燃料电池单元制造技术

作为用于电化学式地产生电能的燃料电池堆垛(1)的燃料电池单元(1)，其包括具有阳极、阴极、质子交换膜、气体扩散层和双极板的燃料电池(2)，所述燃料电池单元(1)包括至少一个潜热蓄热器(45)，其具有用于防止或者延迟在所述燃料电池(2)中的水结冰的相变材料(46)。燃料电池(2)中的水结冰的相变材料(46)。燃料电池(2)中的水结冰的相变材料(46)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池单元


[0001]本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的燃料电池单元和一种根据权利要求15的前序部分所述的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]作为直流电池的燃料电池单元借助于在阳极和阴极上的氧化还原反应连续地将所供入的燃料和氧化剂转化为电能。燃料电池使用在极不同的固定的和移动的应用中，例如在没有连接到电网的房屋中或者机动车中、铁路交通中、航空交通中、宇宙航行中和航运中。在燃料电池单元中，大量的燃料电池布置在作为堆的堆垛中。
[0003]尤其是燃料电池单元在机动车中、铁路交通中、航运中和航空交通中的移动的应用中，燃料电池单元在静止状态下暴露于环境的温度下。水位于质子交换膜和气体扩散层中，所述水在0℃以下的环境温度下结冰。水在结冰过程期间膨胀，也就是说增大体积，从而这也可能导致高的机械应力并且在大的数量的结冰过程的情况下也可能导致明显的损坏。在静止状态期间结冰之后，在重新投入运行时，又发生燃料电池单元1的例如65℃的运行温度的达到，从而水又融化。因此，在环境中0℃以下的温度下和燃料电池单元1的运行和静止状态交替的情况下，在燃料电池单元中发生水的结冰和融化的反复的有害的过程。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的燃料电池单元作为燃料电池堆垛用于以电化学式地产生电能，所述燃料电池单元包括燃料电池，该燃料电池具有阳极、阴极、质子交换膜、气体扩散层和双极板，其中，该燃料电池单元包括至少一个潜热蓄热器，该潜热蓄热器具有用于防止或者延迟在燃料电池中的水结冰的相变材料。在从液态的聚集状态到固态的聚集状态的过渡中，相变材料释放出凝固热并且将该凝固热引导至燃料电池中的水，从而由此可以防止或者延迟燃料电池中的水的有害的结冰。
[0005]在另一实施方式中，至少一个潜热蓄热器的相变材料具有相变作为从液体到固体的聚集状态改变，以便将热量作为凝固热放出。相变材料每单位质量和/或单位体积释放出大的量的凝固热，从而小的质量和/或体积的相变材料已经可能大大地有助于延迟或者防止水的结冰。
[0006]按目的地，相变材料的凝固点位于0℃和60℃之间，尤其是位于0℃和15℃之间。相变材料的凝固点应仅仅略微地大于0℃，以便将凝固热仅仅在水达到0℃的凝固温度之前短时间释放出并且因此有效地被使用于防止水结冰。
[0007]在另一构型中，燃料电池单元包括壳体。
[0008]在一种补充的变型中，至少一个潜热存储器布置在由壳体包围的内部空间以内。由潜热存储器释放的凝固热因此基本上被传到燃料电池中并且仅仅可忽略地直接地传到环境中而不加热燃料电池。
[0009]在另一构型中，至少一个潜热蓄热器构造在壳体和堆叠的燃料电池之间。
[0010]按目的地，至少一个潜热蓄热器布置在壳体的内侧上。
[0011]在一种补充的实施方式中，至少一个潜热蓄热器遮盖壳体的内侧至少80％、90％或者95％，尤其是完全地遮盖。
[0012]在另一变型中，至少一个潜热蓄热器构造在堆叠的燃料电池的外侧上。
[0013]在一种补充的构型中，至少一个潜热蓄热器遮盖堆叠的燃料电池的外侧至少80％、90％或者95％，尤其是完全地遮盖。因此，潜热蓄热器的凝固热可以基本均匀地加热燃料电池。
[0014]优选地，至少一个潜热蓄热器集成到燃料电池中。
[0015]在另一变型中，具有相变材料的分隔开的部分质量的多个潜热蓄热器集成在燃料电池中。
[0016]在另一构型中，具有相变材料的分隔开的部分质量的多个潜热蓄热器集成在各个燃料电池中。分散在燃料电池上的大量潜热蓄热器实现燃料电池以凝固热均匀地加热。
[0017]在一种补充的变型中，多个潜热蓄热器的相变材料布置在燃料电池的双极板中的密封流体的空腔中和/或上。
[0018]根据本专利技术的燃料电池系统、尤其是用于机动车的燃料电池系统，其包括作为燃料电池堆垛的燃料电池单元，所述燃料电池堆垛具有燃料电池、用以存储气态的燃料的压缩气体存储器、用于将气态的氧化剂输送至燃料电池的阴极的气体输送装置，其中，燃料电池单元构造为在本专利权申请中所说明的燃料电池单元。
