View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

9.1 Endplattendesign 151
des Dichtungsmaterials steigert eine erhöhte Anpresskraft die Kompression der Diffusionsschicht
nur unwesentlich. Um den geforderten Anpressdruck der Diffusionsschicht zu erreichen,
muss daher entweder eine dünnere Dichtung oder eine dickere Diffusionsschicht verwendet
werden.
0,8
0,75
Anpressdruck [N/mm²]
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
min. Druck
max. Druck
0 20 40 60 80 100
Anzahl der Zellen im Stapel [-]
Bild 9.6: Minimaler und maximaler Anpressdruck der Diffusionsschichten (graphitische Bipolarplatten)
Als Maß für die Gleichmäßigkeit der Anpressdruckverteilung wird das Verhältnis aus minimalem
und maximalem Anpressdruck der Diffusionsschichten in einem Zellstapel herangezogen.
p
p
min
x = Gl. 9.1
max
Das Verhältnis x liegt im Wertebereich zwischen 0 und 1. x = 0 bedeutet, dass der Mittelbereich
der äußeren Diffusionsschicht beziehungsweise Bipolarplatte nicht in Kontakt zur Endplatte
steht und somit nicht verpresst wird. x = 1 liegt vor, wenn alle Zellen absolut gleichmäßig
verpresst sind. Der Verlauf des Druckverhältnisses ist in Bild 9.7 für die beiden untersuchten
Bipolarplattenwerkstoffe Graphit und Titan abgebildet. Mit zunehmender Zellenanzahl vergrößert
sich das Verhältnis x . Dies ist gleichbedeutend mit einer zunehmend gleichmäßigeren
Anpressdruckverteilung im Zellstapel. Da bevorzugt die äußeren Zellen des Stapels die Endplattendeformation
kompensieren, konvergiert das Anpressdruckverhältnis gegen einen Wert
x < 1. Im Fall der graphitischen Bipolarplatten liegt dieser Wert bei x = 0, 97 , bei den Titanplatten
bei x = 0, 91 [110]. Der Zellstapel mit graphitischen Bipolarplatten ist weicher als der mit Bipolarplatten
aus Titan. Da die Deformation der Endplatten in dem weicheren System von einer
größeren Anzahl an Zellen kompensiert wird, ist das maximal erreichbare Anpressdruckverhältnis
x größer als bei dem steiferen System. Bei gleicher Zellenanzahl ist allerdings die Endplattenwölbung
bei dem weicheren Zellstapel mit graphitischen Bipolarplatten größer. Besteht
der Zellstapel aus wenigen Zellen, ist der Unterschied in der Anzahl der Zellen, die die Deformation
ausgleichen, zwischen den beiden Bipolarplattenwerkstoffen gering. In diesem Fall ist
das Anpressdruckverhältnis hauptsächlich durch die Endplattenwölbung bestimmt. Ist die