对发生故障的压滤机结构单体电化学电池进行短路的方法技术

描述了一种电旁路单体电化学电池例如燃料电池的方法，嵌入由导电双极板限定的压滤机结构中并设置有外围密封衬垫，通过在双极板之间的插入的材料进行打孔而获得的凹槽中嵌入导电材料，从而使电池短路。衬垫和双极板可设置有预设打孔的位置，例如用于钻头尖部的凹口，或降低硬度的衬垫区域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
对发生故障的压滤机结构单体电化学电池进行短路的方法
本专利技术涉及对发生故障的压滤机结构(filter-pressstructure)的单体电化学电池进行短路的方法。
技术介绍
本领域的技术人员已经知晓以构成电化学电池组件的压滤机型结构为基础电解或产生电能的过程。执行这种过程的典型单体电化学电池通常具有限制性厚度，以尽量减小能量消耗。单体电池通常由两个导电板限定，在这两个导电板之间具有一对用于密封外围的密封垫、离子交换膜、一对电极以及一对集流体/分布器。在借助分布通道与阳极和阴极腔室相连的该板和/或该衬垫中制成孔。以压滤机模式常规组装多个单体电池，从而构成电解装置或电能发生器。因此，电解装置或电能发生器由一定顺序的双极板、衬垫、薄膜、电极和集流体/分布器构成。特别是，该板的孔与该衬垫的孔的连接确定了纵向管道的形成，该管道连接于在电解装置或发生器的一端或两端设置的适当管口。通过管口和管道输送反应物并收回与剩余反应物均匀混合的反应产物。然后通过分布通道将反应物分配到各个单体电池。以同样的方式收回产物和最终剩余的反应物。上述类型的单体电池组件在欧洲专利申请EP629015中描述。即使当单独构成的单体电池有缺陷时，通常成为以串联方式连接的电系统的这些组件也会失去功能。有缺陷的电池表示这样一种电池：仅单个电极(例如由于电催化材料缺乏活性引起的)或集流体(例如由于错误的组成或机械特性引起过高电阻)没有正常工作，或者最终薄膜穿孔。后一种情况尤为严重，因为它导致了性质相反的反应物和产物的相互混合，在作为电能发生-->器的情况下，薄膜中孔使氢和氧混合，随后引燃在电极的电催化材料上的混合物。因此，在EP629015中公开的外部短路有缺陷单体电池的方法可有利地结合用于使水力旁路该缺陷电池的方法，正如例如在US5876583中描述的那样。但在许多情况下，根据EP629015中的教导进行单个电池的电短路存在明显缺点：以下描述按照聚合物膜燃料电池的特定情况，因为在此类型的应用中此缺陷更加严重和明显。但本领域的专家完全清楚，这种讨论也会更明显地或更不明显地存在于以电串联方式设置并根据滤压器结构设置的所有固体电解质电化学电池中。EP629015中引述的短路方法预设，双极板设置有外部突起，突起的排列限定出一系列狭缝，每个狭缝对应于一个单体电池。如果一个单体电池存在缺陷，合适形状的导电材料插入相应的缝隙中，因此起到了短路的作用，随后电流经过相关的单体电池。此方法的第一个缺点在于与双极板的外部突起相关的附加重量和体积。在许多燃料电池应用中，尤其是在可移动用途中(例如汽车应用)，为了进行产品的商业开发，将表示为单位重量储存的功率和单位体积储存的功率的比功率的最大化是正在研究的基本课题之一。因此希望燃料电池堆尽可能的小，其中作为电化学反应地点的活性部分尽可能与有效体积大小一致。这种需求与设置有外部突起的双极板相矛盾，这种外部突起对产生电能没有贡献。然而，为了避免有害的局部过热，这些突起必须根据穿过电池堆的电流强度形成特定尺寸。实际上，按照EP629015教导的外围短路的方式，由电池堆产生的总电流必须流过在由所述板的突起限定的狭缝中插入的导电材料的表面，以便从被短路的第一双极板达到另一个；显然，这种转移表面越低，相对电阻就越高。为了减少安装成本、增加燃料电池堆的比功率，通常更希望在增加单体电池的总活性表面的同时增加这些单元的工作电流密度，因此对于相同的存储功率降低单体电池的数量。这造成了以下事实：在许多情况下这些发生器的工作电流密度达到几百安培，不得不实际增加板突起的尺寸，从而避免达到危及材料整体的温-->度。但在许多情况下，就连合适大小的板突起也是不够的，对于电流，除了不得不克服沿着为将被旁路的单体电池定界的两个板的外围区域填充狭缝的导电材料之外，为了达到所述外围区域，还必须沿着两个板的表面横向流动。显著的电阻障碍还与此路径有关，尤其当像前面提到的活性表面非常大的时候，因此从双极板的中央区域向外围的流线路径具有显著的长度。在普遍利用非常薄的双极板的今天，这种现象更为明显；后者再一次出于尽量减小重量和体积的目的，但这些薄双极板为必须横穿它们的电流提供了更低的路径部分。此外，在最普遍用于板构成的材料中，从防腐蚀的角度出发有几种材料非常好例如不锈钢，但对于电特性而言就不那么突出了，进一步增加了问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对以电串联方式连接的并按照压滤机型结构设置的固体电解质电化学电池堆的元件进行短路的方法。