双极板和燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及一种双极板，该双极板具有阳极板、阴极板以及在两个表面之间的接触表面。在过渡区域中，至少一个第一凹槽终结和/或第二凹槽终结或至少一个第一凹槽并入到第二凹槽中，其中，各凹槽引导流体。在第一凹槽和第二凹槽中的至少一个中，凹槽基部升高使得凹槽基部到接触表面的距离减小。另外，本发明专利技术还涉及一种燃料电池。种燃料电池。种燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
双极板和燃料电池
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2022年2月7日提交的标题为“双极板和燃料电池”的德国技术申请号20 2022 100 690.3的优先权。为了所有目的，以参见的方式将上面列出的申请的全部内容纳入本文。


[0002]本公开涉及一种比如在电化学系统中使用的双极板，用于将化学能转换为电能并且将电能转换为化学能，以及涉及一种具有一个或多个这种双极板的燃料电池。

技术介绍

[0003]已知的电化学系统通常包括成堆叠的电化学电池，它们各自被双极板彼此分离开。这种双极板通常具有两个单独的分离板，阳极板和阴极板，它们在放置在彼此之上时连结在一起。连结在一起通常以材料连续性进行，例如通过焊接连接。
[0004]这种双极板在阳极板和阴极板之间具有中空空间，其中冷却剂可以在阳极板和阴极板之间传导。冷却剂不仅以冷却为其主要目标，而且非常普遍地用于双极板的温度控制，例如也在非常低的环境温度下加热双极板。
[0005]为此，冷却剂经由通路开口(端口)进入该中间空间，并经由分配器结构被传导进入流动区域，该流动区域占据了两个板(阳极板和阴极板)之间的大部分区域。流动区域设计为使得阳极板和阴极板在双极板外侧发生电化学反应的那些区域中温度受控。
[0006]冷却剂经由收集区域的通道被引导穿过双极板到另一个端口，冷却剂经由该通道从阳极板和阴极板之间的中间区域引导离开。
[0007]阀区域、流动区域和收集区域具有用于引导冷却剂的通道。分配区域和流动区域的通道或流动区域和收集区域的通道在分配区域和流动区域之间以及流动区域和收集区域之间、例如在过渡区域中并入彼此。一些通道在这里被引导到彼此中，连结在一起，和/或分离成另外的通道。
[0008]这些冷却剂通道通过腹板彼此分离开，因此横向于冷却剂的流动方向生成一系列腹板和一系列由腹板彼此分离开的凹槽(通道)。如已经提及的，一些通道以及因此凹槽和腹板结束于过渡区域处或过渡区域中。由于板材料在凹槽冲压上的扭曲非常大，因此凹槽壁在通道的端部处发生明显的材料变薄，在该端部处，相应的通道基部(凹槽基部)并入到与凹槽相邻的相应阳极板或阴极板的平面中。在一些情况下，由于大程度的再成形，甚至会出现裂纹。材料变薄和裂纹导致分离板的永久耐用性降低，并在分离板制造中产生更多的浪费。
[0009]此外，通过冲压工艺，材料在凹槽端部处在两个不同方向上弯曲。一方面，凹槽的壁在横截面上横向弯曲到凹槽的纵向范围，另一方面，在纵向范围的方向上也弯曲。这导致凹槽端部的非常大的再成形，因为凹槽端部处的冲压半径较大，其在凹槽端部的整个外围上是恒定的。

