken.
Die Längsrichtung 108 und die Querrichtung 110 sind vorzugsweise senkrecht zueinander und senkrecht zu der Stapelrichtung 104 ausgerichtet.
Die Längsrichtung 108 wird auch als die x-Richtung bezeichnet, die Querrichtung 110 wird als die y-Richtung bezeichnet, und die Stapelrichtung 104 wird als die z-Richtung bezeichnet.
Die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung spannen ein rechtwinkliges Koordinatensystem auf.
Die Bipolarplatte 100 weist zwei Endbereiche 112 und einen zwischen den Endbereichen 112 liegenden elektrochemisch aktiven Bereich 114 auf.
Der elektrochemisch aktive Bereich 114 der Bipolarplatte 100 umfasst ein von einem Anodengas durchströmbares Anodengas-Strömungsfeld 116, ein von einem Kathodengas durchströmbares Kathodengas-Strömungsfeld 118 und ein von einem Kühlmittel durchströmbares Kühlmittel-Strömungsfeld 120. Die Bipolarplatte 100 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zweilagig ausgebildet und umfasst eine anodenseitige Bipolarplattenlage 122, an welcher das Anodengas-Strömungsfeld 116 ausgebildet ist, und eine ka- thodenseitige Bipolarplattenlage 124, an welcher das Kathodengas-Strö- mungsfeld 118 ausgebildet ist.
Die Bipolarplattenlagen 122 und 124 bestehen aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, vorzugsweise aus einem metallischen Material.
Die Bipolarplattenlagen 122 und 124 sind längs (zeichnerisch nicht dargestellter) Fügelinien stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, insbesondere durch Laserschweißung.
Das Anoden-Strömungsfeld 116 der Bipolarplatte 100 steht - gegebenenfalls über eine anodenseitige Gasdiffusionslage - in Fluidverbindung mit einer anodenseitigen Elektrode einer Membran-Elektroden-Anordnung.
Das Kathoden-Strömungsfeld 118 der Bipolarplatte 100 steht - gegebenenfalls über eine kathodenseitige Gasdiffusionslage - in Fluidverbindung mit einer ka- thodenseitigen Elektrode einer Membran-Elektroden-Anordnung.
Somit können Anodengas und Kathodengas aus dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 zu den elektrochemisch aktiven Bereichen jeweils einer Membran-Elektroden-Anordnung gelangen. Deshalb wird der mit dem Anodengas-Strömungsfeld 116 und dem Kathodengas-Strömungsfeld 118 versehene Bereich der Bipolarplatte 100 als deren elektrochemisch aktiver Bereich 114 bezeichnet, obwohl an der Bipolarplatte 100 selbst keine elektrochemischen Reaktionen stattfinden. Das Anodengas-Strömungsfeld 116 umfasst Anodengas-Strömungskanäle 126, deren Hauptströmungsrichtung parallel zu der Längsrichtung 108 (x-Richtung) der Bipolarplatte 100 ausgerichtet ist.
Das Kathodengas-Strömungsfeld 118 umfasst Kathodengas-Strömungskanäle 128, deren Hauptströmungsrichtung sich parallel zu der Längsrichtung 108 (x-Richtung) der Bipolarplatte 100 erstreckt.
In ihren Endbereichen 112, von denen in den Fig. 2 bis 7 und 9 bis 14 ein erster Endbereich 112a dargestellt ist, weist die Bipolarplatte 100 jeweils mehrere Medium-Durchtrittsöffnungen 130 auf, durch welche jeweils ein der elektrochemischen Vorrichtung 106 zuzuführendes fluides Medium (ein Anodengas (Brenngas, beispielsweise Wasserstoff), ein Kathodengas (Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff oder Luft) oder ein Kühlmittel (beispielsweise Wasser)) durch die Bipolarplatte 100 hindurchtreten kann. Die Medium-Durch- trittsöffn ungen 130 der im Stapel aus elektrochemischen Einheiten 102 aufeinanderfolgenden Bipolarplatten 100 und die in der Stapelrichtung 104 zwischen den Medium-Durchtrittsöffnungen 130 liegenden Zwischenräume bilden zusammen jeweils einen Mediumkanal 132.
Jedem der Mediumkanäle 132 in einem der Endbereiche 112 der Bipolarplatte 100, durch welchen ein fluides Medium der elektrochemischen Vorrichtung 100 zuführbar ist, ist jeweils ein anderer Mediumkanal 132 in dem jeweils gegenüberliegenden Endbereich 112 zugeordnet, durch welchen das betreffende fluide Medium aus der elektrochemischen Vorrichtung 106 abführbar ist.
