本发明专利技术涉及一种用于燃料电池的双极板(1)，双极板包括：具有孔图案(2)的波纹板(1a)，孔图案由至少一个第一孔排(2a)构成；以及第二板(1b)，第二板密封地布置在波纹板(1a)上，其中，波纹板(1a)由金属板材构成并且具有由上升波纹和下降波纹(3a、3b)构成的规则的波纹形状，其中，孔图案(2)还用于使气体基本横向于波纹形状地通过，其中，至少一个第一孔排(2a)在气体流动方向上具有在相应的上升波纹(3a)中的相应第一横截面开口(4a)，第一横截面开口大于至少一个第一孔排(2a)的在相应的下降波纹(3b)中的相应第二横截面开口(4b)。本发明专利技术还涉及具有至少一个这种双极板(1)的燃料电池。
Bipolar plates with improved flow distribution for fuel cells
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的具有经改进的流动分布的双极板
本专利技术涉及一种用于燃料电池的双极板。双极板是聚合物电解质膜燃料电池的主要部件并且将单个的电池串联成燃料电池堆。在这种情况下，电池由分别位于阴极侧和阳极侧上的双极板、气体扩散层和催化剂层构成，它们通过膜片电分离。双极板不仅在阳极侧上而且在阴极侧上具有气体分配场，气体分配场可不同地或相同地成型。气体分配场的目的是使气体均匀分配，从而实现在催化剂层中的均匀分布。在催化剂层中在反应气体参与的情况下进行反应。在这种情况下，在阴极的催化剂层中产生水，水由于低于100℃的温度也以液态存在。膜片是透水的，从而液态的水不仅会出现在阴极侧也会出现在阳极侧上。双极板除了引入气体之外也用于将产生的水从电池中排出。除此之外，必须确保好的电传导和热传导。
技术介绍
DE102007009905公开了一种燃料电池，该燃料电池通过膜电极组件的堆叠和在水平的堆叠方向中的双极板形成。膜电极组件包括一对电极和布置在电极之间的电解质膜。此外，双极板具有矩形形状，双极板的长侧在重力方向上延伸并且其短侧水平地在正交于堆叠方向的方向上延伸，其中，双极板具有气体分配场，从而沿着电极表面在重力方向上引导反应气体中的一种，其中，气体分配场在上侧位置包括在气体入口处的分配场且在下侧位置包括在气体出口处的分配场。用于将反应气体中的一种输送给气体分配场的反应气体输入通道和用于将反应气体中的一种从气体分配场输出的反应气体输出通道在堆叠方向上延伸穿过双极板。反应气体输出通道布置在分配场之下在气体出口处并且至少分配场在气体出口处朝反应气体输出通道倾斜。因此一方面形成使反应气体流过的通道，并且另一方面形成使气体扩散层以及催化剂层电接触和热接触的连接片。通常在连接片之下设有较冷的并且难以流过的区域，该区域在湿式的工作条件下导致在该区域中积水。这通常导致燃料电池的功率变差。此外，DE102015207397A1公开了一种用于燃料电池的多孔的通道结构。该通道结构包括：具有多个接片部分的通道板，接片部分接触气体扩散层，从而在气体流动方向上形成波纹形的横截面；多个通道部分，通道部分接触平板，从而产生不透水性；以及通道开口，反应气体通过通道开口流动。如此冲压通道开口，使得通道开口包括至少多个接片部分中的一个接片部分或多个通道部分中的一个通道部分的一个区段。因此，通道板不是如在DE102007009905A1中沿着形成的通道流过，而是垂直于形成的通道流过。这通过以下方式实现，即，存在规则图案的孔，孔形成在垂直方向上的通道。在此实现了两个不同的流动路径。在平滑的板和孔板之间的流动路径和在孔板和气体扩散层之间的流动路径。通过图案产生在第一图案排和第二图案排之间的横向流动，从而更好地流过形成的接片区域并且可更好地排出水。
技术实现思路
本专利技术的目的是，改进用于燃料电池的双极板，其中，尤其改善双极板的气体流通。此外也可提高整个燃料电池的功率密度。该目的的实现方案从独立权利要求1的特征中得到。本专利技术的有利改进方案和构造方式可由从属权利要求中得出。根据本专利技术的用于燃料电池的双极板包括：具有孔图案的波纹板，其由至少一个第一孔排构成；以及第二板，第二板密封地布置在波纹板上，其中，波纹板由金属板材构成并且具有由上升波纹和下降波纹构成的规则波纹形状，其中，孔图案还用于使气体基本横向于波纹形状地通过，其中，至少一个第一孔排在气体的流动方向上具有在相应的上升波纹中的相应第一横截面开口，第一横截面开口大于该至少一个第一孔排的在相应的下降波纹中的相应第二横截面开口。孔图案用于使气体基本横向于波纹形状地通过，其中，在此“基本横向于”理解为，在俯视图中看，气体在流动方向中垂直于波纹板的边缘地流入波纹板，并且在到达孔图案的孔的区域中，流入该孔，并且气体从看向波纹板的俯视图中垂直于相应的波峰延伸的线开始在-45°至+45°的角范围中传导。孔排理解为多个凹口或孔彼此设置成排的布置方式。此外，横截面开口理解为波纹板中的凹口。换句话说，波纹板具有穿孔，其中，穿孔优选具有多个相邻的孔排。每个孔排包括多个横截面开口，其中，在流动方向上彼此交替地布置相应的第一横截面开口和相应的第二横截面开口。相应的第一横截面开口和第二横截面开口有利地彼此连接并且由此形成共同的凹口。横截面开口用于使气体通过，尤其用于使燃料气体或氧化剂通过。因此，双极板不仅可在阳极侧借助燃料气体工作而且可在阴极侧借助氧化剂工作。