电化学池和用于制造电化学池的方法技术

本发明专利技术涉及一种电化学池(1)，其包括至少一个膜电极组件(4)、气体扩散层(5)和分配器板(7)，其中，所述分配器板(7)具有包括隔条(12)和主通道(11)的结构，所述隔条具有表面(13)，所述主通道具有底面(33)，其中，在所述气体扩散层(5)中和/或在所述分配器板(7)上存在至少一个副通道(15)，所述至少一个副通道通到所述主通道(11)的底面(33)为止，其中，所述至少一个副通道(15)至少部分地在所述气体扩散层(5)中延伸，和/或，在所述隔条(12)的一个表面(13)上存在至少两个副通道(15)，并且所述至少两个副通道(15)经由储存部(110)彼此连通。此外，本发明专利技术涉及一种用于制造电化学池(1)的方法。发明专利技术涉及一种用于制造电化学池(1)的方法。发明专利技术涉及一种用于制造电化学池(1)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学池和用于制造电化学池的方法


[0001]本专利技术涉及一种电化学池，其包括至少一个膜电极组件、气体扩散层和分配器板，其中，该分配器板具有包括隔条和主通道的结构，所述隔条具有表面，所述主通道具有底面。此外，本专利技术涉及一种用于制造电化学池的方法。

技术介绍

[0002]电化学池是电化学能量转换器，并且以燃料电池或者电解装置的形式已知。
[0003]燃料电池将连续供给的燃料的和氧化剂的化学反应能转换成电能。在已知的燃料电池中，尤其是将氢气(H2)和氧气(O2)转换成水(H2O)、电能和热。
[0004]尤其地，已知质子交换膜(Proton Exchange Membrane＝PEM)燃料电池。质子交换膜燃料电池具有布置在中央的膜，该膜对于质子、即氢离子来说是可透过的。氧化剂、尤其是空气中的氧气由此在空间上与燃料、尤其氢气分开。
[0005]燃料电池具有阳极和阴极。燃料在阳极上被供给至燃料电池并且在释放电子的情况下被催化氧化成质子，所述质子到达阴极。所释放的电子从燃料电池中被导出并经由外部电路流到阴极。
[0006]氧化剂、尤其空气中的氧气在阴极上被供给至燃料电池，并且通过吸收来自该外部电路的电子和质子而反应成水。这样产生的水从燃料电池中被导出。总反应为：
[0007]O2+4H
+
+4e
‑
→
2H2O
[0008]在此，在燃料电池的阳极与阴极之间存在有电压。为了提高该电压，多个燃料电池单体能够在机械上依次布置成一个燃料电池单体堆叠并且在电学上串联连接，该燃料电池单体堆叠也称为电堆或者燃料电池单体结构。
[0009]电化学池的堆叠通常具有端板，所述端板将各个单体彼此压紧并给该堆叠赋予稳定性。端板也能够用作该堆叠的正极或负极以用于导出电流。
[0010]电极，即阳极和阴极，以及膜能够在结构上组合成膜电极组件(MEA)，该膜电极组件也称为Membrane ElectrodeAssembly。
[0011]电化学池的电堆还具有双极板，所述双极板也称为气体分配器板或者分配器板。双极板用于将燃料均匀地分配到阳极上并且用于将氧化剂均匀地分配到阴极上。此外，双极板通常具有表面结构、尤其是通道状的结构，用于将燃料以及氧化剂分配到电极上。尤其是在燃料电池中，通道状的结构还用于导出在反应时生成的水。附加地，双极板能够具有用于传输冷却介质通过电化学池以导出热的结构。
[0012]除了在氧气、氢气和水方面的介质引导之外，双极板还确保与膜的面式的电接触。
[0013]例如，燃料电池电堆典型地包括直至几百个的单燃料电池单体，所述燃料电池单体层状地彼此堆叠为所谓的三明治。这些单燃料电池单体具有MEA并且分别在阳极侧上和在阴极侧上具有双极板半部。燃料电池单体尤其包括通常分别呈压印的板材形式的阳极单极板和阴极单极板，所述阳极单极板和阴极单极板一起形成双极板并且因此形成用于引导气体和液体的通道，并且冷却介质在这些通道之间流动。
[0014]此外，电化学池通常包括气体扩散层，所述气体扩散层用于气体分配。气体扩散层布置在双极板与MEA之间，并且典型地在通道侧、即在朝向邻接的双极板的方向上由也称为“气体扩散背衬(gas diffusion backing)”(GDB)的碳纤维无纺布构成，并且在催化器侧、即在朝向膜的方向上由也称为“micro porous layer”(MPL)的微孔层构成。
[0015]与燃料电池相比，电解装置是能量转换器，该能量转换器在施加电压的情况下优选将水分解成氢气和氧气。电解装置也尤其具有MEA、双极板和气体扩散层。
[0016]对于电化学池的效率、尤其是具有聚合物电解质膜的电化学池的效率特别重要的是，给布置在膜上的电极层均匀地供应反应气体。
[0017]已知的分配器板尤其具有通道和对应邻接或者说相邻的隔条，它们形成一个结构。通道也称为主通道或者通路(Channels)，并且隔条也称为陆地(Lands)。隔条的至少部分地平行于分配器板的伸展平面的表面包括分配器板的与邻接的电化学池的气体扩散层的接触面。气体、即氢气和氧气从分配器板的通道经由气体扩散层到达膜上的反应区。气体扩散层的靠置在分配器板的隔条上的区域以及因此位于其下方的MEA的相应区域被相对较差地供应以反应气体，尤其是在电化学池的涌入的条件下，这可能导致不希望的不均匀电流密度分布。
[0018]在膜的、在其上被供给空气、即氧气的侧上，在燃料电池运行中产生水，该水必须通过气体扩散层被运输至分配器板的通道并且从那里从电池中被去除。用于具有膜的电化学池的典型的运行温度小于120℃，使得水典型地在气体扩散层中被冷凝且液态地存在。在气体扩散层中，水的运输方向与气体的运输方向相反，并且积聚的水能够严重阻碍对反应气体、尤其是氧气的补充。
[0019]电化学池的功率密度越高，则产生越多的水，使得对在气体扩散层与分配器板的空气通道侧之间的接触区域中的液态水的运走量可能是不足够的。
[0020]JP 2020
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47441A描述了一种用于双极板的改进的排水系统，在该排水系统中，在隔条的侧翼中与主通道的方向平行地设置有附加的沟槽。
[0021]JP 2020
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47443A描述了一种具有改进的排水的双极板，其中，双极板的隔条具有附加的通道系统，该附加的通道系统横向于主通道的方向地布置。附加的通道系统的每两个通道都具有一个共同的流出部。此外，公开了一种在分配器板的主通道中的横向结构，所述横向结构导致高的压力损失。
[0022]JP2020
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47440 A同样涉及一种具有改进的排水系统的双极板，其中，隔条横向于主通道的方向地具有缺口，并且沿着隔条的侧翼与主通道的方向平行地存在附加的沟槽。