Dabei gelangen die fluiden Medien durch das Anodengas-Strömungsfeld 116, das Kathodengas-Strömungsfeld 118 bzw. das Kühlmittel-Strömungsfeld 120 im elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 von dem einen Endbereich 112 zu dem anderen Endbereich 112. In dem in den Fig. 2 bis 7 und 9 bis 14 dargestellten ersten Endbereich 112a der Bipolarplatte 100 sind eine Anodengas-Durchtrittsöffnung 134, eine Ka- thodengas-Durchtrittsöffnung 136 und eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 angeordnet.
Dabei kann jede dieser Durchtrittsöffnungen 134, 136 und 138 grundsätzlich wahlweise der Zufuhr des betreffenden Mediums zu der elektrochemischen Vorrichtung 106 oder der Abfuhr des betreffenden Mediums aus der elektrochemischen Vorrichtung 106 dienen.
Grundsätzlich kann jedes der drei Medien Anodengas, Kathodengas und Kühlmittel den elektrochemisch aktiven Bereich 114 parallel zu den jeweils anderen Medien oder mit entgegengesetzter Hauptströmungsrichtung in Bezug auf die Hauptströmungsrichtungen von einem oder zwei der anderen Medien durchströmen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle im ersten Endbereich 112a der Bipolarplatte 100 angeordneten Durchtrittsöffnungen 134, 136 und 138 der Zufuhr des jeweiligen Mediums zu der elektrochemischen Vorrichtung 106 und die im zweiten Endbereich 112b der Bipolarplatte 100 angeordneten Durchtrittsöffnungen 134, 136 und 138 der Abfuhr des jeweiligen Mediums aus der elektrochemischen Vorrichtung 106 dienen.
Um ein unerwünschtes Austreten der fluiden Medien aus den jeweils zugeordneten Durchtrittsöffnungen 134, 136 und 138 zu verhindern, ist jede dieser Durchtrittsöffnungen mit jeweils einer Abdichtsicke 140 versehen.
Die Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 ist von einer Anodengas-Abdichtsicke 142 umgeben. Um das Anodengas aus der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 dem Anodengas-Strömungsfeld 136 zuführen zu können, ist die Anodengas-Abdichtsicke 142 an ihrer der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 zugewandten Innenseite mit mehreren Anodengaseinlässen 144 versehen, durch welche Anodengas aus der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 in den Innenraum der Anodengas-Ab- dichtsicke 142 einströmen kann (siehe Fig. 2).
Die Anodengaseinlässe 144 münden jeweils an einem Rand 146 der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134.
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rand 146 der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 viereckig ausgebildet; der polygonale Rand 146 der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 kann aber auch mehr oder weniger als vier Ecken aufweisen.
Die Ecken der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 sind vorzugsweise gerundet ausgebildet, um ein Einreißen der Bipolarplattenlagen 122 und 124 im Bereich dieser Ecken zu vermeiden.
Um ein Austreten des Anodengases aus dem Innenraum der Anodengas-Ab- dichtsicke 142 zu ermöglichen, ist die Anodengas-Abdichtsicke 142 an ihrer der Anodengas-Durchtrittsöffnung 134 abgewandten Außenseite mit mehreren Anodengasauslässen 154 versehen.
Die Anodengasauslässe 154 sind vorzugsweise an einem Abschnitt 156 der Anodengas-Abdichtsicke 142 angeordnet, welcher dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 zugewandt ist.
Die Anodengaseinlässe 144, welche an demselben Abschnitt 156 der Anodengas-Abdichtsicke 142 angeordnet sind, sind vorzugsweise längs der Umfangsrichtung der Anodengas-Abdichtsicke 142 gegenüber den Anodengasauslässen 154 versetzt. Das Anodengas strömt durch die Anodengasauslässe 154 an dem Abschnitt 156 der Anodengas-Abdichtsicke 142 in einen Anodengas-Verteilbereich 170 aus, welcher dazu dient, das Anodengas möglichst gleichmäßig auf die Anodengas-Strömungskanäle 126 des Anodengas-Strömungsfelds 116 zu verteilen.
Der Anodengas-Verteilbereich 170 umfasst jeweils mehrere gerichtete Verteilerstrukturen 172 und mehrere ungerichtete Verteilerstrukturen 174, welche dazu dienen, das Anodengas aus seiner ursprünglichen Strömungsrichtung abzulenken.
Dabei sind die gerichteten Verteilerstrukturen 172 beispielsweise als sich im Wesentlichen linear erstreckende Verteilerstege 176 ausgebildet.
