双极板和燃料电池堆叠制造技术

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池堆叠(100)的双极板(10)，所述双极板(10)具有主延伸平面(HE)和在所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)、第一双极板半部(12)和第二双极板半部(14)、活性场(40)、分配区域(50)和端口区域(60)，其中，所述端口区域(60)具有至少一个端口，用于将至少一种流体(F)引到所述主延伸平面(HE)中，其中，所述活性场(40)具有至少一个冷却流体通道结构(42)，用于借助冷却流体(KF)进行冷却，以及具有至少一个燃料通道结构(44)，用于向所述燃料电池堆叠(100)的至少一个相邻的隔膜电极组件(110)供给至少一种流体(F)，其中，所述第一双极板半部(12)和所述第二双极板半部(14)在所述分配区域(50)中形成至少一个分配通道结构(52)，其中，所述分配通道结构(52)为了被冷却流体(KF)流过而与所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)成角度地构型，其中，所述双极板(10)在所述分配区域(50)中具有比所述双极板(10)在所述活性场(40)中的最大厚度(D2)更大的厚度(D1)。此外，本发明专利技术公开一种具有至少一个双极板(10)和至少一个隔膜电极组件(110)的燃料电池堆叠(100)。隔膜电极组件(110)的燃料电池堆叠(100)。隔膜电极组件(110)的燃料电池堆叠(100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极板和燃料电池堆叠