第二板密封地贴靠在波纹板上并且由此横向于波纹形状形成用于相应气体的流动路径。尤其多个孔排并排布置。在波纹板的俯视图中，孔排尤其垂直于波纹的波峰伸延。但是孔排的走向相对于该垂线偏差直至α＝±45°是有利的。对此，孔排的取向显著影响向前流动的气体至下一波纹元件的流动方向。由于相应的第二横截面开口相对于相应的第一横截面开口减小，气体流的第一部分通过波纹板的波纹形状朝气体扩散层转向并且因此朝催化剂转向。与此相对，气体流的第二部分通过相应的第二横截面开口朝下一波纹形状转向。由此引起气体扩散层和催化剂层与反应气体的更好混合并且实现了水从气体扩散层和催化剂层中朝气体分配场的方向的更好的水排出。由此实现了更加均匀的流密度分布和总体更好的功率。根据优选的实施方式，孔图案具有至少一个第二孔排，至少一个第二孔排平行于第一孔排并且横向于波纹形状地构造。尤其多个交替的第一孔排和第二孔排并排地布置。优选地，至少一个第二孔排在气体的流动方向上具有在相应的上升波纹中的相应的第一横截面开口，该第一横截面开口小于或大于至少一个第二孔排的在相应的下降波纹中的相应的第二横截面开口。相应的第一横截面开口和第二横截面开口有利地彼此连接并且由此形成共同的凹口。在此，基于压力比将气体的一部分从减小的横截面开口导向到增大的横截面开口，并且进而基于横向流动在该区域中实现了在气体扩散层中以及在催化剂层中的额外的气体混合。根据另一优选的实施方式，孔图案具有至少一个第三孔排，至少一个第三孔排平行于第一孔排并且横向于波纹形状地构造。尤其多个交替的第一孔排、第二孔排和第三孔排并排地布置。优选地，至少一个第三孔排在气体的流动方向上具有在相应的上升波纹和相应的下降波纹中的保持不变的横截面开口。因此，在相应的上升波纹中的横截面开口与在相应的下降波纹中的横截面开口相同。相应的第一横截面开口和第二横截面开口有利地彼此连接并且由此形成共同的凹口。优选地，至少一个第三孔排的保持不变的横截面开口小于至少一个第一孔排和/或第二孔排的相应较大的横截面开口。由此通过在接片区域中的额外的横向流动再次提高了气体扩散层的流通。本专利技术包括如下的技术教导，即，可通过对波纹板进行冲压制造相应的横截面开口，其中，相应的横截面开口的形状至少部分地构造成椭圆形和/或有角形状。可替代地，相应的横截面开口也能够以不同的方式被引入波纹板中，尤其通过激光切割。同样地，可首先对平板进行冲压，然后通过成形加工转变为波纹板。此外，该形状可为椭圆形或斜椭圆形、三角形或矩形、或由至少两个大小不同的矩形构成的形状。该形状也可呈多边形。此外优选地，所有横截面开口在气体的流动方向上均以相同比例逐渐减小。尤其相应的横截面开口的宽度在气体的流动方向上以相同的比例逐渐减小。换句话说，位于一排的所有横截面开口在气体的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的双极板(1)，所述双极板包括波纹板(1a)以及第二板(1b)，所述波纹板具有孔图案(2)，所述孔图案由至少一个第一孔排(2a)构成，所述第二板密封地布置在所述波纹板(1a)上，其中，所述波纹板(1a)由金属板材构成并且具有由上升波纹和下降波纹(3a、3b)构成的规则的波纹形状，其中，所述孔图案(2)还用于使气体基本横向于所述波纹形状地通过，其特征在于，所述至少一个第一孔排(2a)在所述气体的流动方向上具有在相应的上升波纹(3a)中的相应第一横截面开口(4a)，所述第一横截面开口大于所述至少一个第一孔排(2a)的在相应的下降波纹(3b)中的相应第二横截面开口(4b)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.31 DE 102017101793.3;2017.12.19 DE 10201711.一种用于燃料电池的双极板(1)，所述双极板包括波纹板(1a)以及第二板(1b)，所述波纹板具有孔图案(2)，所述孔图案由至少一个第一孔排(2a)构成，所述第二板密封地布置在所述波纹板(1a)上，其中，所述波纹板(1a)由金属板材构成并且具有由上升波纹和下降波纹(3a、3b)构成的规则的波纹形状，其中，所述孔图案(2)还用于使气体基本横向于所述波纹形状地通过，其特征在于，所述至少一个第一孔排(2a)在所述气体的流动方向上具有在相应的上升波纹(3a)中的相应第一横截面开口(4a)，所述第一横截面开口大于所述至少一个第一孔排(2a)的在相应的下降波纹(3b)中的相应第二横截面开口(4b)。2.根据权利要求1所述的双极板(1)，其特征在于，所述孔图案(2)具有至少一个第二孔排(2b)，所述至少一个第二孔排平行于所述第一孔排(2a)并且横向于所述波纹形状地构造。3.根据权利要求2所述的双极板(1)，其特征在于，所述至少一个第二孔排(2b)在所述气体的流动方向上具有在相应的上升波纹(3a)中的相应的第一横截面开口(5a)，所述第一横截面开口小于或大于所述至少一个第二孔排(2b)的在相应的下降波纹(3b)中的相应的第二横...
【专利技术属性】
技术研发人员：简·霍斯曼，汉娜·奥斯特里彻，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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