DE102009051890A1

DE102009051890A1 - Current collector i.e. anode current collector, for e.g. electrical contacting of anode and cathode of fuel cells, has support surfaces comprising greater extension in wave direction than other support surfaces

Info

Publication number: DE102009051890A1
Application number: DE102009051890A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Bednarz; Jürgen Haug
Original assignee: MTU Onsite Energy GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05

Abstract

The collector (5) has strips with waves (51, 52), and support surfaces (511, 521) arranged parallel to electrode surface and turned towards an anode and a cathode. Another set of support surfaces (512, 522) are turned towards a bipolar sheet. The strips are asymmetrically formed and the former support surfaces comprise a greater extension in a wave direction than the latter support surfaces, where the bipolar sheet is arranged between the anode and the cathode. The strips are produced by punching and deep drawing of sheet metal.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromkollektor für eine Brennstoffzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a current collector for a fuel cell according to the preamble of claim 1.

Brennstoffzellen sind üblicherweise in einer Vielzahl in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordnet, wobei jede Brennstoffzelle eine Anode und eine Kathode und eine dazwischen befindliche Elektrolytmatrix umfassen, und eine Anode und eine Kathode benachbarter Brennstoffzellen durch ein dazwischen angeordnetes Bipolarblech gastechnisch voneinander getrennt, elektrisch jedoch miteinander verbunden sind. Zwischen der Anode und der der Anode zugewandten Seite des Bipolarblechs, wie auch zwischen der Kathode und der der Kathode zugewandten Seite des Bipolarblechs, ist jeweils ein Stromkollektor angeordnet, der an der betreffenden Elektrode einen Strömungsquerschnitt zum Vorbeiführen des Brenngases bzw. Kathodengases und einen elektrischen Kontakt zum Bipolarblech herstellt.Fuel cells are usually arranged in a plurality in the form of a fuel cell stack, each fuel cell comprising an anode and a cathode and an electrolyte matrix therebetween, and an anode and a cathode of adjacent fuel cells are gas-separated from each other by an interposed Bipolarblech, but electrically interconnected. Between the anode and the anode side facing the Bipolarblechs, as well as between the cathode and the cathode side facing Bipolarblechs, a current collector is arranged in each case at the respective electrode a flow cross section for passing the fuel gas or cathode gas and an electrical contact to Bipolarblech manufactures.

Aus der DE 195 17 451 A1 ist eine Brennstoffzellenanordnung solcher Art bekannt, bei der der Stromkollektor durch ein wellenförmiges Drahtgewebematerial hergestellt ist.From the DE 195 17 451 A1 For example, a fuel cell assembly of this type is known in which the current collector is made by a corrugated wire mesh material.

Aus der DE 195 32 791 A1 ist eine Brennstoffzelle mit wellenförmigen Stromkollektoren bekannt, von denen der Anodenstromkollektor einzelne rechtwinklig gebogene Abschnitte aufweist, die Kanäle für die Zufuhr des Brenngases zur Anode bilden. Auf dem wellenförmig gebogenen Kathodenstromkollektor sind an den jeweiligen erhabenen Stellen dünne Schichten aus einem inerten, elektrisch gut leitenden Metall oder einer entsprechenden Metallegierung vorgesehen, welche einer Verbesserung der elektrischen Kontaktierung dienen.From the DE 195 32 791 A1 For example, a fuel cell with wave-shaped current collectors is known, of which the anode current collector has individual sections bent at right angles, which form channels for the supply of the fuel gas to the anode. Thin layers of an inert, highly electrically conductive metal or a corresponding metal alloy are provided on the wavy curved cathode current collector at the respective raised points, which serve to improve the electrical contacting.

Aus der EP 0 411 374 A1 ist ein Stromkollektor für Brennstoffzellen bekannt, welcher in Form eines gewellten Bandes ausgebildet ist, wobei einseitig auf den Wellenbergen in entsprechenden Bohrungen verankerte Kontaktpfropfen aus Edelmetall vorgesehen sind, die ebenfalls zur Verbesserung des elektrischen Kontakts dienen. Die gewellten Bänder können verschiedene Formen haben, darunter Sinusform, Trapez-, Dreieck- oder Rechteckform.From the EP 0 411 374 A1 a current collector for fuel cells is known, which is in the form of a corrugated strip, wherein on one side on the wave crests in corresponding holes anchored contact plugs are provided of precious metal, which also serve to improve the electrical contact. The wavy bands can have various shapes, including sinusoidal, trapezoidal, triangular, or rectangular shapes.