Die ungerichteten Verteilerstrukturen 174 sind beispielsweise als im Wesentlichen napfförmige Verteilernoppen 178 ausgebildet.
Die Verteilerstrukturen 172 und 174 sind, ebenso wie alle anderen vorstehend und nachstehend beschriebenen Strukturen der Bipolarplatte 100, vorzugsweise einstückig mit dem Material der Bipolarplattenlagen 122 oder 124 ausgebildet und in die jeweilige Bipolarplattenlage 122 bzw. 124 durch einen Umformvorgang, beispielsweise durch einen Prägevorgang oder einen Tiefziehvorgang, eingebracht.
Die Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 ist von einer Kathodengas-Abdicht- sicke 162 umgeben.
Die Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 ist von einer Kühlmittel-Abdichtsicke 164 umgeben.
Nahe des äußeren Randes 180 der Bipolarplatte 100 läuft eine ringförmig geschlossene Randsicke 182 um. Die Randsicke 182 umschließt den elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100, die Anodengas-Durchtrittsöffnungen 134 und die Anodengas-Abdichtsicken 142 in beiden Endbereichen 112, die Kathodengas-Durch- trittsöffnungen 136 und die Kathodengas-Abdichtsicken 162 in beiden Endbereichen 112 und die Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 138 und die Kühlmittel- Abdichtsicken 164 in beiden Endbereichen 112 der Bipolarplatte 100.
Die Randsicke 182 dient dazu, ein Austreten der der elektrochemischen Vorrichtung 106 zuzuführenden Medien, insbesondere des Anodengases, des Ka- thodengases und des Kühlmittels, aus den elektrochemischen Einheiten 102 in den Außenraum 184 der elektrochemischen Vorrichtung 106 zu verhindern.
Um das Kathodengas aus der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 durch die Kathodengas-Abdichtsicke 162 ausströmen lassen zu können, ist die Katho- dengas-Abdichtsicke 162 an ihrer der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 zugewandten Innenseite mit mehreren Kathodengaseinlässen 194 versehen (siehe insbesondere Fig. 9).
Durch die Kathodengaseinlässe 194 gelangt Kathodengas aus der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 in den Innenraum der Kathodengas-Abdichtsicke 162.
Die Kathodengaseinlässe 194 münden vorzugsweise an dem Rand 198 der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136.
In der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform ist der Rand 198 der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 viereckig ausgebildet. Die Anzahl der Ecken des polygonalen Randes 198 kann aber auch kleiner oder größer als vier sein. Kathodengasauslässe 214, welche an der der Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 abgewandten Außenseite der Kathodengas-Abdichtsicke 162 angeordnet sind und durch welche das Kathodengas aus dem Innenraum der Kathodengas-Abdichtsicke 162 ausströmt, sind vorzugsweise alle an einem Abschnitt 200 der Kathodengas-Abdichtsicke 162 angeordnet, welcher dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 zugewandt ist.
Vorzugsweise sind die Kathodengaseinlässe 194, welche an demselben Abschnitt 200 der Kathodengas-Abdichtsicke 162 angeordnet sind, längs der Umfangsrichtung der Kathodengas-Abdichtsicke 162 gegenüber den Kathodengas- auslässen 214 versetzt angeordnet.
Vorzugsweise sind an der Kathodengas-Abdichtsicke 162 insgesamt zwei oder mehr, insbesondere vier oder mehr, besonders bevorzugt sechs oder mehr, im dargestellten Ausführungsbeispiel acht, Kathodengasauslässe 214 vorgesehen.
Durch die Kathodengasauslässe 214 strömt das Kathodengas in einen Katho- dengas-Verteilbereich 216 der Bipolarplatte 100 aus, welcher dazu dient, das Kathodengas möglichst gleichmäßig auf die Kathodengas-Strömungskanäle 128 des Kathodengas-Strömungsfelds 118 zu verteilen.
Zu diesem Zweck umfasst der Kathodengas-Verteilbereich Verteilerstrukturen 218, welche als gerichtete Verteilerstrukturen 220 oder als ungerichtete Verteilerstrukturen 221 ausgebildet sind.
Die gerichteten Verteilerstrukturen 220 sind vorzugsweise als sich linear erstreckende Verteilerstege 222 ausgebildet.
Die ungerichteten Verteilerstrukturen 221 sind beispielsweise als im Wesentlichen napfförmige Verteilernoppen 223 ausgebildet. Um das Kühlmittel aus der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 in das Kühlmittel-Strömungsfeld 120 der Bipolarplatte 100 ausströmen zu lassen, ist die Kühlmittel-Abdichtsicke 164 an ihrer der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 zugewandten Innenseite mit mehreren Kühlmitteleinlässen 224 versehen (siehe insbesondere Fig. 2).