[0019]优选地，相变材料的凝固点大于1℃、2℃或者3℃和/或小于10℃或者15℃。因此，相变材料的凝固点略大于水的凝固点。
[0020]按目的地，壳体基本上完全地包围堆叠的燃料电池。优选地，基本上完全地意味着，壳体包围燃料电池至少80％、90％或者95％。
[0021]在另一构型中，相变材料是LiCIO3‑
3H2O和/或具有氯化钙在水中至少38％的摩尔浓度的含水的氯化钙溶液和/或石蜡。
[0022]在另一构型中，具有潜热蓄热器的相变材料的空腔尤其仅通过每一个、尤其是仅每一个导热的壁与双极板中的用于冷却剂的冷却通道分隔开。
[0023]在一种补充的构型中，热隔绝层的热导率λ小于0.5W/m
·
K或者0.1W/m
·
K或者0.05W/m
·
K。
[0024]在另一实施方式中，热隔绝层的厚度为至少0.1cm或者0.2cm或者0.5cm或者1cm。
[0025]在一种附加的实施方式中，相变材料布置在由至少一个壁限界的至少一个密封流体的空腔中。因此，相变材料例如不与燃料、氧化剂或者冷却剂发生接触。
[0026]在一种补充的变型中，至少一个潜热蓄热器的相变材料的质量包括堆叠的燃料电池的质量的至少0.5％质量百分比、1％质量百分比、3％质量百分比或者5％质量百分比。
[0027]在一种补充的变型中，至少一个潜热蓄热器的相变材料的体积包括堆叠的燃料电池的体积的至少0.5％体积百分比、1％体积百分比、3％体积百分比或者5％体积百分比。
[0028]在另一实施方式中，燃料电池单元的燃料电池堆叠地布置。
[0029]优选地，至少一个潜热蓄热器包括至少一个被相变材料填充的、由至少一个壁限界的空腔。
[0030]在另一变型中，燃料电池单元包括至少一个连接装置、尤其是多个连接装置和夹
紧元件。
[0031]按目的地，燃料电池的部件是质子交换膜、阳极、阴极、气体扩散层和双极板。
[0032]在另一构型中，燃料电池分别包括质子交换膜、阳极、阴极、至少一个气体扩散层和至少一个双极板。
[0033]在另一实施方式中，连接装置构造为螺栓和/或是棒状的。
[0034]按目的地，夹紧元件构造为夹紧板。
[0035]在另一变型中，气体输送装置构造为鼓风机或者压缩机。
[0036]尤其是，燃料电池单元包括至少3、4、5或者6个连接装置。
[0037]在另一构型中，夹紧元件板状地和/或盘状地和/或平坦地构造和/或构造为栅格。
[0038]优选地，燃料是氢气、富含氢的气体、重整气体或者天然气。
[0039]按目的地，燃料电池基本上平坦地和/或盘状地构造。
[0040]在一种补充的变型中，氧化剂是具有氧气的空气或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.燃料电池单元(1)，作为燃料电池堆垛(1)用以电化学式地产生电能，所述燃料电池单元包括燃料电池(2)，该燃料电池具有阳极(7)、阴极(8)、质子交换膜(5)、气体扩散层(9)和双极板(10)，其特征在于，所述燃料电池单元(1)包括至少一个潜热蓄热器(45)，该潜热蓄热器具有相变材料(46)用以防止或者延迟所述燃料电池(2)中的水结冰。2.根据权利要求1所述的燃料电池单元，其特征在于，所述至少一个潜热蓄热器(45)的相变材料(46)具有作为从液体到固体的聚集状态改变的相变，用以放出作为凝固热的热量。3.根据权利要求2所述的燃料电池单元，其特征在于，所述相变材料(46)的凝固点位于0℃至60℃之间、尤其是0℃至15℃之间。4.根据以上权利要求中任一项或者多项所述的燃料电池单元，其特征在于，所述燃料电池单元(1)包括壳体(41)。5.根据权利要求4所述的燃料电池单元，其特征在于，所述至少一个潜热蓄热器(45)布置在被所述壳体(41)包围的内部空间(43)以内。6.根据权利要求5所述的燃料电池单元，其特征在于，所述至少一个潜热蓄热器(45)构造在所述壳体(41)和堆叠的所述燃料电池(2)之间。7.根据权利要求5或6所述的燃料电池单元，其特征在于，所述至少一个潜热蓄热器(45)布置在所述壳体(41)的内侧(42)上。8.根据权利要求7所述的燃料电池单元，其特征在于，所述至少一个潜热蓄热器(45)遮盖所述壳体(41)的内侧(42)至少80％、90％或者95％，尤其是完全地遮盖。9.根据以上权利要求中任一项或者多项所述的燃料电池单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：