Die EP 0 446 680 A1 beschreibt einen Stromkollektor, welcher durch wellenförmige Bänder gebildet ist, und welcher an den die Sauerstoffelektrode (Kathode) berührenden Scheiteln der Wellen Kontaktstellen in Form poröser Edelmetalltropfen zur Verbesserung des elektrischen Kontakts aufweist.The EP 0 446 680 A1 describes a current collector, which is formed by wavy bands, and which at the oxygen electrode (cathode) contacting peaks of the waves contact points in the form of porous noble metal drops to improve the electrical contact.

Die EP 0 432 381 A1 schließlich beschreibt eine Brennstoffzelle mit einem in Form eines rechteckig gewellten Bandes ausgebildeten Kathodenstromkollektor, welcher an der Kathode fest und elektrisch leitend in diese eingebettet ist.The EP 0 432 381 A1 Finally, a fuel cell with a formed in the form of a rectangular corrugated strip cathode current collector, which is fixedly embedded in the cathode and electrically conductive in this.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Stromkollektor für eine Brennstoffzelle, insbesondere einen verbesserten Anodenstromkollektor, zu schaffen.The object of the invention is to provide an improved current collector for a fuel cell, in particular an improved anode current collector.

Die Aufgabe wird durch einen Stromkollektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a current collector with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stromkollektors sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the current collector according to the invention are specified in the subclaims.

Durch die Erfindung wird ein Stromkollektor für Brennstoffzellen, welche durch eine Anode und eine Kathode gebildete Elektroden und ein zwischen einer Anode und einer Kathode benachbarter Zellen angeordnetes Bipolarblech umfassen, geschaffen, wobei der Stromkollektor zum elektrischen Kontaktieren einer benachbarten Elektrode und zum Bereitstellen eines Gasströmungsweges für ein Brenngas bzw. ein Kathodengas an dieser vorbei vorgesehen ist, und wobei der Stromkollektor eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wellen aufweist, welche jeweils der zu kontaktierenden Elektrode zugewandte erste, parallel zur Elektrodenfläche verlaufende Stützflächen und dem Bipolarblech zugewandte zweite Stützflächen aufweisen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die aufeinanderfolgenden Wellen des Stromkollektors in Bezug auf die Stützflächen nicht symmetrisch ausgebildet sind, insofern als die der Elektrode zugewandten ersten Stützflächen in Wellenrichtung eine größere Ausdehnung aufweisen als die dem Bipolarblech zugewandten zweiten Stützflächen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Stromkollektors ist es, dass die Anpresskräfte auf die kontaktierte Elektrode gleichmäßiger verteilt werden. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte wird die Beanspruchung der kontaktierten Elektroden und der Elektrolytmatrix vermindert und das Entstehen von Rissen verhindert.The invention provides a current collector for fuel cells comprising electrodes formed by an anode and a cathode and a bipolar plate disposed between an anode and a cathode of adjacent cells, the current collector for electrically contacting an adjacent electrode and providing a gas flow path for a fuel cell Fuel gas or a cathode gas is provided past this, and wherein the current collector has a plurality of juxtaposed shafts, which respectively facing the electrode to be contacted facing first, parallel to the electrode surface extending support surfaces and the Bipolarblech facing second support surfaces. According to the invention, it is provided that the successive waves of the current collector are not formed symmetrically with respect to the support surfaces insofar as the first support surfaces facing the electrode have a greater extent in the shaft direction than the second support surfaces facing the bipolar plate. An advantage of the current collector according to the invention is that the contact forces are distributed more uniformly on the contacted electrode. A uniform distribution of forces reduces the stress on the contacted electrodes and the electrolyte matrix and prevents the formation of cracks.

Vorzugsweise sind die Wellen durch die Stützflächen und Stege gebildet werden, die senkrecht zu den Stützflächen verlaufen, so dass sich rechteckförmige Wellen ergeben. Dies hat den Vorteil, dass die Kräfte senkrecht in die Stützflächen eingeleitet werden. Es werden parallel zur Elektrodenfläche wirkende Kräfte vermieden, die zu Dichtproblemen führen können.Preferably, the waves are formed by the support surfaces and webs, which extend perpendicular to the support surfaces, so that there are rectangular waves. This has the advantage that the forces are introduced vertically into the support surfaces. It forces parallel to the electrode surface forces are avoided, which can lead to sealing problems.

Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass die Ausdehnung der der Elektrode zugewandten ersten Stützfläche in Wellenrichtung beispielsweise das 1,2- bis 4-fache der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten ersten Stützfläche beträgt. Die Ausdehnung der ersten Stützfläche kann das 1,3- bis 2-fache betragen. Die Ausdehnung kann das 1,4- bis 1,6-fache, insbesondere das 1,5-fache betragen.Advantageously, it is provided that the extent of the first support surface facing the electrode in the shaft direction is for example 1.2 to 4 times the extent of the first support surface facing the bipolar plate. The extension of the first support surface may be the 1,3- to 2 times. The expansion can be 1.4 to 1.6 times, in particular 1.5 times.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an den dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen des Stromkollektors Noppen oder Vorsprünge zur Kontaktierung des Bipolarblechs vorgesehen. Durch solche Noppen oder Vorsprünge wird eine definierte Kaltelastizität des Stromkollektors erreicht, die insbesondere beim erstmaligen Anfahren der Brennstoffzellen sehr vorteilhaft ist. Dies kann durch eine federnd elastische Eigenschaft der Noppen oder Vorsprünge selbst, oder durch im Wesentlichen steife Noppen erreicht werden, die eine punktförmige Krafteinleitung in die dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen des Stromkollektors bewirken. Durch die Krafteinleitung erfahren Stützflächen und/oder Stege des Stromkollektors eine federnde, elastische Biegeverformung. Dadurch wird eine homogene Kraftverteilung über den gesamten Zellbereich erreicht, und Matrixrisse können nicht entstehen.According to an advantageous embodiment of the invention, nubs or projections for contacting the Bipolarblechs are provided on the Bipolarblech facing support surfaces of the current collector. By such nubs or projections a defined cold elasticity of the current collector is achieved, which is very advantageous especially when first starting the fuel cell. This can be achieved by a resilient property of the knobs or projections themselves, or by substantially rigid knobs, which cause a point-like force introduction into the Bipolarblech facing support surfaces of the current collector. By the introduction of force experienced support surfaces and / or webs of the current collector a resilient, elastic bending deformation. As a result, a homogeneous distribution of force over the entire cell area is achieved, and matrix cracks can not arise.

Die Noppen oder Vorsprünge können in Form von tiefgezogenen, aus der Ebene herausgebogene Bereiche der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen ausgebildet sein. Die tiefgezogenen Noppen können steif sein, da die Elastizität der umgebenden Stützflächenbereiche ausgenutzt wird, um eine Nachgiebigkeit des Stromkollektors senkrecht zur Elektrodenebene zu erreichen.The knobs or projections may be formed in the form of deep-drawn, bent out of the plane areas of the Bipolarblech facing support surfaces. The deep-drawn nubs can be stiff, since the elasticity of the surrounding support surface areas is utilized to achieve a compliance of the current collector perpendicular to the electrode plane.

Die besagten tiefgezogenen Noppen oder Vorsprünge haben vorzugsweise eine Ausdehnung, die klein ist verglichen mit der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen.Said deep-drawn knobs or projections preferably have a dimension that is small compared to the extent of the support surfaces facing the bipolar plate.

Die tiefgezogenen Noppen oder Vorsprünge können beispielsweise eine Ausdehnung haben, die das 0,1- bis 0,5-fache der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen beträgt.The deep-drawn knobs or projections may, for example, have an extent which is 0.1 to 0.5 times the extent of the support surfaces facing the bipolar plate.

Die tiefgezogenen Noppen oder Vorsprünge können insbesondere beispielsweise eine Ausdehnung haben, die das 0,2- bis 0,4-fache der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen beträgt.In particular, the deep-drawn knobs or projections may, for example, have an extent which is 0.2 to 0.4 times the extent of the support surfaces facing the bipolar plate.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind in den der Elektrode zugewandten Stützflächen die Gasdurchlässigkeit des Stromkollektors erhöhende Aussparungen oder Öffnungen ausgebildet. Durch diese wird der Gasdurchlass zur Elektrode deutlich erhöht, ohne dass die Abstützung derselben signifikant verschlechtert wird.According to another embodiment of the invention, the gas permeability of the current collector increasing recesses or openings are formed in the electrode facing support surfaces. Through this, the gas passage to the electrode is significantly increased, without the support of the same is significantly deteriorated.

