【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于电化学系统的隔板和包括两个这种用于电化学系统的隔板的双极板。本专利技术还涉及一种电化学系统，该电化学系统包括至少两个隔板和/或一个双极板。电化学系统可以是燃料电池单体系统、电化学压缩机、氧化还原液流电池或电解器。
技术介绍
1、已知的电化学系统通常包括成堆叠的电化学电池单体，这些电池单体被双极板彼此隔开。尺寸稳定并且结构坚固的端板通常布置在堆叠的两端处。例如，这样的双极板可以用于间接地电接触单独的电化学电池单体(例如燃料电池单体)的电极和/或电连接相邻的电池单体(电池单体的串联)。双极板通常由结合在一起的两个单独的板形成，这些板在下文中称为隔板。双极板的隔板可以以材料粘接的方式结合在一起，例如通过一个或多个焊接接头、特别是通过一个或多个激光焊接接头而结合在一起。虽然由两个隔板组成的双极板几乎总是使用在燃料电池单体系统中，但在所提及的其它电化学系统中，能够使用双层双极板和单层隔板两者来代替双极板。
2、电化学电池单体通常还包括在每种情况下的一个或多个膜电极组件(mea)。除了实际的膜和催化剂层和电极之外，mea可以各自具有一个或多个气体扩散层，这些气体扩散层通常定向成朝向双极板并且形成为例如金属或碳纤维羊毛(fleece)。
3、双极板或单独的隔板可以各自具有或形成这样的结构，即，这些结构设计成例如将一种或多种反应介质供应到由相邻的双极板界围的电化学电池单体，和/或将反应产物从其中输送离开。该介质可以是燃料(例如氢或甲醇)或反应气体(例如空气或氧气)。双极板或隔板还可以具有这样的结构，
4、此外，双极板或单独的隔板通常各自具有多个贯通开口。通过这些贯通开口，介质可以在堆叠方向上引流朝向由堆叠的相邻隔板界围的电化学电池单体，或者进入到由双极板的隔板形成的腔体中，或者可以引流离开电池单体或离开腔体。此外，隔板还可以具有这样的通道结构，即，通道结构用于将一种或多种介质供应到电化学电池单体的活性区和/或用于将介质从活性区输送离开。为此，特别是对于每种介质，至少两个贯通开口——至少一个入口开口和至少一个出口开口——可以经由分配区域、流动区域和收集区域彼此流体连接。流动区域有利地定位成与电池单体的电化学活性区域相对。分配区域、流动区域和收集区域可以各自具有用于引导介质的通道结构。
5、双极板与膜电极组件之间或隔板与膜电极组件之间的密封通常借助于布置在电化学活性区域外部的密封元件实现，并且通常包括至少一个围绕贯通开口布置的端口密封，以及外部密封(周边密封元件)，其中，密封元件可以设计成凸边布置。
6、为了使密封元件无论在何种运行状态中都能够实现持续优良的密封效果，期望的是，尤其是密封元件至少在规定的公差范围内是可弹性变形的、即可逆的变形。但是，如果密封元件变形超越公差范围，则可能发生密封元件的塑性变形、即不可逆的变形。这可能导致密封元件不再能满足它们的密封效果。这会显著降低系统的效率，或者甚至使得完全无法维持系统的运行。如果系统与例如氢气的高易燃介质一起运行，或者如果此类介质在运行期间产生，则对密封元件的损坏甚至会带来重大的安全风险。双极板或隔板的密封元件的不可逆变形可能会导致例如突然作用在板堆叠上的巨大机械力的结果，例如在发生车辆撞击时可能出现的情况。
7、当这种电化学电池单体受到力的冲击时，例如由于碰撞，密封元件可能有时受到显著的变形。由于部件的惯性和其中引导的介质、特别是冷却剂的惯性，在碰撞期间，在双极板或隔板的密封元件上沿撞击方向会出现过大的力。这种力可能导致密封元件的永久变形。在实际碰撞期间，力特别强烈地作用在隔板的密封元件上，这些密封元件定位在离施力点近距离处，并且因此布置成更靠近被称为第一端板的端板。随着隔板的距离增加，在碰撞期间作用在密封元件上的力减小。随着堆叠随后的“反弹”，作为撞击到第二端板的结果，在远离撞击一侧的未负载隔板的密封元件被突然压缩，在此的力随着隔板与冲击位置的距离增加而更大。这两种现象相当于冲击波，可能导致作为整体的堆叠的密封丧失，并且可能由此使其无法使用。
8、因此有利的是为电化学系统或其隔板提供释载机构，该释载机构在可能的最大程度上保护密封元件抵抗不可逆的塑性变形，甚至在巨大机械力的作用下。
9、一种已知的解决方案提供将电化学系统封围在具有高强度和优良机械稳定性的保护容器中。然而，在发生冲击时，可能会出现脉冲传递，该脉冲传递如此剧烈以致于其无法被保护容器吸收和/或消除；其因此以基本未衰减的形式传输到板堆叠。此外，这种保护容器通常与额外的成本、重量、安装空间需求和材料支出相关联，这通常是不期望的，特别是在移动应用中。
10、其它已知的解决方案提供电子开关机构，但这些机构仅仅中断介质的流动，并且不提供任何抵抗机械破坏的保护。
11、因此，期望能产生可以承受最大可能的机械负载的组件，并且因此确保最安全可能的运行。与已知的解决方案相比，所需的安装空间和组件的重量应当尽可能少地增加或几乎不增加。
12、wo2019/076813a1提出了用于吸收冲击能量的垫状吸收件，该吸收件应用于双极板的边界区域中，例如通过放置或塞入其上或者粘接至其。这些冲击吸收件的应用因此与附加的努力相关联，并且通常与至少一个附加的制造步骤相关联。这同样适用于通过印刷或呈薄膜形式施加的压力吸收件，诸如us2020/0388858中公开的那些压力吸收件。期望的是可以简化隔板的生产。
