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Dokumentenidentifikation DE202007006096U1 02.08.2007
Titel Kathodenkanalplatte für Brennstoffzelle
Anmelder ANTIG TECHNOLOGY CO., LTD., Taipei, TW
Vertreter Wilhelms, Kilian & Partner, 81541 München
DE-Aktenzeichen 202007006096
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 02.08.2007
Registration date 28.06.2007
Application date from patent application 27.04.2007
IPC-Hauptklasse H01M 8/02(2006.01)A, F, I, 20070427, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle.

Brennstoffzellen wandeln in Brennstoff und einem Oxidationsmittel gespeicherte chemische Energie in einer chemischen Reaktion an Elektroden in elektrische Energie um. Brennstoffzellen werden in vielen Varianten hergestellt, die sich nach unterschiedlichen Kriterien ordnen lassen. Je nach verwendetem Elektrolyt gibt es fünf Typen: Brennstoffzellen mit basischem Elektrolyt, mit Phosphorsäure, protonaustauschenden Membranen, Schmelzkarbonat und Feststoffoxiden.

In einer konventionellen Brennstoffzelle ist eine Kanalplatte an beiden Enden einer Membranelektodengruppe angebracht und bildet Kanäle. Für die Kanalplatte wird Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, hoher Stabilität und Rostbeständigkeit, geringer Dichte sowie leichter und kostengünstiger Bearbeitbarkeit verwendet. Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden vor allem Graphit, jedoch auch Aluminium eingesetzt. Die Kanäle dienen als Zuleitung für Brennstoff und Gas, die darin bis zu einer Diffusionsschicht geleitet werden und anschließend in eine Reaktionsschicht eindringen. Ferner haben die Kanäle eine stromleitende Funktion für in einer chemischen Reaktion erzeugten Strom, weswegen die Kanalplatte auch als Stromsammelplatte (current collect plate) bezeichnet wird.

Eine konventionelle Kanalplatte bildet jedoch lediglich einseitige Kanäle, hat eine großes Volumen und ein hohes Gewicht.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle zu schaffen, die ein geringes Gewicht hat und kostengünstig zu fertigen ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle zu schaffen, die eine gute Stromsammelfähigkeit aufweist.

Um diese Aufgaben zu erfüllem, weist die vorliegende Erfindung auf: eine Grundplatte; einen Einlaßkanal mit einer in die Grundplatte eingesenkten Einlaßzone; wenigstens eine Einsenkung, die mit dem Einlaßkanal über einen in die Grundplatte eingesenkten Verbindungsbereich verbunden ist und in Kathoden der Membranelektrodenplatte gegenüberliegenden Positionen liegt; einen Auslaßkanal, der parallel zu den Nuten der wenigstens einen Einsenkung liegt; eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung, die in eine Seite der Grundplatte eingelassen sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.

1 ist eine perspektivische Ansicht der Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine perspektivische Ansicht der Kollektorplatte der vorliegenden Erfindung.

3 ist eine perspektivische Ansicht der Kathodenkanalplatte mit montierter Kollektorplatte der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine perspektivische Ansicht der Kathodenkanalplatte der vorliegenden Erfindung mit angebrachten Elektroden.

5 ist eine perspektivische Ansicht der Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Anodenplatte.

Wie in 1 gezeigt, ist die vorliegenden Erfindung eine Kathodenkanalplatte 1 für eine Brennstoffzelle mit wenigstens einer Membranelektrodengruppe. In einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Kathodenkanalplatte 1 für eine Brennstoffzelle auf: eine Grundplatte 11; einen Einlaßkanal 12; wenigstens eine Einsenkung 13; einen Auslaßkanal 14; eine erste Öffnung 15; und eine zweite Öffnung 16. Im folgenden wird eine ausführliche Beschreibung gegeben.