Die die Gasdurchlässigkeit des Stromkollektors erhöhenden Aussparungen oder Öffnungen können insbesondere durch kreisrunde Löcher in den der Elektrode zugewandten Stützflächen vorgesehen sein.The recesses or openings which increase the gas permeability of the current collector can be provided, in particular, by circular holes in the support surfaces facing the electrode.

Mit Vorteil ist der Stromkollektor ein Anodenstromkollektor zum Kontaktieren der Anode der Brennstoffzelle.Advantageously, the current collector is an anode current collector for contacting the anode of the fuel cell.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die rechteckförmigen Wellen durch eine Vielzahl von hintereinander angeordneten, gegeneinder in Wellenrichtung versetzten Wellenbändern gebildet sind, welche durch Stanzen und Tiefziehen eines Blechs hergestellt sind.According to one embodiment of the invention, it can be provided that the rectangular waves are formed by a plurality of successively arranged, against wave-wise wave bands, which are produced by stamping and deep drawing of a sheet.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.In the following, embodiments of the invention will be explained with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematisierte Teilansicht eines Stromkollektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab; 1 a schematic partial view of a current collector according to an embodiment of the invention on a greatly enlarged scale;

2 eine schematisierte Teilansicht eines Stromkollektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab; 2 a schematic partial view of a current collector according to a second embodiment of the invention on a greatly enlarged scale;

3 eine schematisierte Teilansicht eines Stromkollektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab; und 3 a schematic partial view of a current collector according to a third embodiment of the invention on a greatly enlarged scale; and

4 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Stromkollektors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in vergrößertem Maßstab. 4 a perspective view of a portion of a current collector according to a fourth embodiment of the invention in an enlarged scale.

Die schematisierte, stark vergrößerte Teilansicht von 1 zeigt ausschnittsweise einen Stromkollektors 5 einer Brennstoffzelle, insbesondere eines Anodenstromkollektors, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Stromkollektor 5 dient einerseits zum elektrischen Kontaktieren einer benachbarten Elektrode in der Brennstoffzelle und andererseits zum Bereitstellen eines Gasströmungsweges für ein Brenngas bzw. für ein Kathodengas an dieser Elektrode vorbei. 3, in welcher ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stromkollektors dargestellt ist, zeigt den Stromkollektor 5 in einer Anordnung zwischen einer Elektrode 2, hier einer Anode, und dem benachbarten Bipolarblech 6. Die Elektrode 2 ist gegenüber dem Bipolarblech 6 elektrisch kontaktiert.The schematic, greatly enlarged partial view of 1 shows a section of a current collector 5 a fuel cell, in particular an anode current collector, according to an embodiment of the invention. The current collector 5 serves on the one hand for electrically contacting an adjacent electrode in the fuel cell and on the other hand for providing a gas flow path for a fuel gas or for a cathode gas past this electrode. 3 in which a third embodiment of a current collector according to the invention is shown, shows the current collector 5 in an arrangement between an electrode 2 , here an anode, and the neighboring Bipolarblech 6 , The electrode 2 is opposite the bipolar plate 6 electrically contacted.