技术实现思路

[0023]提出一种电化学池，其包括至少一个膜电极组件、气体扩散层和分配器板，其中，所述分配器板具有包括隔条和主通道的结构，所述隔条具有表面，所述主通道具有底面，其中，在所述气体扩散层中和/或在所述分配器板上存在至少一个副通道，所述至少一个副通道通到所述主通道的底面，其中，所述至少一个副通道至少部分地在所述气体扩散层中延伸，和/或，在所述隔条的表面上存在至少两个副通道，并且所述至少两个副通道经由储存部彼此连通。
[0024]此外，提出一种用于制造电化学池的方法，所述方法包括至少以下步骤：
[0025]a.提供膜电极组件、气体扩散层和面式的构件，
[0026]b.在所述面式的构件上和/或在所述气体扩散层中制造所述至少一个副通道，
[0027]c.由所述面式的构件形成所述主通道和所述隔条，使得形成所述分配器板，
[0028]d.将膜电极组件、气体扩散层和分配器板进行堆叠，使得形成电化学池。
[0029]电化学池优选为燃料电池或电解装置。尤其地，气体扩散层分别布置在气体分配器板与膜或者说膜电极组件之间。
[0030]气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学池(1)，其包括至少一个膜电极组件(4)、气体扩散层(5)和分配器板(7)，其中，所述分配器板(7)具有包括隔条(12)和主通道(11)的结构，所述隔条具有表面(13)，所述主通道具有底面(33)，其中，在所述气体扩散层(5)中和/或在所述分配器板(7)上存在至少一个副通道(15)，所述至少一个副通道通到所述主通道(11)的底面(33)，其中，所述至少一个副通道(15)至少部分地在所述气体扩散层(5)中延伸，和/或，在所述隔条(12)的表面(13)上存在至少两个副通道(15)，并且所述至少两个副通道(15)经由储存部(110)彼此连通。2.根据权利要求1所述的电化学池(1)，其特征在于，在所述气体扩散层(5)中的所述至少一个副通道(15)基本上垂直于所述底面(33)地延伸。3.根据前述权利要求中任一项所述的电化学池(1)，其特征在于，所述至少一个副通道(15)在所述气体扩散层(5)中通过所述气体扩散层(5)的穿孔和/或化学改性来形成。4.根据前述权利要求中任一项所述的电化学池(1)，其特征在于，所述储存部(110)具有圆的、方的或三角形的形状。5.根据前述权利要求中任一项所述的电化学池(1)，其特征在于，所述表面(13)包括侧面(31)，并且所述储存部(110)布置在所述侧面(31)上。6.根据前述权利要求中任一项所述的电化学池(1)，其特征在于，在所述表面(13)上存在至少两个储存部(110)，并且所述...

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