技术实现思路

[0010]因此，本公开的目的是提供一种双极板，该双极板具有更高永久耐用性，并且具有更高的工艺稳定性并减少生产中的浪费。同样地，本公开的目的在于提供一种具有这种双极板的燃料电池。
[0011]本公开的双极板通常具有两个分离板，阳极板和阴极板，在下文中也概称为“板”。阳极板和阴极板彼此相邻布置，同时在阳极板和阴极板的相互面对的表面之间形成接触表面。以沿其外围边缘连续密封的方式，阳极板和阴极板可以例如以粘合的方式连接到彼此、例如以焊接来连接到彼此。
[0012]例如，在两个板之间形成中空空间，用于引导冷却剂(更一般为“温度控制剂”)。这些中空空间位于与入口端口相邻的分配区域中、与出口端口相邻的收集区域中以及布置在分配区域和收集区域之间的流动区域中。
[0013]每个板的流动区域均有第一组第一凹槽，这些凹槽在分配区域和收集区域之间延伸，其彼此相邻地布置为横向于它们的纵向方向，并被第一腹板彼此分离开。阳极板和阴极板中的这些第一凹槽在流动区域形成用于冷却剂的流动通道。此处所有的凹槽都形成相对于板平面或板与相邻板的接触表面的凹部。
[0014]分配区域和收集区域各自都具有第二组第二凹槽，这些凹槽从流动区域延伸离开，并且同样地彼此相邻地布置为横向于它们的纵向方向，并通过第二腹板彼此分离开。这些凹槽也形成通道，用于引导在这些第二凹槽中的冷却剂。流动区域的第一凹槽和分配区域的第二凹槽和/或流动区域的第一凹槽和收集区域的第二凹槽在过渡区域中并入彼此。单个第二凹槽也可以直接并入到过渡区域中的流动区域的凹槽中。
[0015]根据本公开，实现前述目标现在可以在于，第一凹槽和第二凹槽中的至少一个，为从流动区域、分配区域和/或收集区域开始，形成在相邻过渡区域的方向上或在过渡区域中，使得凹槽基部(底部)在接触表面的方向上升高，使得凹槽基部到接触表面的距离减小。
[0016]这具有的效果是，随着凹槽在过渡区域处或在过渡区域中结束，在凹槽基部与接触表面之间要通过冲压克服的高度差在凹槽的端部处、在过渡区域的方向上或在过渡区域中减小，使得与传统分离板的通道结构相比，凹槽基部与接触表面之间在凹槽的端部处的再成形程度减小。因此，还会导致较小的材料张力。即使流动区域的第一凹槽并入到分配区域或收集区域的第二凹槽中，凹槽基部也能够根据本公开在过渡区域的方向上的接触表面的方向上或在过渡区域中增加，其用于并入彼此的第一凹槽和/或第二凹槽。在凹槽基部和接触表面之间，在一个凹槽并入到另一个凹槽中的那些区域中，此处也可以实现较小程度的再成形。另外，可以补偿并入彼此的第一凹槽和第二凹槽的深度差。
[0017]因此，在凹槽端部处或在从第一凹槽到第二凹槽的过渡区域中避免了过高的再成形程度和过大的材料变薄。
[0018]可能有利的是，如果各个凹槽的凹槽基部在接触表面的方向上增加的区域在凹槽范围方向上不低于最小长度L1，其中凹槽基部在接触表面的方向上的升高延伸至少1mm，或至少1.4mm。可能有利的是，如果该长度L1大于凹槽的宽度B，或大于凹槽的宽度B的1.2倍。此处的凹槽宽度B在凹槽基部尚未在接触表面的方向上升高的区域的一半深度处确定。
[0019]可能有利的是，如果凹槽基部在长度L2上的升高是线性发生的，例如以相对于接触表面的平面的预定角度α升高。此角度可以达到α≤10
°
，或≤5
°
。在此实施例中，与凹槽的
升高有关的材料伸展可以限制到最小，然而这足够使凹槽成形。因此，本公开允许避免由于凹槽基部在接触表面的方向上升高的区域或与此升高相邻的区域中过大程度的再成形而引起的过大材料变薄。
[0020]凹槽的端部通常以与在过渡区域处或在过渡区域中终结的通道恒定的方式被倒角和周向倒圆。这也导致了大程度的再成形和通道的相应端部的显著材料变薄。
[0021]如果在这种凹槽端部/通道端部的横向于凹槽纵向方向的横截面中的区域中形成合适的凹槽壁设计，则可以避免或改善这种情况。可能有利的是，如果此横截面中的相应凹槽基部在具有半径R1的第一弯曲区域中并入到凹槽壁中，然后后者在中间部段上延伸、例如在横截面上是直线的中间部段上，直到另一第二弯曲区域，其中具有半径R2的凹槽壁并入到接触表面或到相邻腹板中。此处的R1可以达到0.04mm至0.24mm和/或R2可以达到0.11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有阳极板和阴极板的双极板，所述阳极板和所述阴极板的表面中的对应表面相邻彼此地布置，在两个表面之间形成接触表面，其中，在两个板之间形成中空空间，作为分配区域、收集区域和布置在所述分配区域和所述收集区域之间引导冷却剂的流动区域；其中，所述板中的每个的所述流动区域具有第一组第一凹槽，所述第一组第一凹槽彼此相邻地布置为横向于它们的纵向方向并通过第一腹板彼此分离开，以引导在所述第一凹槽中的所述冷却剂；其中，所述板中的每个的所述分配区域和收集区域各自具有第二组第二凹槽，所述第二组第二凹槽彼此相邻地布置为横向于它们的纵向方向并通过第二腹板彼此分离开，以引导在所述第一凹槽中的所述冷却剂；具有过渡区域，在所述过渡区域中，至少一个第一凹槽和/或第二凹槽终结，或者至少一个所述第一凹槽并入到第二凹槽中，其中，对于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一个，凹槽基部从所述流动区域开始，在所述分配区域和/或所述收集区域中，在所述过渡区域的方向上和/或在所述过渡区域中升高，使得所述凹槽基部到所述接触表面的距离减少。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一个终结在所述过渡区域中。3.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第二凹槽中的至少一个在所述过渡区域中、在所述第二凹槽的端部处并入到第一凹槽中。4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，至少对于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的一个，所述凹槽基部在高度L1上升高，L1达到至少1mm。5.根据权利要求4所述的双极板，其特征在于，至少对于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的一个，所述凹槽具有宽度B，所述宽度B适用L1≥B，其中所述宽度B在所述凹槽的一半深度处确定。6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，至少对于所述第一凹槽和所述第二凹槽中的一个，所述凹槽基部的升高在高度L2上是线性的；和/或其中，在所述凹槽基部的升高中，所述凹槽基部的平面与直接在所述凹槽两侧处的所述接触表面的平面至少部分地形成角度α，其中α≤10
°
。7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，对于终结在所述过渡区域中的所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一个，所述凹槽具有第一弯曲区域和第二弯曲区域，在沿着所述凹槽基部的升高垂直于其纵向范围的横截面中并且在所述凹槽的内侧上测量，所述第一弯曲区域具有半径R1，所述凹槽基部在所述第一弯曲区域中并入到凹槽壁中，所述第二弯曲区域具有半径R2，所述凹槽壁在所述第二弯曲区域中并入到与相应的关联板的凹槽相邻的区域中。8.根据权利要求7所述的双极板，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：莱茵兹密封垫有限公司，
类型：发明
国别省市：