Der Stromkollektor 5 der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung umfasst jeweils eine Vielzahl von hintereinander angeordneten und jeweils zueinander versetzten gewellten Bändern, von denen in den 1 bis 3 exemplarisch zwei in Blickrichtung hintereinander liegende gewellte Bänder mit rechteckförmigen Wellen 51, 52 dargestellt sind. Diese rechteckförmigen Wellen 51, 52 umfassen jeweils der zu kontaktierenden Elektrode 2 zugewandte erste Stützflächen 511, 521, sowie dem Bipolarblech 6 zugewandte zweite Stützflächen 512, 522. Die der zu kontaktierenden Elektrode 2 zugewandten ersten Stützflächen 511, 521 und die dem Bipolarblech 6 zugewandten zweiten Stützflächen 512, 522 sind durch rechtwinklig abgewinkelte Stege 515, 525 miteinander verbunden, welche dementsprechend senkrecht zur Oberfläche der zu kontaktierenden Elektrode 2 stehen. Von den Stützflächen und den damit verbundenen Stegen gebildete aufeinanderfolgende Berge und Täler werden als Wellen oder Wellenband verstanden. Wellenrichtung ist die Richtung, in der sich das Wellenband erstreckt.The current collector 5 in the 1 to 4 illustrated embodiments of the invention each comprise a plurality of successively arranged and mutually offset corrugated strips, of which in the 1 to 3 by way of example, two wavy bands with rectangular waves lying one behind the other in the direction of view 51 . 52 are shown. This rectangular waves 51 . 52 each comprise the electrode to be contacted 2 facing first support surfaces 511 . 521 , as well as the Bipolarblech 6 facing second support surfaces 512 . 522 , The electrode to be contacted 2 facing first support surfaces 511 . 521 and the bipolar plate 6 facing second support surfaces 512 . 522 are by right-angled webs 515 . 525 connected to each other, which accordingly perpendicular to the surface of the electrode to be contacted 2 stand. Successive mountains and valleys formed by the support surfaces and the associated webs are understood as waves or wave band. Wave direction is the direction in which the waveband extends.

Wie die Darstellungen der 1 bis 4 erkennen lassen, sind die abwechselnd oben und unten liegenden rechteckförmigen Wellen 51, 52 des Stromkollektors 5 in Bezug auf die Stützflächen unsymmetrisch ausgebildet, in der Weise, dass die der zu kontaktierenden Elektrode 2 zugewandten ersten Stützflächen 511, 521 in Wellenrichtung eine größere Ausdehnung a aufweisen als die Ausdehnung b der dem Bipolarblech 6 zugewandten zweiten Stützflächen 512, 522, wie in 1 gezeigt. Die Teilung oder Periode der rechteckförmigen Wellen 51, 52 ist daher durch die Summe a + b gebildet, das Teilungsverhältnis durch den Quotienten a/b. Das Teilungsverhältnis, das die Flächengewichtung im Verhältnis der der zu kontaktierenden Elektrode 2 zugewandten ersten Stützflächen 511, 521 zu den dem Bipolarblech zugewandten zweiten Stützflächen 512, 522 vorgibt, ist daher größer als 1, weil a > b. Dadurch wird erreicht, dass die Elektrode, insbesondere die Anode 2, besser und gleichmäßiger abgestützt wird. Der Quotient a/b liegt gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen zwischen 1 ... 4, vorzugsweise zwischen 1 ... 3, vorteilhafterweise bei 1,5 ... 2. Insbesondere Werte bei oder um 1,5 haben sich als vorteilhaft erwiesen. Dadurch ergibt sich eine abgestützte Fläche der Elektrode 2 von typischerweise 50 ... 75% der Gesamtfläche. Bei einem Quotienten a/b von ca. 1,5 beträgt somit die Unterstützung der Elektrode 2 ca. 60%, wodurch ein Kriechen bzw. Einsinken der Elektrode 2 in den Stromkollektor 5 vermieden wird.Like the representations of the 1 to 4 can be seen, are the alternately top and bottom lying rectangular waves 51 . 52 of the current collector 5 formed asymmetrically with respect to the support surfaces, in such a way that the electrode to be contacted 2 facing first support surfaces 511 . 521 in the direction of the wave have a greater extent a than the extension b of the Bipolarblech 6 facing second support surfaces 512 . 522 , as in 1 shown. The division or period of the rectangular waves 51 . 52 is therefore formed by the sum a + b, the division ratio by the quotient a / b. The division ratio, which is the basis weight in the ratio of the electrode to be contacted 2 facing first support surfaces 511 . 521 to the Bipolarblech facing second support surfaces 512 . 522 is therefore greater than 1 because a> b. This ensures that the electrode, in particular the anode 2 , better and more evenly supported. The quotient a / b is in accordance with preferred embodiments between 1 ... 4, preferably between 1 ... 3, advantageously at 1.5 ... 2. In particular, values at or around 1.5 have proved to be advantageous. This results in a supported surface of the electrode 2 typically 50 to 75% of the total area. With a quotient a / b of approx. 1.5, the support of the electrode is therefore sufficient 2 about 60%, causing a creeping or sinking of the electrode 2 in the current collector 5 is avoided.