Durch die Kühlmitteleinlässe 224 gelangt das Kühlmittel aus der Kühlmittel- Durchtrittsöffnung 138 in den Innenraum der Kühlmittel-Abdichtsicke 164.
Der Rand 228 der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 ist bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform viereckig ausgebildet. Die Anzahl der Ecken des polygonalen Randes 228 der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 kann aber auch größer oder kleiner als vier sein.
Kühlmittelauslässe 225, welche an der der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138 abgewandten Außenseite der Kühlmittel-Abdichtsicke 164 angeordnet sind und durch welche das Kühlmittel aus dem Innenraum der Kühlmittel-Abdichtsicke 164 ausströmt, sind vorzugsweise alle an einem Abschnitt 230 der Kühlmittel- Abdichtsicke 164 angeordnet, welcher dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 114 zugewandt ist.
Vorzugsweise sind die Kühlmitteleinlässe 224, welche an demselben Abschnitt 230 der Kühlmittel-Abdichtsicke 164 angeordnet sind, längs der Umfangsrichtung der Kühlmittel-Abdichtsicke 164 gegenüber den Kühlmittelauslässen 225 versetzt angeordnet.
Durch die Kühlmittelauslässe 225 strömt das Kühlmittel in einen Kühlmittel- Verteilbereich 242 der Bipolarplatte 100 aus, welcher dazu dient, das Kühlmittel möglichst gleichmäßig auf die Kühlmittel-Strömungskanäle des Kühlmittel-Strömungsfelds zu verteilen. In diesem Kühlmittel-Verteilbereich 242 sind die anodenseitige Bipolarplattenlage 122 und die kathodenseitige Bipolarplattenlage 124 so gegenüber einer senkrecht zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Längsmittelebene der Bipolarplatte 100 in einander entgegengesetzte Richtungen längs der Stapelrichtung 104 versetzt, dass für die Strömung des Kühlmittels durch den Kühlmittel-Verteilbereich 242 ein großer durchströmbarer Querschnitt zur Verfügung steht.
Die Bipolarplatte 100 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Rotation um 180° um eine durch den Mittelpunkt des elektrochemisch aktiven Bereichs 114 der Bipolarplatte 100 und parallel zur Stapelrichtung 104 (z-Richtung) verlaufende Drehachse ausgebildet.
Die im zweiten Endbereich 112b angeordneten Medium-Durchtrittsöffnungen 130, insbesondere die dort angeordnete Anodengas-Durchtrittsöffnung 134, die dort angeordnete Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 und die dort angeordnete Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 138, sind daher vorzugsweise im Wesentlichen genauso aufgebaut und angeordnet wie die Anodengas-Durchtrittsöffnung 134, die Kathodengas-Durchtrittsöffnung 136 bzw. die Kühlmittel- Durchtrittsöffnung 138 im ersten Endbereich 112a, welche vorstehend beschrieben worden sind.
Mit der in den Fig. 1 bis 14 dargestellten und vorstehend beschriebenen Bipolarplatte 100 wird angestrebt, das aus den Anodengasauslässen 154 an der Anodengas-Abdichtsicke 142 ausströmende Anodengas möglichst gleichmäßig auf die zwischen den gerichteten Verteilerstrukturen 172 ausgebildeten Verteilerkanäle 173 des Anodengas-Verteilbereichs 170 zu verteilen und das aus den Kathodengasauslässen 214 an der Kathodengas-Abdichtsicke 162 ausströmende Kathodengas möglichst gleichmäßig auf die zwischen den gerichteten Verteilerstrukturen 220 ausgebildeten Verteilerkanäle 219 des Kathoden- gas-Verteilbereichs 216 zu verteilen. Zu diesem Zweck sind an den Verteilerstrukturen 132 des Anodengas-Verteilbereichs 170 jeweils Bypass-Kanäle 288 ausgebildet, durch welche jeweils zwei einander benachbarte Verteilerkanäle 173 des Anodengas-Verteilbereichs 170 in Fluidverbindung miteinander stehen (siehe insbesondere die Fig. 3, 4 und 7).
Ebenso ist an den Verteilerstrukturen 220 des Kathodengas-Verteilbereichs 216 jeweils ein Bypass-Kanal 288 ausgebildet, durch welchen jeweils zwei einander benachbarte Verteilerkanäle 219 des Kathodengas-Verteilbereichs 216 in Fluidverbindung miteinander stehen.