Die Grundplatte 11 ist aus elektrisch nichtleitenden Material gefertigt, beispielsweise aus Kunststoff, FR4, FRS, Epoxidharz, Glas, Keramik oder Polymer. Durch einseitiges Aufbringen des Einlaßkanals 12, der wenigstens einen Einsenkung 13, des Auslaßkanals 14, der ersten Öffnung 15 und der zweiten Öffnung 16 wird eine einseitige Kathodenkanalplatte gebildet. Durch beidseitiges Ausbringen des Einlaßkanals 12, der wenigstens einen Einsenkung 13, des Auslaßkanals 14, der ersten Öffnung 15 und der zweiten Öffnung 16 wird eine doppelseitige Kathodenkanalplatte gebildet.

Der Einlaßkanal 12 ist nach Montage auf der Grundplatte 11 mit den Einsenkungen 13 verbunden. Der Einlaßkanal 12 hat eine in die Grundplatte 11 eingesenkte Einlaßzone, ferner einen mit den Einsenkungen 13 verbundenen, in die Grundplatte 11 eingesenkten Verbindungsbereich.

Die Einsenkungen 13 sind auf der Grundplatte 11 aufgereiht in Kathoden der Membranelektrodengruppe gegenüberliegenden Positionen und jeweils als mehrere parallele Nuten ausgeführt.

Während des Betriebs strömt Kathodenbrennstoff, beispielsweise Luft, durch den Einlaßkanal 12 in das Innere der Kathodenkanalplatte 1, insbesondere in die Einsenkungen 13, und weiter an Kathoden der Membranelektrodengruppe vorbei. Nachdem in einer elektrochemischen Reaktion ein Reaktionsprodukt, beispielsweise Wasser, entstanden ist, strömt dieses mit verbliebenem Brennstoff durch den Auslaßkanal 14 aus.

Der Auslaßkanal 14 ist nach Montage auf der Grundplatte 11 mit den Einsenkungen 13 verbunden und als mehrere parallele Nuten ausgeführt.

Ferner weist die vorliegende Erfindung eine Kollektorplatte 17 auf, wie in 2 gezeigt. Die Kollektorplatte 17 ist aus elektrisch gut leitfähigem sowie ätz- und säurebeständigem Material gefertigt, beipielsweise rostfreiem Stahl SUS316, Gold, Titan, Graphit oder Kohle-Metall-Verbundmaterial. Die Kollektorplatte 17 ist durch Kleben auf die Grundplatte 11 aufgebracht. Die Kollektorplatte 17 entspricht im Aufbau den Einsenkungen 13 und weist wenigstens einen Vorsprung 170 auf, der aus den Einsenkungen 13 herausragt.

Eine Zwischenschicht (nicht gezeigt) aus elektrisch hochleitendem Material ist zwischen die Einsenkungen 13 und die Kollektorplatte 17 eingefügt und durch Löten an diesen befestigt. Weitere Befestigungsmethoden sind Warmpressen einer Harzmembran oder Verwenden eines ätz- und sürebeständigen Klebstoffs, beispielsweise AB-Klebstoff. Alternativ wird durch Galvanisieren eine leitende Schicht auf den Einsenkungen 13 an deren der Kollektorplatte 17 zugewandten Oberfläche oder auf der Kollektorplatte 17 an deren den Einsenkungen 13 zugewandten Oberfläche erzeugt. Die Zwischenschicht bzw. die leitende Schicht bestehen aus elektrisch hochleitendem Material, beispielsweise Gold, Kupfer, Silber oder Kohle.

Wie in 4 gezeigt, weist die Grundplatte eine vom Einlaßkanal 12, der Einsenkung 13, dem Auslaßkanal 14, der ersten Öffnung 15 und der zweiten Öffnung 16 nicht eingenommene Fläche auf, die sich für das Aufbringen eines Stromkreises, etwa einer gedruckten Schaltplatte, nutzen läßt. Der Stromkreis ist mit den Vorsprüngen 170 elektrisch verbunden und vorzugsweise von einer Schutzschicht, beispielsweise Grünlack, bedeckt. Ferner ist wenigstens eine Elektrode 18 auf der Grundplatte 11 angebracht. Die Elektroden 18 dient dem Anschluß von Detektoren für Temperatur, Konzentration oder Flüssigkeitsstand oder von Heizungen oder Kühlelementen.

