具有在端口区域中交替的边沿的分离器板制造技术

本发明专利技术提出了一种用于电化学系统的分离器板，包括：至少一个贯通开口用于供流体通过，具有界定所述贯通开口的边缘；以及至少有一个凸边结构，其至少分部段地围绕贯通开口、与边缘间隔开地延伸，并从由分离器板限定的板平面向上突出，其中，在至少一个凸边结构与边缘之间夹出边沿部段，并且，边沿部段具有从边缘延伸且分部段地沿着边缘走向交替地、彼此相继的凹陷部和凸起部，其中，凹陷部从板平面向下突出，而凸起部从板平面向上突出。而凸起部从板平面向上突出。而凸起部从板平面向上突出。

【技术实现步骤摘要】
具有在端口区域中交替的边沿的分离器板


[0001]本专利技术涉及一种用于电化学系统的分离器板、具有两个这样的分离器板的双极板、电化学电池以及具有多个这样的分离器板或双极板的电化学系统。电化学系统可以是例如燃料电池系统、电化学压缩机、氧化还原液流电池或电解装置。

技术介绍

[0002]已知的电化学系统通常具有成堆叠的电化学电池，其中沿每个堆叠延伸方向都相应有双极板的半部，双极板将电池从外部封闭。这种双极板可以例如用于单个电化学电池(例如，燃料电池)的电极的间接电接触和/或相邻的电池的电连接(电池的串联)。双极板通常由连结在一起的两个单独的分离器板形成。双极板的各分离器板可以材料配合(物质结合)地连结在一起，例如通过一个或多个焊接连接(部)，特别是通过多个激光焊接连接(部)中的一个激光焊接连接(部)。
[0003]双极板或分离器板可相应具如下有结构或形成如下结构，所述结构例如构造为用于为由相邻的双极板封闭的电化学电池供应一种或多种介质和/或运出反应产物。介质可以是燃料(例如，氢气或甲醇)或反应气体(例如，空气或氧气)。此外，双极板或分离器板可以具有用于引导冷却介质通过双极板的结构，特别是通过由双极板的分离器板包围的空腔。此外，双极板可以构造为传递在电化学电池中电能或化学能转换过程中产生的废热，以及将各种介质或冷却通道相对于彼此密封和/或相对于外界密封。
[0004]此外，双极板或各分离器板通常相应具有至少一个或多个贯通开口。介质和/或反应产物可以穿过贯通开口被引导到由堆叠的相邻的双极板封闭的电化学电池或引导到由双极板的分离器板形成的空腔中，或者从电池中或从空腔中被引导离开(排出)。贯通开口通常布置为相互对齐，并形成流体管路，流体管路在堆叠方向上，即垂直于相应的分离器板或双极板的板平面延伸。
[0005]电化学电池通常还相应包括一个或多个膜电极组件(Membrane Electrode Assembly或MEA)。MEA可具有一个或多个气体扩散层，气体扩散层通常朝向双极板定向和例如由金属毡或碳毡形成。
[0006]双极板和膜电极组件之间的密封通常在电化学活性区域之外进行，并且通常包括围绕贯通开口布置的至少一个端口密封件以及(一个)外部密封件，外部密封件可以形成为凸边结构(滚边结构/卷边结构)。然而，至少是端口密封件、在某些情况下还有外部密封件(也被称为“周边密封件”)应常允许从贯通开口进入或离开电化学活性区的介质针对性的局部通路(针对性地局部通过)。为此，凸边结构可以有贯通部，这些贯通部可以设计成开口，或者实施成其侧面的隆起。
[0007]为了确保电化学系统的良好效率，通常有利的是，将分离器板或双极板的电化学活性区域的面积设计得尽可能大，并将其他结构、像是贯通开口的面积所占的比例保持为尽可能小。为了尽可能高效地利用分离板的面积，可以例如提供其它形状的贯通开口，如多边形贯通开口，特别是矩形贯通开口，而不是圆形贯通开口。围绕贯通开口延伸的相关的端
口密封件则通常具有相应的多边形或矩形形状。
[0008]凸边结构通常有一个凸边顶和与这个凸边顶相邻布置的、相应的两个凸边支腿或凸边侧面(侧边)以及凸边脚部。在此，凸边顶可以具有平面的截面(平直段)或主要是弯曲的截面(弯曲段)。一般来说，凸边结构的不同走向形状，例如平直段或弯曲段，产生在不同走向形状的部段中不同的凸边刚度。此外，由于相邻的元件的形状和走向所导致的凸边结构的凸边刚度沿着凸边结构的主要延伸方向不是恒定的，相邻的元件例如是与凸边结构邻接的边沿，或者也是分部段地(部分地)与该凸边结构邻接的或与该凸边结构相邻地延伸的(另一)凸边结构。上述影响因素可局部地增加或减小凸边结构的弹性，这又可能对相应的凸边结构在其各个部段中对原本的压紧产生负面影响。在此存在这样的风险：介质将会在较小的压缩(量)的区域(较少压紧的区域)中不经意地(无意地)流经通过凸边结构，或者工作介质流到双极板的内部空间中，并且冷却剂到达双极板的外部空间中。在此，一方面，对于电化学系统的运行来说，所涉及的介质会损失，并且如有可能会引起不受控制的、可能损坏系统的反应。另一方面存在这样的风险：冷却剂到达工作介质的区域中，并且在那里损坏MEA。
[0009]由于在堆叠中大量的双极板或单独的板，在单个的双极板或单个的分离器板中的凸边结构沿着其走向的压缩和回弹中的微小差异会导致串联连接的凸边结构的回弹中相对较大的差异，使得单独的分离器板中的小的差异对整个堆叠的密封性产生显著影响。