Hintereinander angeordnete Wellenbänder 51, 52, von denen exemplarisch zwei Teilstücke dargestellt sind, sind vorteilhafterweise um einen Versatz V in Wellenrichtung gegeneinander versetzt, wie in 1 dargestellt.Sequentially arranged wavebands 51 . 52 , of which two parts are shown by way of example, are advantageously offset by an offset V in the shaft direction against each other, as in 1 shown.

Im Folgenden werden exemplarisch die Abmessungen eines Stromkollektors 5 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben:

– Teilung a + b: 6,35 mm
– Länge a der ersten Stützflächen 511, 521: 3,75 mm
– Länge b der zweiten Stützflächen 512, 522: 2,20 mm
– Versatz V ca. 50%, maximal 73%

The following are examples of the dimensions of a current collector 5 according to an embodiment of the invention:

- pitch a + b: 6.35 mm
- Length a of the first support surfaces 511 . 521 : 3.75 mm
- Length b of the second support surfaces 512 . 522 : 2.20 mm
- Offset V approx. 50%, maximum 73%

Die 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Stromkollektors, bei denen an den dem Bipolarblech 6 zugewandten zweiten Stützflächen 512, 522 Noppen oder Vorsprünge 513, 523 vorgesehen sind, welche zu einer federnd elastischen Kontaktierung des Bipolarblechs 6 durch den Stromkollektor 5 dienen.The 2 and 3 show two embodiments of the current collector according to the invention, in which at the Bipolarblech 6 facing second support surfaces 512 . 522 Nubs or protrusions 513 . 523 are provided, which to a resiliently elastic contacting of Bipolarblechs 6 through the current collector 5 serve.

Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind Noppen 523 exemplarisch nebeneinander in zwei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, nämlich in einer Teilquerschnittsansicht dargestellte tiefgezogene bzw. in einer Seitenansicht dargestellte, durch Materialauftrag auf die Stützfläche gebildete Noppen 523. Vorzugsweise sind die Noppen durch Tiefziehen aus den dem Bipolarblech 6 zugewandten Stützflächen 512, 522 herausgebogen in Form von rotationssymmetrischen Vorsprüngen. Die Noppen können auch durch ein auf den Stützflächen aufgesetztes Material hergestellt werden, das die gewünschten Eigenschaften besitzt. Aufgrund ihrer Größe besitzen die in 2 dargestellten kleinen Noppen kaum eine Eigenelastizität. Da über die Noppen aber nahezu punktförmig Kräfte in die Stützfläche eingeleitet werden, bewirken diese eine federnde Verformung der an die Noppen anschließenden Blechbereiche, die die Stützfläche bilden.At the in 2 shown second embodiment are nubs 523 illustrated by side by side in two different embodiments, namely in a partial cross-sectional view shown deep-drawn or shown in a side view, formed by applying material to the support surface nubs 523 , Preferably, the knobs are by deep drawing from the Bipolarblech 6 facing support surfaces 512 . 522 bent out in the form of rotationally symmetrical projections. The nubs can also be made by a material placed on the support surfaces, which has the desired properties. Due to their size, the in 2 little nubs shown hardly any inherent elasticity. Since forces are introduced into the support surface almost punctiformly via the dimples, however, they cause a resilient deformation of the sheet metal areas adjoining the dimples, which form the support surface.

Die in 2 gezeigten tiefgezogenen Noppen haben eine Ausdehnung, die klein ist verglichen mit der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen. Die tiefgezogenen Noppen oder Vorsprünge 523 können beispielsweise eine Ausdehnung haben, die das 0,1- bis 0,5-fache, insbesondere beispielsweise das 0,2- bis 0,4-fache der Ausdehnung der dem Bipolarblech zugewandten Stützflächen 512, 522 beträgt.In the 2 shown deep-drawn knobs have a dimension that is small compared to the extension of the Bipolarblech facing support surfaces. The deep-drawn knobs or protrusions 523 For example, they can have an extent which is 0.1 to 0.5 times, in particular, for example, 0.2 to 0.4 times the extent of the support surfaces facing the bipolar plate 512 . 522 is.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die Noppen oder Vorsprünge in Form von über der ganzen Stützfläche ausgedehnten Bereichen 513 an den dem Bipolarblech 6 zugewandten Stützflächen 512, 522 ausgebildet. Die Noppen können ebenfalls durch Tiefziehen hergestellt werden und besitzen aber aufgrund ihrer größeren Ausdehnung auch eine eigene Elastizität. Die Noppen können aber auch, wie hier ausschließlich dargestellt, aus einem aufgetragenen Material bestehen, das elastisch nachgiebig ist.In the third embodiment according to 3 are the nubs or protrusions in the form of extended over the entire support surface areas 513 at the Bipolarblech 6 facing support surfaces 512 . 522 educated. The knobs can also be made by deep drawing and have but due to their greater extent also own elasticity. But the nubs can also, as shown exclusively here, consist of a coated material that is elastically yielding.