Wie in 5 gezeigt, dienen die erste und zweite Öffnung 15, 16 der Montage einer Anodenkanalplatte 2. Die erste Öffnung 15 liegt ausgerichtet neben einer Einflußöffnung 21 der Anodenkanalplatte 2. Die Einflußöffnung 21 hat eine hohle Form, so daß in Verbindung mit der ersten Öffnung 15 ein Innenraum gebildet wird. Ebenso liegt die zweite Öffnung 16 ausgerichtet neben einer Ausflußöffnung 23 der Anodenkanalplatte 2. Die Ausflußöffnung 23 hat eine hohle Form, so daß in Verbindung mit der zweiten Öffnung 16 ein Innenraum gebildet wird

Die Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung läßt sich für Brennstoffzellen unterschiedlicher Bauart verwenden, beispielsweise solche mit flüssigem Brennstoff, wie Methanol, gasförmigem oder festem Brennstoff.

Durch die vorliegende Erfindung wird in Verbindung einer Anodenkanalplatte eine Kanalplatte von geringem Volumen und geringem Gewicht geschaffen:

Die vorangegangene Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist, obwohl sie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung an Hand einer detaillierten Struktur- und Funktionsbeschreibung erklärt, nur illustrativ zu verstehen. Änderungen im Detail, insbesondere bezüglich Größe, Form und Anordnung von Teilen sind durchführbar in dem Rahmen, der durch die folgenden Schutzansprüche abgesteckt ist.


Anspruch[de]
Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle mit einer Membranelektrodenplatte, aufweisend:

eine Grundplatte;

einen Einlaßkanal mit einer in die Grundplatte eingesenkten Einlaßzone;

wenigstens eine Einsenkung, die mit dem Einlaßkanal über einen in die Grundplatte eingesenkten Verbindungsbereich verbunden ist und in Kathoden der Membranelektrodenplatte gegenüberliegenden Positionen liegt;

einen Auslaßkanal, der parallel zu den Nuten der wenigstens einen Einsenkung liegt;

eine erste Öffnung; und

eine zweite Öffnung, die in eine Seite der Grundplatte eingelassen ist.
Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend wenigstens eine Kollektorplatte; die aus elektrisch leitendem Material gefertigt ist und mit der wenigstens einen Einsenkung zusammengefügt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Kollektorplatte wenigstens einen Vorsprung aufweist, der sich aus der wenigstens einen Einsenkung heraus erstreckt. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Einsenkung als eine Vielzahl paralleler Nuten ausgeführt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Grundplatte aus aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere aus Kunststoff, FR4, FRS, Epoxidharz, Glas, Keramik oder Polymer gefertigt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei die Kollektorplatte aus aus elektrisch gut leitendem Material, insbesondere aus rostfreiem Stahl SUS316, Gold, Titan, Graphit oder Kohle-Metall-Verbundmaterial gefertigt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, die als eine einseitige Kanalplatte ausgeführt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, die als eine doppelseitige Kanalplatte ausgeführt ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend eine gedruckte Schaltplatte, die elektrisch mit der wenigstens einen Kollektorplatte verbunden ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend wenigstens ein elektronisches Element, das auf der Grundplatte angebracht ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine elektronische Element ein Detektor für Temperatur, Konzentration oder Flüssigkeitsstand, eine Heizung oder ein Kühlelement ist. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung in eine gemeinsame Seite der Grundplatte eingelassen sind. Kathodenkanalplatte für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei der Auslaßkanal als eine Vielzahl paralleler Nuten ausgeführt ist, die mit der wenigstens einen Einsenkung verbunden sind.






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