技术实现思路

[0010]因此，本专利技术基于的任务是为电化学系统提供一种分离器板或双极板，该分离器板或双极板确保电化学系统的尽可能高效的运行。此外，还应给出一种具有多个堆叠的双极板或电池(电芯)的电化学系统和一种电化学电池。
[0011]该任务通过根据独立权利要求的分离器板、双极板、电化学电池和电化学系统来解决。改进方案是从属权利要求的对象，也是以下描述的组成部分。
[0012]根据本专利技术的一个方面，提出了一种用于电化学系统的分离器板。分离器板具有至少一个贯通开口，用于使流体通过，具有界定了贯通开口的边缘。此外，分离器板具有至少一个凸边结构，特别是端口凸边，它与边缘间隔开地、至少部分地(分部段地)围绕贯通开口延伸，并从由分离器板限定的板平面向上伸出(突出)。在至少一个凸边结构和边缘之间有夹出有边沿部段。边沿部段具有从边缘开始、并沿着边缘走向(边缘的延伸方向)交替地彼此相继的凹陷部和凸起部。在此，每个凹陷部都在与至少一个凸边结构相反的方向上从板平面突出，假设凸边顶指向上，则凹陷部向下，而每个凸起部都在与至少一个凸边结构相同的方向上从板平面突出，假设凸边顶指向上，则凸起部向上。
[0013]根据本专利技术的另一个方面，用于电化学系统的分离器板具有用于使流体通过的至少一个贯通开口，以及界定该贯通开口的边缘。边缘在此在贯通开口的角落区域中具有弯曲的部段。此外，分离器板具有至少一个凸边结构，例如端口凸边或周边凸边(周界凸边)，它与边缘间隔开地、至少分部段地围绕贯通开口延伸，并从由分离器板限定的板平面向上突出。分离器板具有与至少一个凸边结构间隔开的至少一个减压凸边，用于在分离器板的压紧状态下对至少一个凸边结构减压。减压凸边与边缘的弯曲部段邻接，或者布置在夹在至少一个凸边结构、特别是端口凸边与边缘的弯曲部段之间的边沿部段之外，使得至少一
个凸边结构在减压凸边和弯曲的边沿部段之间延伸。
[0014]减压凸边可以从板平面向上突出。减压凸边可以布置在由至少一个凸边结构，例如由端口凸边所包围的(表)面内，并且在那里与边缘的弯曲部段邻接或从边缘延伸，或者布置在由凸边结构，特别是由端口凸边所包围的(表)面之外，或者例如位于由周边凸边穿过的(表)面之外，使得至少一个凸边结构在减压凸边和边缘之间延伸。为了使减压凸边有效地有助于对至少一个凸边结构减压，从减压凸边到至少一个凸边结构的最小距离通常可以是最高1.2mm，特别是最高0.8mm。该最小距离可以进一步为最少0.5mm，特别是最少0.2mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学系统的分离器板(2a、2b)，包括：
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至少一个贯通开口(11)用于供流体通过，具有界定所述贯通开口(11)的边缘；以及至少有一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)，所述至少一个凸边结构成至少分部段地围绕所述贯通开口(11)、与所述边缘间隔开地延伸，并从由所述分离器板(2a、2b)限定的板平面(45a、45b)向上突出，其中，在所述至少一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)与所述边缘之间夹出边沿部段(51a、51b)，并且，所述边沿部段(51a、51b)具有从所述边缘延伸且分部段地沿着边缘走向交替地、彼此相继的凹陷部(42a、42b)和凸起部(41a、41b)，其中，所述凹陷部(42a、42b)从所述板平面(45a、45b)向下突出，而所述凸起部(41a、41b)从所述板平面(45a、45b)向上突出。2.如前述权利要求所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，所述凸起部(41a、41b)和所述凹陷部(42a、42b)布置为与所述边缘最靠近的所述凸边结构(49a、49b)间隔开。