Durch die Noppen oder Vorsprünge 513, 523 in Verbindung mit den weiteren erfindungsgemäßen Ausbildungen wird eine definierte Kaltelastizität des Stromkollektors 5 erreicht, welche insbesondere für das erstmalige Anfahren der Brennstoffzelle sehr förderlich ist, weil dadurch eine homogene Kraftverteilung über der gesamten Fläche des Zellbereichs erreicht wird. Durch Kaltelastizität des Stromkollektors 5 werden Matrixrisse vermieden. Diese homogene Kraftverteilung führt insbesondere dazu, dass die Elektrode 2 und damit die Elektrolytmatrix flächig und gleichmäßig unterstützt wird. Denn die Matrix neigt an Stellen, an denen sie nicht gleichmäßig flächig bepresst wird, zu Störungen oder Rissen. Solche Risse führen nicht nur zu einer Verminderung der Zellspannung, sondern können auch zum vollständigen Versagen einer Zelle führen.Through the knobs or protrusions 513 . 523 in conjunction with the other embodiments of the invention is a defined cold elasticity of the current collector 5 achieved, which is particularly conducive to the first start of the fuel cell, because a homogeneous force distribution over the entire surface of the cell area is achieved. By cold elasticity of the current collector 5 Matrix cracks are avoided. This homogeneous distribution of force leads in particular to the fact that the electrode 2 and thus the electrolyte matrix is supported flat and evenly. Because the matrix tends in places, where it is not pressed evenly flat, to disturbances or cracks. Such cracks not only lead to a decrease in cell voltage, but can also lead to complete failure of a cell.

Bei dem in 4 perspektivisch dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in dem der Elektrode 2 zugewandten Stützflächen 511, 521 Aussparungen oder Öffnungen 514 ausgebildet, welche die Gasdurchlässigkeit des Stromkollektors 5 zur Elektrode 2 hin erhöhen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Öffnungen 514 in Form von kreisrunden Löchern ausgebildet, welche bei der oben spezifizierten Ausführungsform beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 ... 2,5 mm, vorzugsweise 1,0 ... 1,5 mm haben können. Allgemein kann der Durchmesser der Öffnungen oder Löcher 514 beispielsweise im Bereich von 30 ... 70% der Breite der Wellen 51, 52 betragen, insbesondere beispielsweise ca. 40 ... 60%, oder ähnlich.At the in 4 in perspective shown fourth embodiment of the invention are in the electrode 2 facing support surfaces 511 . 521 Recesses or openings 514 formed, which the gas permeability of the current collector 5 to the electrode 2 increase. In the embodiment shown here, these openings 514 formed in the form of circular holes, which may have in the above-specified embodiment, for example, a diameter of 0.5 ... 2.5 mm, preferably 1.0 ... 1.5 mm. Generally, the diameter of the openings or holes 514 for example in the range of 30 ... 70% of the width of the waves 51 . 52 be, in particular, for example, about 40 ... 60%, or similar.

Die Aussparungen oder Öffnungen 514 verbessern die Gasdurchlässigkeit des Stromkollektors 5 an den der Elektrode 2 zugewandten ersten Stützflächen 511, 521, ohne dass dadurch die Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit der Abstützung an der Elektrode 2 signifikant geschwächt würde.The recesses or openings 514 improve the gas permeability of the current collector 5 to the electrode 2 facing first support surfaces 511 . 521 without thereby affecting the effectiveness and uniformity of the support on the electrode 2 would weaken significantly.