再一方面，本专利技术的另一目的是提供一种固体电解质电化学电池堆，它包括适合于插入用于短路的装置的元件。根据本专利技术的一方面，提供一种用于电旁路压滤机结构单体电化学电池的方法，所述单体电化学电池由导电双极板限定并设置有外围的密封衬垫，所述方法包括：在对所述导电双极板之间插入的材料进行打孔而获得的至少一个凹槽中嵌入导电材料，从而使所述单体电化学电池短路。根据本专利技术的另一方面，提供一种压滤机结构单体电化学电池，所述单体电化学电池由导电双极板限定并设置有外围的密封衬垫，所述单体电化学电池包括对所述导电双极板之间插入的材料进行打孔而获得的至少一个凹槽，在所述至少一个凹槽中嵌入用于短路所述单体电化学电池的导电材料。-->附图说明参照附图描述本专利技术，其中：图1表示根据本专利技术的电化学电池堆；图2表示根据本专利技术实施方式的电化学电池的截面。图3表示根据本专利技术的可选实施方式的电化学电池的截面。具体实施方式本专利技术在于在一个或多个凹槽中插入导电材料，该凹槽是通过对在限定将被短路的电池元件的两个双极板之间插入的材料进行打孔而获得的，该导电材料优选是细长形状，例如以细丝、纤维、棒、管或条的形式。根据优选实施方式，通过在电池元件中进行打孔，获得了一个或多个凹槽，结果，沿着打孔路径破坏和/或移去了不具备导电性的材料，将所述材料插入到所述凹槽中，从而获得连续导电性。根据另一个优选实施方式，通过以下方式获得所述凹槽：沿着相同打孔路径进行打孔，破坏和/或移去具备或不具备导电性的、在所述双极板之间插入的所有材料，随后将导电材料插入所述凹槽中并直接接触所述双极板的内壁。根据另一优选实施方式，通过钻孔获得至少一个所述凹槽，随后将导电材料插入所述凹槽。根据可选实施方式，利用金属尖钻孔从而获得至少一个所述凹槽，随后将所述金属尖留在所述凹槽的内部以获得连续导电性。根据另一个优选实施方式，在借助前述实施方式之一进行短路操作之前，对将被短路的电池进行水力旁路(hydraulic by-passing)，例如通过在循环流体回路的相应的入口中并可选地也在出口中注入合适的密封剂。根据另一个优选实施方式，在适合于该范围的预设位置中进行打孔，以获得其中插入导电材料的凹槽。根据另一个优选实施方式，通过压痕、刻痕(niches)或其它合适的特殊构形方式实现适合于该范围的这种预设位置，使得将被替-->代材料的厚度比较薄。下面的实施例说明根据本专利技术的短路方法的一些可能的实施方式，尽管它们不表示以任何方式对本专利技术的限制。实施例1根据本专利技术的短路的典型实施例涉及属于燃料电池堆的单体电池的旁路，此电池堆按照图1中显示的压滤机类型设置。该电池堆包括由双极板或终端导电板(2)限定的单体电池(1)，双极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电旁路压滤机结构单体电化学电池的方法，所述单体电化学电池由导电双极板限定并设置有外围的密封衬垫，所述方法包括：在对所述导电双极板之间插入的材料进行打孔而获得的至少一个凹槽中嵌入导电材料，从而使所述单体电化学电池短路。

【技术特征摘要】
IT 2001-3-6 MI2001A0004581.一种用于电旁路压滤机结构单体电化学电池的方法，所述单体电化学电池由导电双极板限定并设置有外围的密封衬垫，所述方法包括：在对所述导电双极板之间插入的材料进行打孔而获得的至少一个凹槽中嵌入导电材料，从而使所述单体电化学电池短路。2.根据权利要求1的方法，其中在所述导电双极板之间并沿着所述打孔路径设置的全部所述材料被替换掉，在所述导电双极板和所述导电材料之间进行直接接触。3.根据前述权利要求的方法，其中所述插入材料包括缺乏导电性的材料。4.根据权利要求3的方法，其中缺乏导电性的所述材料包括聚合物膜。5.根据权利要求1或2的方法，其中所述插入材料包括缺乏导电性的材料和具有导电性的材料。6.根据权利要求5的方法，其中所述缺乏导电性的材料包括聚合物膜，所述具有导电性的材料包括集流体和所述外围的密封衬垫。7.根据前述方法，其中所述打孔利用钻头完成。8.根据权利要求7的方法，其中所述钻头设置有金属尖部，在完成所述打孔之后，所述金属尖部留在所述至少一个凹槽中。9.根据权利要求1至7的方法，其中所述导电材料是从棒、条、电缆、纤维束和线中选出的具有细长形状的材料。10.根据权利要求1至7的方法，其中所述导电材料是在压缩下保持剩余弹性的材料。11.根据权利要求10的方法，其中所述导电材料选自由管、螺旋形棒、具有V形截面的棒、具有“欧米加”形截面的棒、或具有椭圆扇区形状的截面的棒构成的组。12.根据前述权利要求的方法，其中所述导电材料是可选性地涂覆有贵金属层的高导电性金属材料。-->13.根据权利要求1至7的方法，其中所述导电材料是导电膏状...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔菲斯，安东尼奥图偌，保罗彼内利，
申请(专利权)人：纽韦拉燃料电池欧洲有限责任公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]