隔板和用于电化学系统的布置，以及电化学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种隔板并且涉及一种用于电化学系统的布置，例如用于燃料电池单体或电解器。这种隔板也称为双极板，并且通常以隔板和电池单体或膜电极组件的堆叠形式连接，以创建电化学系统。电化学系统的布置具有单层或多层隔板和膜电极组件。本发明专利技术还涉及一种包括这种隔板的电化学系统。作为示例，电化学系统可以是燃料电池单体系统、电化学压缩机、氧化还原流电池或者电解器。流电池或者电解器。流电池或者电解器。

【技术实现步骤摘要】
隔板和用于电化学系统的布置，以及电化学系统


[0001]本专利技术涉及一种隔板并且涉及一种用于电化学系统的布置，例如用于燃料电池单体或电解器。这种隔板也称为双极板，并且通常以隔板和电池单体或膜电极组件的堆叠形式连接，以创建电化学系统。电化学系统的布置具有单层或多层隔板和膜电极组件。本专利技术还涉及一种包括这种隔板的电化学系统。作为示例，电化学系统可以是燃料电池单体系统、电化学压缩机、氧化还原流电池或者电解器。

技术介绍

[0002]这种隔板通常具有用于提供一种或多种介质和/或用于带走反应产物的结构。
[0003]特别地，这种隔板具有活性区域，该活性区域包括沿着其外表面的用于反应介质的流动通道。此外，这种隔板具有用于将反应介质供应到活性区域的贯通开口。这些贯通开口和活性区域能够借助其它结构相互连接，例如所谓的分配和/或收集区域，其包括用于将反应介质从贯通开口引导至活性区域的通道的通道，反之亦然。
[0004]通常，这种隔板具有两个金属层——第一金属层和与其相邻布置的第二金属层——它们相互连接，例如焊接。然而，对于一些应用，单层隔板是较佳的。
[0005]作为示例，隔板的单独的层借助凸压、特别是竖直凸压和/或辊凸压而设置有上述结构。当单独的层的平面尺寸不太大时，这些层能够经受竖直凸压。随着单独的层的尺寸增加，该层的竖直凸压所需的力也增加，这意味着该层的竖直凸压变得越来越困难，并且不再可能使用超过特定尺寸的可用压力机，这又取决于片材的厚度和变形能力。此外，大批量、尤其是大批量大板的竖直凸压所需的加工时间是不合理的，或者需要多个压机，这在经济上是不可行的。
[0006]作为替代，例如DE 10 2004 016 318 A的现有技术已经公开了用于成形通道结构的辊凸压，在每个通道结构之间引导相同的介质，该介质也可以转移到其它通道结构中。在这种部分使用辊凸压制成的隔板中，借助例如安装或模制在弹性体型材上的单独元件实现密封。辊凸压的优点是：在模具宽度相同的情况下，与竖直凸压相比，一起再成形的接触表面要小得多，因此需要施加的力更小。
[0007]然而，与竖直凸压相比，辊凸压的缺点在于：在使用目前已知和可用的技术时，借助一次性辊凸压产生的结构具有较低的尺寸精度。因此，辊凸压只用于对凸压精度要求不高的区域。为了生产部件，还可能结合辊凸压和竖直凸压。然而，原则上较佳地仅在一个生产步骤中实现足够精确的成形。
[0008]就可靠的密封以及反应介质从贯通开口到隔板的活性区域的可靠通路而言，已经发现凸压的密封凸边明显优于作为密封元件安装或放置的弹性体型材。这同样适用于隔板的所有流体引导区域相对于周围环境的密封；在这种情况下，其中使用的密封凸边也可以称为外周凸边。
[0009]然而，为了获得可靠的密封作用，这种密封凸边在凸压结构中需要非常高的精度，因此辊凸压方法迄今为止在该领域中还不是用于凸压密封凸边的选项。这是因为当凹部被
辊凸压时，凹部的侧面角(即进入角和退出角)由于滚动方向，并且因此层通过辊凸压模具的凸压方向而变化。为了使凸边的刚度均匀，特别是为了实现最佳和均匀的弹性性能，已经采取了若干措施，例如使用波浪形凸边，这种波浪形凸边在细长的凸边上具有与其角部区域相似的刚度；参见DE 102 48 531A1或例如在DE 20 2014 008 375 U1中公开的这种波浪形的特殊形式。这表明在设计期间并且在实践中使密封凸边成形时都需要非常高的精度。即使侧面角的可变性看起来很低，密封凸边的刚度也会由于其凸边侧面的变化的侧面角而显著削弱，并且凸边可能易于倾斜。为此，目前没有可用的具有凸压密封凸边的辊凸压的隔板。
[0010]替代选择是在为辊凸压方法构造模具时调整模具，使得由此凸压的隔板均匀成形，尽管辊凸压的各向异性。然而，这需要复杂的、例如多步骤的模具设计过程，因此使凸压模具更加昂贵。
[0011]因此出现的问题是，首先，当隔板的各层非常大时，竖直凸压方法达到其极限，其次，当这些层也具有密封凸边时，目前的辊凸压方法导致所述密封凸边提供不充分的密封。