Durch die Bypass-Kanäle 288 im Anodengas-Verteilbereich 170 kann Anodengas aus einem Verteilerkanal 173, in welchen überdurchschnittlich viel Anodengas aus den Anodengasauslässen 154 ausströmt, in einen benachbarten Verteilerkanal 173 strömen, welcher weniger Anodengas aus den Anodengasauslässen 154 erhält.
Ebenso kann durch die Bypass-Kanäle 288 im Kathodengas-Verteilbereich 216 Kathodengas aus einem Verteilerkanal 219, welcher überdurchschnittlich viel Kathodengas aus den Kathodengasauslässen 214 erhält, in einen benachbarten Verteilerkanal 219 strömen, welcher weniger Kathodengas aus den Kathodengasauslässen 214 erhält.
Auf diese Weise wird die Beschickung der Verteilerkanäle 173, 219 mit Anodengas beziehungsweise mit Kathodengas vergleichmäßigt.
Dies hat zur Folge, dass auch die von dem Anodengas-Verteilbereich 170 mit Anodengas versorgten Anodengas-Strömungskanäle 126 des Anodengas-Strömungsfelds 116 beziehungsweise die von dem Kathodengas-Verteilbereich 216 mit Kathodengas versorgten Kathodengas-Strömungskanäle 128 des Ka- thodengas-Strömungsfelds 118 gleichmäßiger mit Anodengas beziehungsweise mit Kathodengas beschickt werden. Wie am besten aus den perspektivischen Darstellungen der Fig. 4 und 11 zu ersehen ist, sind die Bypass-Kanäle 288 durch eine lokale Absenkung der Verteilerstruktur 172 beziehungsweise 220, an welcher der betreffende Bypass- Kanal 288 ausgebildet ist, gebildet.
Dabei entspricht die lokale Absenkung der Verteilerstruktur 172, 220 vorzugsweise mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, besonders bevorzugt mindestens 20 %, der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur 172, 220 in einem nicht abgesenkten Abschnitt 290 der betreffenden Verteilerstruktur 172, 220, der dem jeweiligen Bypass-Kanal 288 benachbart ist.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die lokale Absenkung der Verteilerstruktur 172, 220, an welcher der betreffende Bypass-Kanal 288 ausgebildet ist, höchstens 95 %, insbesondere höchstens 90 %, besonders bevorzugt höchstens 80 %, beispielsweise höchstens 50 %, der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur 172, 220 in einem nicht abgesenkten Abschnitt 290 der betreffenden Verteilerstruktur 172, 220 entspricht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die lokale Absenkung mindestens 20 pm, insbesondere mindestens 40 pm, besonders bevorzugt mindestens 80 pm, beträgt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die lokale Absenkung höchstens 380 pm, insbesondere höchstens 360 pm, besonders bevorzugt höchstens 320 pm, beispielsweise höchstens 200 pm, beträgt.
Die Erstreckung der lokalen Absenkung und damit des Bypass-Kanals 288 in der Längsrichtung der jeweils lokal abgesenkten Verteilerstruktur 172, 220 beträgt vorzugsweise höchstens 1,5 mm. Hierdurch wird vermieden, dass ein von der jeweiligen Verteilerstruktur 172, 220 abgestütztes Bauteil einer elektrochemischen Einheit 102, beispielsweise eine Gasdiffusionslage oder ein Bestandteil einer Dichtungsanordnung einer elektrochemischen Einheit 102, von der jeweiligen Verteilerstruktur 172, 220 nicht ausreichend abgestützt wird und sich dadurch in den jeweiligen Bypass-Kanal 288 hinein vorwölbt, wodurch der durchströmbare Querschnitt des betreffenden Bypass-Kanals 288 in nicht erwünschter Weise verringert werden würde.
Jedem Anodengasauslass 154 an der Anodengas-Abdichtsicke 142 ist jeweils ein Verteilerkanal erster Ordnung 173a des Anodengas-Verteilbereichs 170 zugeordnet, welcher relativ zu dem Anodengasauslass 154 so angeordnet und ausgerichtet ist, dass der größte Anteil des aus dem Anodengasauslass 154 ausströmenden Anodengases in diesen Verteilerkanal erster Ordnung 173a einströmt.
Jedem Verteilerkanal erster Ordnung 173a des Anodengas-Verteilbereichs 170 sind jeweils zwei Verteilerkanäle zweiter Ordnung 173b benachbart, und jedem der Verteilerkanäle zweiter Ordnung 173b ist jeweils ein Verteilerkanal dritter Ordnung 173c benachbart, wobei jeder Verteilerkanal zweiter Ordnung 173b weniger Anodengas aus den Anodengasauslässen 154 erhält als ein Verteilerkanal erster Ordnung 173a, und wobei jeder Verteilerkanal dritter Ordnung 173c weniger Anodengas aus den Anodengasauslässen 154 erhält als ein Verteilerkanal zweiter Ordnung 173b.
