【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于受控地引导反应流体的电池复合体、一种用于制造电池复合体的制造方法、一种燃料电池系统和一种具有所述电池复合体的电解装置。
技术介绍
1、燃料电池系统和电解装置通常包括不同单体电池的电池复合体的电池堆，反应流体在所述电池复合体中被引导，以便在燃料电池系统的情况下共同反应或者在电解装置的情况下彼此分开地被排出。
2、电池堆的每个单独的电池复合体由多个不同的层构成。半透的隔离层、例如膜始终布置在电池复合体的中心，所述隔离层在两个对置的侧上由催化剂层包围。所述隔离层可以是引导离子的聚合物层，所述聚合物层设计为电隔离的并且对于水是可通过的。
3、因为各个电池复合体通过双极板中的宏观气体通道被供应，所以由纤维网构成的气体扩散电极和朝向催化剂层的方向的多微孔层被用作为宏观气体通道与电池复合体的微观流动区域之间的中介物质。
4、双极板包括流动区域，所述流动区域在例如0.1mm的板厚度和弯曲的通道的情况下在制造技术上具有大约0.1至0.2mm的连接部宽度，所述连接部宽度彼此相距大约0.5mm。纤维网实现0.05至0.4mm的范围内的网孔。
5、催化剂层的催化剂颗粒实现小于0.001mm的范围内的尺寸。
6、由制造决定地，第一子复合体通常由膜和催化剂层(carbon coated membrane，ccm)制成并且与第二子复合体、即气体扩散层(gdl)叠置，所述第二子复合体由碳骨架(gdb)和多微孔层(mpl)构成。
7、为了物质传输、导电能力和避免可积聚水
8、催化剂层通常是相对光滑的和平坦的，尤其当催化剂层在转移箔上被制造并且然后被转印到膜上时，因为催化剂层的光滑的侧面指向外部，该光滑的侧面先前在转移箔上，这公知为所谓的“贴花(decal)工艺”。
9、在gdl上的mpl覆层通常是“波浪形的”，因为纤维网的不平度通过该纤维网的大的公差被复现，从而在放置到膜上时不能实现面状的复合体。在mpl和催化剂层中所使用的炭黑通常是尽可能相同的，从而mpl表面虽然是波浪形的，然而也是光滑的。在堆叠过程之前压紧到膜上是根本不可能的，因为gdl纤维网不均匀地变形。在堆叠时，只能在对应的连接部的区域中压复合体，而在各个气体通道的区域中复合体松地放置。
技术实现思路
1、在本专利技术的框架内提出一种电池复合体、一种制造方法、一种燃料电池系统和一种电解装置。本专利技术的另外的特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本专利技术的电池复合体所描述的特征和细节当然也适用于根据本专利技术的燃料电池系统、根据本专利技术的电解装置和根据本专利技术的制造方法，并且相应地反之亦然，从而关于各个专利技术方面的公开内容始终可以彼此相参考。
2、本专利技术特别是用于提供一种鲁棒的电池复合体以使用在燃料电池系统或电解装置中。
3、由此，根据本专利技术的第一方面提出一种用于受控地引导反应流体的电池复合体。该电池复合体包括膜，所述膜具有第一侧以及与第一侧对置的第二侧。在第一侧和第二侧上相应地布置催化剂层和多微孔层，其中，对至少一侧的多微孔层和/或催化剂层制花纹，使得催化剂层的表面粗糙度与多微孔层的表面粗糙度不同，从而催化剂层和多微孔层局部地交叠。
4、催化剂层在本专利技术的上下文中可以理解为电池复合体的包含下述材料的层，该材料包括使流过电池复合体的流体的反应的反应焓最小。
5、多微孔层在本专利技术的上下文中可以理解为电池复合体的具有气孔的层，从双极板被引导到电池复合体中的流体通过所述气孔以受控的质量流被导入或到相应的催化剂层或者从相应的催化剂层导出或者说引导。
6、花纹部或有花纹的层在本专利技术的上下文中理解为可以层的具有这样的结构的表面：该结构在其高度特征方面局部地改变，如同例如由轮胎花纹已知的那样。有花纹的层特别是可以具有这样的图案：所述图案包括升高区域和低矮区域，从而升高区域可以进入另一个层的低矮区域中并且反之亦然。
7、所述电池复合体基于下述原理：对电池复合体的催化剂层和多微孔层中的至少一个层制花纹，从而电池复合体的多微孔层的表面粗糙度与催化剂层的表面粗糙度不同。不同的表面粗糙度引起不同的层、即多微孔层和催化剂层建立连接，在所述连接中相接触的层局部地交叠。这意味着，例如催化剂层的花纹的升高区域进入到多微孔层的低矮区域中并且反之亦然。
8、通过根据本专利技术设置催化剂层与多微孔层的局部交叠实现催化剂层与多微孔层的均匀附接，从而产生连续的和鲁棒的接触区域，所述接触区域可靠地防止层分离。特别是通过根据本专利技术的电池复合体的不同层的不同表面粗糙度实现不同层之间的例如彼此啮合的最大接触面。
9、由于通过根据本专利技术设置的花纹部避免了层分离过程，可以避免电池堆的老化现象、例如单个区的超负荷，并且可以实现改善电接触和散热。此外避免水积聚在电池复合体的连接较差的区中。相应地，特别是燃料电池系统中的根据本专利技术的电池复合体导致最大化的电流密度和相应最大化的功率密度。
10、此外，根据本专利技术的电池复合体允许在使用紧凑或与现有技术相比减小的夹紧系统的情况下使施加在电池堆中的压紧力最小并且由此决定地简化结构设计以及最小化安装空间需求和最小化重量。