技术实现思路

[0012]在此背景下，本专利技术的目的是使一种隔板和包括这种隔板的电化学系统可用，其能够以更轻的方式生产，特别是使用更小的力，同时满足对使用辊凸压来凸压的密封凸边的密封作用。该目的通过根据权利要求1的隔板或根据权利要求12和13中任一项的用于电化学系统的布置以及根据权利要求14的电化学系统实现。根据本专利技术的隔板的有利进展，根据本专利技术的布置和根据本专利技术的电化学系统在从属权利要求中提供。
[0013]在第一变型中，根据本专利技术的隔板是用于电化学系统、例如燃料电池单体、电化学压缩机、氧化还原液流电池或电解器的隔板。特别是对于电解器，以及最近的燃料电池单体，出现了问题，即根据本专利技术的隔板的单独的层具有大的平面延伸部，因此难以使用竖直凸压模制。
[0014]根据本专利技术的隔板现在具有第一金属层和第二金属层，例如阳极板和阴极板。两个金属层彼此相邻布置并且一个在另一个之上。在需要冷却的系统中，可以在这两个金属层之间引导冷却剂。例如在电解器中，由于工艺原因这通常不需要，但双层结构在这种情况下也可能是有利的，使得阳极板和阴极板的结构可以相互独立地构造。
[0015]根据本专利技术，单独的层具有活性区域，其在每种情况下都具有成组的用于反应介质的凸压的流动通道，每个流动通道沿着每个金属层在隔板的外部面上延伸。此外，每个层都具有第一贯通开口，用于将反应介质供应到活性区域。在第一贯通开口和活性区域之间可以布置另外的部分，并且反应介质在其从第一贯通开口到活性区域的途中经由所述部分流动。例如，可能具有包括分配通道的分配区域，经由分配通道将通过第一贯通开口馈送的反应介质分配并均匀地馈送到活性区域的通道。在隔板的另一侧上，可以借助收集区域实现排放。
[0016]在每个金属层中，第一贯通开口被密封凸边封围。在其中多个隔板和膜电极组件以堆叠的形式交替布置的电化学系统中，所述密封凸边密封一系列贯通开口，贯通开口延伸穿过堆叠，在隔板和膜电极组件中、在膜电极组件的朝向围绕密封凸边的空间的加强边缘区域中。
[0017]这种密封凸边例如围绕一个、若干或每个贯通开口延伸。为了相对于板的周围环境进行密封，类似的密封凸边可以以所谓的外周凸边的形式在层中以整体闭合的方式延伸，与所讨论的层的周向边缘相距一定距离并沿着该周向边缘。外周凸边密封相邻隔板和膜电极组件之间的间隙或其在电化学系统的堆叠中相对于堆叠的周围环境的加强边缘。
[0018]除了用于将反应介质供应到活性区域的第一贯通开口之外，隔板的金属层还具有用于将反应介质或反应产物从活性区域引导出来的第二贯通开口。反过来，例如流动通道的另外的引导结构可以在活性区域和收集区域中的第二贯通开口之间延伸，所述引导结构从活性区域收集反应介质或反应产物并将它们引导至第二贯通开口。以与第一贯通开口相同的方式，第二贯通开口可以由密封凸边封围。
[0019]在该上下文中，从现有技术中已知电化学系统的金属层可以至少在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于电化学系统(1)的隔板(2)，包括第一金属层(2a)和第二金属层(2b)，所述第二金属层关于层平面竖直地与所述第一金属层(2a)相邻布置，其中，所述隔板(2)包括：活性区域(18)，所述活性区域在每种情况下沿着所述隔板(2)的每个外部面具有至少一组用于反应介质的凸压的流动通道，至少一个第一贯通开口(11)，用于将反应介质供应到成组流动通道之一，以及一个第二贯通开口(11)，用于将反应介质引导离开所述成组流动通道，其中，至少每个金属层(2a、2b)中的所述第一贯通开口(11)或每个金属层(2a、2b)中的所述第二贯通开口(11)被辊凸压的密封凸边(12)封围，其中，两个辊凸压的密封凸边(12)相对于所述第一金属层(2a)和所述第二金属层(2b)之间的接触平面(E)在所述竖直方向上布置成一个在另一个之上并且具有不同的取向，其特征在于，所述第一层(2a)在第一运送方向上被辊凸压，而所述第二层(2b)在第二运送方向上被辊凸压，并且两个金属层(2a、2b)在它们的运送方向方面彼此相反地布置。