Jeder Verteilerkanal erster Ordnung 173a steht über jeweils einen Bypass-Kanal erster Ordnung 288a in Fluidverbindung mit einem der benachbarten Verteilerkanäle zweiter Ordnung 173b.
Jeder der Verteilerkanäle zweiter Ordnung 173b steht über jeweils einen Bypass-Kanal zweiter Ordnung 288b in Fluidverbindung mit einem benachbarten Verteilerkanal dritter Ordnung 173c.
Verteilerkanäle dritter Ordnung 173c können über jeweils einen Bypass-Kanal dritter Ordnung 288c in Fluidverbindung mit einem benachbarten weiteren Verteilerkanal dritter Ordnung 173c stehen. Um das Anodengas möglichst gleichmäßig auf die Verteilerkanäle unterschiedlicher Ordnung 173a, 173b und 173c zu verteilen, muss durch die Bypass-Kanäle erster Ordnung 288a mehr Anodengas strömen als durch die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b.
Die Bypass-Kanäle erster Ordnung 288a weisen daher jeweils einen größeren durchströmbaren Querschnitt auf als die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b.
Die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b weisen vorzugsweise einen größeren durchströmbaren Querschnitt auf als die Bypass-Kanäle dritter Ordnung 288c.
Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, überlappen sich die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b - in einer senkrecht zur Längsrichtung des Verteilerkanals erster Ordnung 173a und senkrecht zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit den jeweils benachbarten Bypass-Kanälen erster Ordnung 288a.
Hierdurch ist gewährleistet, dass das Anodengas, welches durch einen Bypass- Kanal erster Ordnung 288a geströmt ist, ohne Änderung der Strömungsrichtung oder mit einer nur geringen Änderung der Strömungsrichtung auch den Bypass-Kanal zweiter Ordnung 288b durchströmen kann.
Aus demselben Grund ist es günstig, dass die Bypass-Kanäle 288 sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung der Verteilerstruktur 172, in welcher die Bypass-Kanäle 288 jeweils ausgebildet sind, und senkrecht zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Richtung - zumindest teilweise mit zumindest einem Bypass-Kanal 288, der in einer benachbarten Verteilerstruktur 172 ausgebildet ist, überlappen. Die Abstände der Bypasskanäle 288 von einem dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 abgewandten Ende 292 der jeweiligen Verteilerstruktur 172, an welcher der betreffende Bypass-Kanal 288 ausgebildet ist, längs der Längsrichtung dieser Verteilerstruktur 172, ist größer als die Ausdehnung des betreffenden Bypass-Kanals 288 längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur 172.
Jedem Kathodengasauslass 214 an der Kathodengas-Abdichtsicke 162 ist jeweils ein Verteilerkanal erster Ordnung 219a des Kathodengas-Verteilbereichs 216 zugeordnet, welcher relativ zu dem Kathodengasauslass 214 so angeordnet und ausgerichtet ist, dass der größte Anteil des aus dem Kathodengasauslass 214 ausströmenden Kathodengases in diesen Verteilerkanal erster Ordnung 219a einströmt.
Jedem Verteilerkanal erster Ordnung 219a des Kathodengas-Verteilbereichs 216 sind jeweils zwei Verteilerkanäle zweiter Ordnung 219b benachbart, und jedem der Verteilerkanäle zweiter Ordnung 219b kann jeweils ein weiterer Verteilerkanal zweiter Ordnung 219b benachbart sein, wobei jeder Verteilerkanal zweiter Ordnung 219b weniger Kathodengas aus den Kathodengasaus- lässen 214 erhält als ein Verteilerkanal erster Ordnung 219a.
Jeder Verteilerkanal erster Ordnung 219a steht über jeweils einen Bypass-Kanal erster Ordnung 288a in Fluidverbindung mit einem der benachbarten Verteilerkanäle zweiter Ordnung 219b.
Verteilerkanäle zweiter Ordnung 219b können über jeweils einen Bypass-Kanal zweiter Ordnung 288b in Fluidverbindung mit einem benachbarten weiteren Verteilerkanal zweiter Ordnung 219b stehen.