3.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，所述边缘沿着其走向在所述凸起部(41a、41b)和所述凹陷部(42a、42b)之间基本上是直的，和/或所述边缘沿着其走向在所述凸起部(41a、41b)和/或所述凹陷部(42a、42b)的区域中至少分部段地是直的。4.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，所述凸起部(41a、41b)和所述凹陷部(42a、42b)沿着所述边缘形成为长度不同和/或垂直于所述边缘形成为宽度不同。5.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，所述凸起部(41a、41b)和所述凹陷部(42a、42b)在其背离所述贯通开口(11)的一侧上相应具有弯曲边缘(81a、81b)，所述弯曲边缘(81a、81b)沿着其纵向方向平行于所述边缘延伸。6.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，在所述凸起部(41a、41b)和所述凹陷部(42a、42b)之间的所述边沿部段(51a、51b)至少分部段地位于所述板平面(45a、45b)中和/或构造为平坦的面。7.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，其特征在于，
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所述至少一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)具有凸边顶和/或
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至少一个凸起部(41a、41b)具有凸起部顶部和/或
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至少一个凹陷部(42a、42b)具有凹陷部底部，其中，凸边顶、所述凸起部顶部和/或所述凹陷部底部分别定向为与所述板平面(45a、45b)基本上平行，和/或构造为平坦的面。8.如前述权利要求中的任一项所述的分离器板(2a、2b)，包括与所述至少一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)间隔开的至少一个减压凸边(43a、43b、44a、44b)，用于在所述分离板(2a、2b)的压缩状态中对所述至少一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)减压，其特征在于，所述边缘至少在所述贯通开口(11)的角部区域(27)中具有弯曲的部段，并且所述减压凸边(43a、43b)与所述边缘的所述弯曲的部段邻接，或者所述减压凸边(44a、44b)布置在所述边沿部段(51a、51b)之外，使得所述至少一个凸边结构(49a、49b、59a、59b)在所述减压凸边(44a、44b)与所述边缘的所述弯曲部段之间延伸。9.一种用于电化学系统的分离器板(2a、2b)，具有：
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用于供流体通过的至少一个贯通开口(11)，具有界定所述贯通开口(11)的边缘，其中，所述边缘至少在所述贯通开口(11)的角部区域(27)中具有弯曲的部段，
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至少一个凸边结构(49a,49b、59a、59b)，它至少分部段地围绕所述贯通开口(11)、与所述边缘间隔开地延伸，并且从由所述分离板(2a、2b)限定的板平面...

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