技术介绍

[0001]作为移动应用的能量储存装置，氢气是电池的绝佳替代品，因为对于储存装置的制造而言不必使用对环境有害的原材料(例如锂)，并且充注以氢气的压力容器在能量含量相同的情况下重量仅为类似电池的零头。为了在燃料电池中产生电流，氢气例如在移动应用中与空气中的氧气一起被氧化成H2O。释放的能量大部分作为电能产生并且可供移动应用的电力消耗装置使用。
[0002]在已知的燃料电池中，双极板主要用于燃料流体和/或冷却流体的导流。在此，双极板的目的是将气体和冷却介质均匀地分配在电池单体的活性面上。每个电池单体通过用于每种介质的入口和出口通道，也称为端口与堆叠中的其它电池单体连接。气体必须从端口引导至活性面。这可以通过分配场中的分配通道实现。在压制的金属双极板中，冷却介质的通道结构作为用于空气或氢气的通道结构的阴模形状产生。为了减少反应物的压力损失，活性场中的多个通道通常与一个分配通道连接。这种情况导致在不调整通道结构的情况下并非所有冷却介质的接片都在活性面中连接，而是只有那些在分配场中具有一个接片的冷却介质接片在活性面中连接，例如在三个被供给的活性通道具有一个分配通道的情况下，该三重组件的接片中的两个接片不被该半板供给冷却介质。由于入口和出口区域、尤其是从至少一个端口至活性面的连接中的不同边界条件，在活性场中形成不均匀的质量流分布，尤其对于冷却流体。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种用于燃料电池堆叠的双极板和具有至少一个双极板和至少一个隔膜电极组件的燃料电池堆叠。所述双极板根据权利要求1的特征构型。所述燃料电池堆叠根据权利要求10的特征构型。本专利技术的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。
[0004]根据第一方面，本专利技术示出用于燃料电池堆叠的双极板。该双极板具有主延伸平面和在主延伸平面中的主流动方向、第一双极板半部和第二双极板半部、活性场、分配区域和端口区域。端口区域具有至少一个端口，用于将至少一种流体引到主延伸平面中。活性场具有少一个冷却流体通道结构，用于借助冷却流体进行冷却，以及至少一个燃料通道结构，用于向燃料电池堆叠的至少一个相邻的隔膜电极组件供给至少一种流体。第一双极板半部和第二双极板半部在分配区域中形成至少一个分配通道结构，其中，分配通道结构为了被冷却流体流过而与主延伸平面中的主流动方向成角度地构型，其中，双极板在分配区域中具有比双极板在活性场中的最大厚度更大的厚度。
[0005]所描述的厚度在本专利技术的范畴内应理解为与双极板的主延伸平面正交的延伸尺度。主延伸平面由双极板的尺寸限定并且沿着双极板的长度和宽度展开。主流动方向由双极板的活性场的通道结构限定，该通道结构允许至少一种流体、尤其是燃料和/或反应物平行或基本平行于燃料电池堆叠的双极板和/或隔膜电极组件的流动。在根据本专利技术的燃料电池堆叠中，双极板沿堆叠方向优选与隔膜电极组件交替地彼此堆叠。在此，双极板和/或
隔膜电极组件的主延伸平面相对彼此平行或基本平行地布置。表述“X或基本上X”在本专利技术的范畴内应理解为可能的小的偏差，例如由于制造公差和/或材料特性引起，而不会改变特征的所基于的预期功能。
[0006]优选地，分配场和活性场在主延伸平面内相邻地布置，尤其其中，分配场包围活性场和/或在两侧、尤其两个相对置的侧上邻接于活性场。分配场在双极板的主延伸平面中优选布置在端口区域和活性场之间。
[0007]双极板的冷却流体通道结构和燃料通道结构为了被冷却流体或燃料流过而沿着主流动方向构型。为了向在根据本专利技术的燃料电池堆叠中的邻接于双极板的隔膜电极组件供给燃料，燃料通道结构能够优选附加地实现燃料与双极板的主延伸平面正交或基本正交的流动，尤其到隔膜电极组件和/或气体扩散层中。
[0008]分配通道结构为了被冷却流体流过而相对于在主延伸平面中的主流动方向成角度，尤其垂直或基本垂直地构型。因此，更确切地说，分配通道结构优选与活性场、冷却流体通道结构和/或燃料通道结构横向地在双极板的主延伸平面中延伸。作为本专利技术的流体，优选地氢气和氧气应理解为用于根据本专利技术的燃料电池堆叠的双极板的反应物。
[0009]根据本专利技术的双极板是特别有利的，因为双极板在分配区域中具有比双极板在活性场中的最大厚度更大的厚度。双极板在活性场中的厚度在截面上通过双极板的通道结构变化地构型。第一双极板半部和第二双极板半部通常具有高度压制和深度压制的区域，这些区域在双极板的构型中形成通道结构。双极板在活性场中的最大厚度例如在截面上通过活性场在冷却流体通道结构的深度上得出。在将根据本专利技术的双极板堆叠成燃料电池堆叠时，隔膜电极组件布置在双极板之间。因此，在对双极板在活性场中进行设计构型时必须考虑隔膜电极组件的厚度。然而，这意味着对于不存在和/或不必考虑隔膜电极组件的厚度的分配区域而言，在分配区域中存在双极板厚度上的潜在结构空间。该结构空间被根据本专利技术的双极板利用，尤其有利于分配通道结构，用于在主延伸平面中与主流动方向成角度地被冷却流体流过。换言之，根据本专利技术的双极板的设计构型对于分配通道结构由于考虑了隔膜电极组件的的厚度而有利地利用了活性场和分配区域之间的厚度差，分配通道结构用于与在主延伸平面中的主流动方向成角度地被冷却流体流过。
[0010]因此，根据本专利技术的双极板是特别有利的，因为分配通道结构尤其结构空间优化地构型，并且因此，能够实现和/或改善冷却流体在活性场上的均匀的质量流分布。
[0011]根据本专利技术的双极板的所描述的特征在本专利技术的范畴内当然也适用于已知的燃料电池的端部双极板(有时也称为“单极板”)，并且也包含在本专利技术的公开中。
[0012]根据本专利技术的双极板的一个优选实施方式设置，至少一个分配通道结构与至少一个冷却流体通道结构中的每一个具有流体连通的连接，用于分配冷却流体。将双极板的活性场的至少一个冷却流体通道结构全部连接到分配通道结构上，能够实现将冷却流体特别有利地分配到冷却流体通道结构上和从而分配到活性场上。如此构型的双极板能够有利地实现横向于主流动方向和/或在活动场上的压力补偿。因此，减少和/或甚至防止双极板的冷却流体的不均匀质量流分布。更确切地说，如此构型的双极板的分配通道结构将冷却流体通道结构，尤其所有冷却流体通道结构，通过活性场短暂地相互短接并且因此能够实现冷却流体的特别有利的交换。
[0013]根据本专利技术的双极板的一个优选实施方式设置，活性场的燃料通道结构具有多个
通道，其中，各至少两个通道借助一个共同的用于供应流体的燃料供应通道与至少一个端口流体连通地连接。根据本专利技术的双极板具有多个燃料通道是有利的。此外有利的是，多个燃料通道分别聚束成至少两个或多个燃料供应通道，使得优选地通过如此聚束的燃料通道实现燃料均匀的流动。活性场的例如两个燃料通道在分配区域和/或端口区域中聚束成一个燃料供应通道，在本专利技术的范畴内应理解为流体流通过例如一个共同的通道结构聚束，而流体流之间没有物理分开。
[0014]根据本专利技术的双极板的一个优选实施方式设置，至少一个共同的燃料供应通道在分配区域中至少区段地布置在分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池堆叠(100)的双极板(10)，所述双极板(10)具有主延伸平面(HE)和在所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)、第一双极板半部(12)和第二双极板半部(14)、活性场(40)、分配区域(50)和端口区域(60)，其中，所述端口区域(60)具有至少一个端口，用于将至少一种流体(F)引到所述主延伸平面(HE)中，其中，所述活性场(40)具有至少一个冷却流体通道结构(42)，用于借助冷却流体(KF)进行冷却，以及具有至少一个燃料通道结构(44)，用于向所述燃料电池堆叠(100)的至少一个相邻的隔膜电极组件(110)供给至少一种流体(F)，其特征在于，所述第一双极板半部(12)和所述第二双极板半部(14)在所述分配区域(50)中形成至少一个分配通道结构(52)，其中，所述分配通道结构(52)为了被冷却流体(KF)流过而与所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)成角度地构型，其中，所述双极板(10)在所述分配区域(50)中具有比所述双极板(10)在所述活性场(40)中的最大厚度(D2)更大的厚度(D1)。2.根据权利要求1所述的双极板(10)，其特征在于，所述至少一个分配通道结构(52)与所述至少一个冷却流体通道结构(42)中的每一个具有流体连通的连接，用于分配冷却流体(KF)。3.根据权利要求中任一项所述的双极板(10)，其特征在于，所述活性场(40)的燃料通道结构(44)具有多个通道(45)，其中，至少两个通道(45)相应地借助用于供应流体(F)的一个共同的燃料供应通道(64)与所述至少一个端口流体连通地连接。4.根据权利要求3所述的双极板(10)，其特征在于，至少一个共同的燃料供给通道(64)在所述分配区域(50)中至少区段地布置在所述分配通道结构(52)上方。5.根据权利要求中任一项所述的双极板(10)，其特征在于，所述第一双...

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