2.根据前述权利要求所述的隔板(2)，其特征在于，每种情况下，所述第一层(2a)和所述第二层(2b)的辊凸压的凸边(12)形成为具有凸边顶部(31a、31b)、凸边底部(32a、32b、32a'、32b')和凸边侧面(30a、30b、30a'、30b')的完整凸边，所述凸边底部与所述凸边顶部相邻，所述凸边侧面在所述凸边顶部(31a、31b)和所述凸边底部(32a、32b、32a'、32b')之一之间延伸。3.根据前述项权利要求所述的隔板(2)，其特征在于，述第一层(2a)和所述第二层(2b)的辊凸压的凸边(12)通过它们的凸边顶部(31a、31b)彼此面对或彼此背对。4.根据前述权利要求所述的隔板(2)，其特征在于，完整的凸边(12)中的至少一个在横向于所述完整的凸边的延伸方向的横截面的至少一些部分中具有凸边顶部(31a、31b)，所述凸边顶部是直的或弯曲的，特别是在相邻的凸边侧面(30a、30b、30a'、30b')之间在所述凸边底部(32a、32b、32a'、32b')的平面的方向上具有凹部(33a、33b)。5.根据前述权利要求所述的隔板(2)，其特征在于，将弹性体(34a、34b)在所述辊凸压的凸边(12)的延伸方向上和/或横向于所述辊凸压的凸边(12)的所述延伸方向至少在一些部分中布置在所述凹部(33a、33b)中。6.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2)，其特征在于，沿着所述辊凸压的凸边(12)的延伸部至少在以下区域中至少在一些部分中具有不同的侧面角(α、β、γ、δ)，在该区域中，所述辊凸压的凸边(12)通过彼此直接相邻的所述第一层(2a)的所述辊凸压的凸边(12)的它们的凸边顶部(31a、31b)、凸边侧面(30a、30b)以及所述第二层(2b)的所述辊凸压的凸边(12)的凸边侧面(30a'、30b')面向彼此或背对彼此。7.根据前述权利要求所述的隔板(2)，其特征在于，沿着所述辊凸压的凸边(12)的延伸部，至少在其中所述辊凸压的凸边(12)面对彼此或者其中所述辊凸压的凸边(12)背对彼此的区域中，彼此面对或背对的凸边(12)横向于所述第一凸边(12)和所述第二凸边(12)的延伸方向至少在一些部分中一起具有基本上点对称的横截面。8.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2)，其特征在于，所述第一层(2a)和所述第二层(2b)中的至少一个的运送方向(T1、T2)至少在一些部分中，基本上垂直于或基本上平行
于特定层(2a，2b)的至少一组用于反应介质的流动通道的纵向延伸部。9.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2)，其特征在于，所述第一层(2a)的至少一组用于反应介质的流动通道具有第一凹槽和相邻的第一脊部，其中，所述第一凹槽形成用于反应介质的流动通道的基部，而所述第一脊部形成其壁，并且所述第二层(2b)的至少一组用于反应介质的流动通...

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