11、可以设置，多微孔层借助于粘结剂硬化，从而作用于多微孔层上的机械力均匀地分布在多微孔层中。
12、借助于在制造根据本专利技术设置的多微孔层时使用的粘结剂、例如聚偏二氟乙烯(pvdf)，所述粘结剂导致，多微孔层不是如在现有技术中通常那样在使用可延展的ptfe的情况下保持柔性，而是硬化或变得刚性，可以实现作用于多微孔层上的机械力均匀地分布在多微孔层中。相应地可以借助于刚性的多微孔层提供花纹部，所述花纹部在压紧或层合过程中也被维持并且特别高效地使相应接触的层交叠。换句话说，通过刚性的多微孔层防止花纹部变形并且使在压紧时所提供的机械力不是被局部衰减，而是均匀地通过相应的层传导，从而可以特别简单地例如借助于花纹辊对相应的层制花纹。
13、此外可以设置，多微孔层被施加在载体层上，或者特别是仅仅通过粘结剂被硬化。
14、通过使用载体层、例如碳纤维网，可以提供例如50μm厚度的特别薄的多微孔层。
15、通过使用由粘结剂硬化的、即在没有载体层的情况下制造的多微孔层，可以提供所谓的“空的多微孔层”，所述空的多微孔层可以特别简单地例如通过使用有花纹的贴花箔或通过使用制花纹工具、例如花纹辊来制花纹。
16、此外可以设置，粘结剂包括导电组份和/或机械加固组份和/或疏水剂。
17、借助于包括导电组份、例如石墨或炭黑的粘结剂可以实现多微孔层与催化剂层之间的特别高效的电接触。
18、借助于机械加固组份、例如碳短纤维或玻璃碳颗粒可以提供特本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于受控地引导反应流体的电池复合体(100)，
2.根据权利要求1所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述多微孔层(105)借助于粘结剂硬化，从而作用于所述多微孔层(105)上的机械力均匀地分布在所述多微孔层(105)中。
3.根据权利要求2所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述多微孔层(105)被施加在载体层(107)上或者通过所述粘结剂硬化。
4.根据权利要求3所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述粘结剂包括导电组份和/或机械加固组份和/或疏水剂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池复合体(100)，其特征在于，构成所述多微孔层(105)的材料的组份至少部分地大于或小于构成所述催化剂层(103)的材料的组份。
6.根据权利要求6所述的电池复合体(100)，其特征在于，构成所述多微孔层(105)的材料的组份大于构成所述催化剂层(103)的材料的组份，是至少2倍、优选至少5倍、特别优选至少10倍。
7.根据权利要求5或6所述的电池复合体(100)，其特征在于，构成所述多微孔层(10
8.一种用于制造电池复合体(100)的制造方法(300)，
9.根据权利要求8所述的制造方法(300)，其特征在于，所述制造方法(300)包括：
10.根据权利要求8所述的制造方法(300)，其特征在于，所述制造方法(300)包括：
11.一种燃料电池系统(400)，具有根据权利要求1至7中任一项所述的电池复合体(100)。
12.一种电解装置(500)，具有根据权利要求1至7中任一项所述的电池复合体(100)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于受控地引导反应流体的电池复合体(100)，
2.根据权利要求1所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述多微孔层(105)借助于粘结剂硬化，从而作用于所述多微孔层(105)上的机械力均匀地分布在所述多微孔层(105)中。
3.根据权利要求2所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述多微孔层(105)被施加在载体层(107)上或者通过所述粘结剂硬化。
4.根据权利要求3所述的电池复合体(100)，其特征在于，所述粘结剂包括导电组份和/或机械加固组份和/或疏水剂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池复合体(100)，其特征在于，构成所述多微孔层(105)的材料的组份至少部分地大于或小于构成所述催化剂层(103)的材料的组份。
6.根据权利要求6所述的电池复合体(100)，其特征在于，构成所述多微孔层(105)的材...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·希尔特，H·鲍尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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