技术实现思路
1、本专利技术的目的因此是开发一种更坚固的隔板，或者一种包括至少一个隔板的双极板或电化学电池单体，其至少部分地解决上述问题。
2、这一目的通过独立权利要求的主题实现。
3、根据本专利技术的用于电化学系统的隔板包括至少一个用于使隔板的区域密封的密封凸边，以及至少一个用于缓释密封凸边上的负载的释载凸边(load relief bead)，较佳地在工作范围内以及也在碰撞情况下或在发生冲击时，该释载凸边缓释至少一个密封凸边上的负载。至少一个密封凸边和至少一个释载凸边彼此间隔开，并且特别是各自在同一方向上提升离开隔板平面。
4、在隔板的非压缩状态中，在垂直于释载凸边的走向的横截面中，该至少一个释载凸边在至少第一部段中，在沿其延伸的方向上、即垂直于其延伸方向具有至少一个凸边侧翼，该凸边侧翼具有至少一个第一、外部部分和第二、内部部分。凸边侧翼的第一、外部部分和第二、内部部分与隔板平面处于不同的正向角度。
5、隔板的非压缩状态可以理解特别是意味着隔板搁置在表面上而无需刻意施力的状态。隔板的非压缩状态还包括这样的状态，即，在该状态中，隔板连接到另一个隔板以形成双极板，并且这个双极板以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于电化学系统(1)的隔板(2a、2b)，具有隔板平面(E)，包括
2.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在所述隔板(2a、2b)的压缩状态中，相比于所述释载凸边(22a-22c)的所述凸边侧翼(24)的所述第二、内部部分(26)，所述密封凸边(12a-12d)的至少一个凸边侧翼(34)与所述隔板平面(E)处于较小的夹角(φ)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在非压缩状态和/或压缩状态中，所述第一、外部部分(26)处于第一角度α，并且所述第二、内部部分(27)处于第二角度β，其中α<β。
4.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在垂直于凸边走向的横截面中，至少在所述隔板(2a、2b)的非压缩状态中，所述密封凸边(12a-12d)的至少一个凸边侧翼(34)具有至少第三部分，所述第三部分与所述隔板平面(E)处于第三正向角度φ，其中所述第三角度φ不同于所述第一角度α和/或所述第二角度β。
5.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，有以下项：
6.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述密封凸边设计为用于使形成在所述隔板中的贯通开口(11a-11c)密封的端口凸边(12a-12c)，或者设计为用于使所述隔板的流场(17)密封的周边凸边(12d)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边(22a-22c)布置在外边缘(61)和所述密封凸边之间，所述外边缘界定所述隔板的外周缘，所述密封凸边特别是在所述隔板(2a，2b)的角部区域(62)或边界区域(60)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边布置成相邻于端口凸边(11a-11c)，特别是在两个端口凸边(11a-11c)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述隔板(2a、2b)具有至少两个贯通开口(11a-11a、11b-11b、11c-11c)以及与之流体连接的分配区域(20)、流动区域(17)和收集区域(20)，其中，至少一个释载凸边(22a-22c)布置在分配区域或收集区域(20)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述至少一个释载凸边(22a-22c)包括多个连续的、间隔开的释载凸边(220)，所述连续的、间隔开的释载凸边沿着所述密封凸边(12a-12d)的走向布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在一个、一些或所有区域中，所述释载凸边(22a-22c)和所述密封凸边(12a-12d)基本沿着彼此、特别是彼此平行延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在所述隔板(2a、2b)的非压缩状态中，相比于所述密封凸边(12a-12d)，所述释载凸边(22a-22c)相同或更少地伸出远离所述隔板平面(E)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在所述隔板(2a、2b)的压缩状态中，相比于所述密封凸边(12a-12d)，所述释载凸边(22a-22c)相同地伸出远离所述隔板平面(E)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边(22a-22c)具有在所述凸边侧翼(24)之间延伸的凸边顶部(25)，其中，所述凸边顶部(25)是基本平面的，或者弯曲远离所述隔板平面(E)，或者在所述释载凸边的一部分中具有至少一个凹陷(28)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边(22a-22c)的第一部分(26)和/或第二部分(27)和/或所述密封凸边(12a-12d)的第三部分(34)在横截面中以直线或曲线方式延伸。