Um das Kathodengas möglichst gleichmäßig auf die Verteilerkanäle unterschiedlicher Ordnung 219a und 219b zu verteilen, muss durch die Bypass-Kanäle erster Ordnung 288a mehr Kathodengas strömen als durch die Bypass- Kanäle zweiter Ordnung 288b. Die Bypass-Kanäle erster Ordnung 288a weisen daher jeweils einen größeren durchströmbaren Querschnitt auf als die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b.
Wie am besten aus Fig. 10 zu ersehen ist, überlappen sich die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung 288b - in einer senkrecht zur Längsrichtung des Verteilerkanals erster Ordnung 219a und senkrecht zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit den jeweils benachbarten Bypass-Kanälen erster Ordnung 288a.
Hierdurch ist gewährleistet, dass das Kathodengas, welches durch einen Bypass-Kanal erster Ordnung 288a geströmt ist, ohne Änderung der Strömungsrichtung oder mit einer nur geringen Änderung der Strömungsrichtung auch den Bypass-Kanal zweiter Ordnung 288b durchströmen kann.
Aus demselben Grund ist es günstig, dass die Bypass-Kanäle 288 sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung der Verteilerstruktur 220, in welcher die Bypass-Kanäle 288 jeweils ausgebildet sind, und senkrecht zur Stapelrichtung 104 ausgerichteten Richtung - zumindest teilweise mit zumindest einem Bypass-Kanal 288, der in einer benachbarten Verteilerstruktur 220 ausgebildet ist, überlappen.
Die Abstände der Bypasskanäle 288 von einem dem elektrochemisch aktiven Bereich 114 der Bipolarplatte 100 abgewandten Ende 292 der jeweiligen Verteilerstruktur 220, an welcher der betreffende Bypass-Kanal 288 ausgebildet ist, längs der Längsrichtung dieser Verteilerstruktur 220, ist größer als die Ausdehnung des betreffenden Bypass-Kanals 288 längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur 220.

Claims

Patentansprüche Bipolarplatte für eine elektrochemische Einheit (102) einer elektrochemischen Vorrichtung (106), die mehrere elektrochemische Einheiten (102) umfasst, welche längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander folgen, wobei die Bipolarplatte (100) Folgendes umfasst: eine Anodengas-Durchtrittsöffnung (134), welche einen Bestandteil eines Anodengas-Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung (104) durch die elektrochemische Vorrichtung (106) erstreckt; eine Kathodengas-Durchtrittsöffnung (136), welche einen Bestandteil eines Kathodengas-Kanals bildet, der sich längs der Stapelrichtung (104) durch die elektrochemische Vorrichtung (106) erstreckt; einen elektrochemisch aktiven Bereich (114) der Bipolarplatte (100), welcher ein von dem Anodengas durchström bares Anodengas-Strömungsfeld (116) und ein von dem Kathodengas durchströmbares Kathodengas-Strömungsfeld (118) umfasst; einen Anodengas-Verteilbereich (170), über welchen die Anodengas-Durchtrittsöffnung (134) in Fluidverbindung mit dem Anodengas-Strömungsfeld (116) steht; und einen Kathodengas-Verteilbereich (216), über welchen die Kathodengas-Durchtrittsöffnung (136) in Fluidverbindung mit dem Kathodengas-Strömungsfeld (118) steht; wobei der Anodengas-Verteilbereich (170) und/oder der Kathodengas- Verteilbereich (216) sich längs einer Strömungsrichtung des Anodengases bzw. des Kathodengases erstreckende Verteilerstrukturen (172, 220) umfasst, welche zwischen jeweils zwei Verteilerstrukturen (172, 220) ausgebildete Verteilerkanäle (173, 219) begrenzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Anodengas-Verteilbereich (170) und/oder der Kathodengas-Ver- teilbereich (216) jeweils mindestens einen Bypass-Kanal (288) aufweist, durch welchen zwei einander benachbarte Verteilerkanäle (173, 219) in Fluidverbindung miteinander stehen. Bipolarplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bypass-Kanal (288) durch eine lokale Absenkung einer der Verteilerstrukturen (172, 220) gebildet ist. Bipolarplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absenkung mindestens 5 % der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur (172, 220) in einem nicht abgesenkten Abschnitt (290) der Verteilerstruktur (172, 220) entspricht. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absenkung höchstens 95 % der Höhe der lokal abgesenkten Verteilerstruktur (172, 220) in einem nicht abgesenkten Abschnitt (290) der Verteilerstruktur (172, 220) entspricht. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absenkung mindestens 20 pm beträgt. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Absenkung höchstens 380 pm beträgt. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der lokalen Absenkung in der Längsrichtung der lokal abgesenkten Verteilerstruktur (172, 220) höchstens 1,5 mm beträgt. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodengas-Durchtrittsöffnung (134) von einer Anodengas- Abdichtsicke (142) umgeben ist, an deren der Anodengas-Durchtrittsöffnung (134) abgewandter Außenseite ein Anodengasauslass (154) angeordnet ist, und die Kathodengas-Durchtrittsöffnung (136) von einer Ka- thodengas-Abdichtsicke (162) umgeben ist, an deren der Kathodengas- Durchtrittsöffnung (136) abgewandter Außenseite ein Kathodengasaus- lass (214) angeordnet ist, wobei der größte Anteil des aus dem Anodengasauslass (154) ausströmenden Anodengases in einen Verteilerkanal erster Ordnung (173a) des Anodengas-Verteilbereichs (170) einströmt und/oder der größte Anteil des aus dem Kathodengasauslass (214) ausströmenden Kathodengases in einen Verteilerkanal erster Ordnung (219a) des Kathodengas-Verteil- bereichs (216) einströmt, wobei dem jeweiligen Verteilerkanal erster Ordnung (173a, 219a) zwei Verteilerkanäle zweiter Ordnung (173b, 219b) benachbart sind und den jeweiligen Verteilerkanälen zweiter Ordnung (173b, 219b) jeweils ein Verteilerkanal dritter Ordnung (173c) oder ein weiterer Verteilerkanal zweiter Ordnung (219b) benachbart ist, wobei der jeweilige Verteilerkanal erster Ordnung (173a, 219a) über jeweils einen Bypass-Kanal erster Ordnung (288a) in Fluidverbindung mit den Verteilerkanälen zweiter Ordnung (173b, 219b) steht und die Verteilerkanäle zweiter Ordnung (173b, 219b) jeweils über einen Bypass-Kanal zweiter Ordnung (288b) in Fluidverbindung mit einem der Verteilerkanäle dritter Ordnung (173c) oder mit einem weiteren Verteilerkanal zweiter Ordnung (219b) stehen und wobei die Bypass-Kanäle erster Ordnung (288a) jeweils einen größeren durchströmbaren Querschnitt aufweisen als die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung (288b). Bipolarplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Kanäle zweiter Ordnung (288b) sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung des Verteilerkanals erster Ordnung (173a, 219a) und senkrecht zur Stapelrichtung (104) ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit den jeweils benachbarten Bypass-Kanälen erster Ordnung (288a) überlappen. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bypass-Kanal (288) sich - in einer senkrecht zur Längsrichtung der Verteilerstruktur (172, 220), an welcher der betreffende Bypass-Kanal (288) ausgebildet ist, und senkrecht zur Stapelrichtung (104) ausgerichteten Richtung gesehen - zumindest teilweise mit zumindest einem Bypass-Kanal (288), der in einer benachbarten Verteilerstruktur (172, 220) ausgebildet ist, überlappt. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als die Hälfte der gerichteten Verteilerstrukturen (172) des Anodengas-Verteilbereichs (170) und/oder mehr als die Hälfte der gerichteten Verteilerstrukturen (220) des Kathodengas-Verteilbereichs (216) mit jeweils mindestens einem Bypass-Kanal (288) versehen ist. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle gerichteten Verteilerstrukturen (172) des Anodengas-Verteilbereichs (170) und/oder alle gerichteten Verteilerstrukturen (220) des Kathodengas-Verteilbereichs (216) mit jeweils mindestens einem Bypass-Kanal (288) versehen sind. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verteilerstruktur (172) des Anodengas-Verteilbereichs (170) und/oder mindestens eine Verteilerstruktur (220) des Kathodengas-Verteilbereichs (216) mit zwei oder mehr, in der Längsrichtung der jeweiligen Verteilerstruktur (172, 220) voneinander beabstan- deten, Bypass-Kanälen (288) versehen ist. Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verteilerstruktur (172) des Anodengas-Verteilbereichs (170) und/oder mindestens eine Verteilerstruktur (220) des Kathodengas-Verteilbereichs (216) mit einem Bypass-Kanal (288) versehen ist, dessen Abstand von einem dem elektrochemisch aktiven Bereich (114) der Bipolarplatte (100) abgewandten Ende (292) der jeweiligen Verteilerstruktur (172, 220) längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur (172, 220) größer ist als die Ausdehnung des Bypass-Kanals (288) längs der Längsrichtung der Verteilerstruktur (172, 220). Elektrochemische Vorrichtung, umfassend mehrere elektrochemische Einheiten (102), die längs einer Stapelrichtung (104) aufeinander folgen und jeweils eine Bipolarplatte (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfassen.
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