Der Versatz V kann beispielsweise zwischen 20 ... 80% der Ausdehnung b betragen, vorzugsweise zwischen 50 ... 60%, ähnlich wie in 1 dargestellt.The offset V may for example be between 20 and 80% of the extent b, preferably between 50 and 60%, similar to FIG 1 shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Anodeanode
55: Stromkollektorcurrent collector
51, 5251, 52: rechteckförmige Wellerectangular wave
511, 521511, 521: erste Stützflächefirst support surface
512, 522512, 522: zweite Stützflächesecond support surface
513, 523513, 523: Noppen, VorsprüngePimples, tabs
514514: Öffnung, AussparungOpening, recess
515, 525515, 525: senkrechte Stegevertical bars
66: Bipolarblechbipolar separator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19517451 A1 [0003]
DE 19532791 A1 [0004]
EP 0411374 A1 [0005]
EP 0446680 A1 [0006]
EP 0432381 A1 [0007]

Claims

Current collector for fuel cells, which by an anode ( 2 ) and a cathode formed electrodes and between an anode ( 2 ) and a cathode ( 4 ) of adjacent cells arranged bipolar plates ( 6 ), the current collector ( 5 ) for electrically contacting an electrode ( 2 . 4 ) and for providing a gas flow path for a fuel gas or a cathode gas is provided past this, and wherein the current collector ( 5 ) a plurality of successively arranged bands with waves ( 51 . 52 ), which in each case the electrode to be contacted ( 2 . 4 ), parallel to the electrode surface first support surfaces ( 511 . 521 ) and the bipolar plate ( 6 ) facing second support surfaces ( 512 . 522 ), characterized in that the waves of the current collector ( 5 ) are formed asymmetrically in so far as that of the electrode ( 2 ) facing first support surfaces ( 511 . 521 ) in the wave direction have a greater extent than that of the bipolar plate ( 6 ) facing second support surfaces ( 512 . 522 ).

Current collector according to claim 1, characterized in that the waves through the support surfaces ( 511 . 512 respectively. 521 . 522 ) and bridges ( 515 respectively. 525 ) are formed perpendicular to the first support surfaces ( 511 respectively. 521 ).

Current collector according to claim 1 or 2, characterized in that the extension of the electrode ( 2 ) facing first support surface ( 511 . 521 ) in the wave direction 1.2 to 4 times, preferably 1.3 to 2 times, and preferably 1.4 to 1.6 times, the extension of the bipolar plate ( 6 ) facing the second support surface ( 512 . 522 ) is.

Current collector according to claim 1 or 2, characterized in that the extension of the electrode ( 2 . 4 ) facing first support surface ( 511 . 521 ) in the wave direction about 1.5 times the extent of the Bipolarblech ( 6 ) facing the second support surface ( 512 . 522 ) is.

Current collector according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the Bipolarblech ( 6 ) facing support surfaces ( 512 . 522 ) of the current collector ( 5 ) raised pimples or protrusions ( 513 . 523 ) for contacting the Bipolarblechs ( 6 ) are provided.

Current collector according to claim 5, characterized in that the nubs or projections in the form of deep-drawn projections ( 513 . 523 ) in the bipolar plate ( 6 ) facing support surfaces ( 512 . 522 ) are formed.

Current collector according to claim 5, characterized in that the nubs or projections in the form of on the support surfaces ( 512 . 522 ) attached material areas ( 513 . 523 ) of the bipolar plate ( 6 ) facing support surfaces ( 512 . 522 ) are formed.

Current collector according to claim 6, characterized in that the deep-drawn knobs or projections ( 523 ) have a dimension that is small compared to the extent of the bipolar plate ( 6 ) facing support surfaces ( 522 ).

Current collector according to claim 8, characterized in that the deep-drawn knobs or projections ( 523 ) have an extent which is 0.1 to 0.5 times, preferably 0.2 to 0.4 times, the extension of the bipolar plate ( 6 ) facing support surfaces ( 522 ) is.

Current collector according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the said electrode ( 2 . 4 ) facing support surfaces ( 511 . 521 ) the gas permeability of the current collector ( 5 ) increasing recesses ( 514 ), preferably in the form of circular holes, are formed.

Current collector according to one of claims 1 to 10, characterized in that the current collector ( 5 ) an anode current collector for contacting the anode ( 2 ) of the fuel cell is.

Current collector according to one of claims 1 to 12, characterized in that the waves ( 51 . 52 ) are formed by a plurality of successively arranged corrugated strips, which are produced by stamping and deep drawing of a sheet.