16.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述第一部分从凸边脚部(21)朝向所述凸边顶部(25)以逐渐增加的角度α延伸，特别是在横截面中以半径R1的弯曲方式延伸，其中有利地0.5mm≤R1，有利地2mm≤R1，和/或R1≤70mm，有利地R1≤50mm。
17.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，特别地或仅占其一，所述释载凸边(22a-22c)和所述密封凸边(12a-12d)以基本平行的方式延伸的一个、一些或全部的部分中，所述...
【技术特征摘要】
1.用于电化学系统(1)的隔板(2a、2b)，具有隔板平面(e)，包括
2.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在所述隔板(2a、2b)的压缩状态中，相比于所述释载凸边(22a-22c)的所述凸边侧翼(24)的所述第二、内部部分(26)，所述密封凸边(12a-12d)的至少一个凸边侧翼(34)与所述隔板平面(e)处于较小的夹角(φ)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在非压缩状态和/或压缩状态中，所述第一、外部部分(26)处于第一角度α，并且所述第二、内部部分(27)处于第二角度β，其中α<β。
4.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在垂直于凸边走向的横截面中，至少在所述隔板(2a、2b)的非压缩状态中，所述密封凸边(12a-12d)的至少一个凸边侧翼(34)具有至少第三部分，所述第三部分与所述隔板平面(e)处于第三正向角度φ，其中所述第三角度φ不同于所述第一角度α和/或所述第二角度β。
5.根据前述权利要求所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，有以下项：α<φ，较佳地在所述隔板(2a、2b)的压缩和/或非压缩状态中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述密封凸边设计为用于使形成在所述隔板中的贯通开口(11a-11c)密封的端口凸边(12a-12c)，或者设计为用于使所述隔板的流场(17)密封的周边凸边(12d)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边(22a-22c)布置在外边缘(61)和所述密封凸边之间，所述外边缘界定所述隔板的外周缘，所述密封凸边特别是在所述隔板(2a，2b)的角部区域(62)或边界区域(60)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述释载凸边布置成相邻于端口凸边(11a-11c)，特别是在两个端口凸边(11a-11c)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述隔板(2a、2b)具有至少两个贯通开口(11a-11a、11b-11b、11c-11c)以及与之流体连接的分配区域(20)、流动区域(17)和收集区域(20)，其中，至少一个释载凸边(22a-22c)布置在分配区域或收集区域(20)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，所述至少一个释载凸边(22a-22c)包括多个连续的、间隔开的释载凸边(220)，所述连续的、间隔开的释载凸边沿着所述密封凸边(12a-12d)的走向布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在一个、一些或所有区域中，所述释载凸边(22a-22c)和所述密封凸边(12a-12d)基本沿着彼此、特别是彼此平行延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的隔板(2a、2b)，其特征在于，在所述隔板(2a、2b)的非压缩...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯派德尔，B·高格勒，
申请(专利权)人：莱茵兹密封垫有限公司，
类型：发明
国别省市：
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