双极板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及双极板及其制造方法。双极板优选包括至少两个层，其中至少两个层每一层包括至少第一凹口／凸起和第二凹口／凸起，第一层的第一凹口／凸起和第二层的第一凹口／凸起在所述至少两个层的完全定位状态下彼此接合，且在平面Ｅ１中以嵌入方式相互接触。第一层的第二凹口／凸起和第二层的第二凹口／凸起在所述至少两个层的完全定位状态下彼此接合，且在平面Ｅ２中仅部分地在至少两个部分中相互接触。接触部分布置在沿第二层的第二凹口／凸起的主方向延伸的虚拟直线两侧。在第二接触区域的区域内没有在互锁的第二凹口／凸起之间形成嵌入式联接。本发明专利技术允许快速地、成本有效地和针对性地制造双极板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双极板以及用于制造该双极板的方法。
技术介绍
根据本专利技术的双极板可用在电化学系统中，例如用在燃料电池系统中或者用在电 解器中。已知有若干类型使用电化电池层叠体的电化学系统，该层叠体具有分层的多个电 化电池，所述电化电池每个被双极板隔开。双极板具有以下若干功能-电连接各电化电池的电极，且将电流引导至相邻的电池(电池串联连接)；-将介质或者反应物例如水和气体提供给电池，且通过相应的分配结构(即所谓 的流场)去除在电池中产生的反应气体；-传送在电化电池中产生的热量；以及-关于彼此以及相对于外界密封不同种类的介质以及流场的冷却通道。对于很大工业规模的预期应用而言，能够低成本地生产大量高质量的双极板是非 常重要的。在这种情况下，未超出尺寸公差的变化量是非常重要的，因为否则的话可能导致 功能故障，甚至与安全有关的故障。这对于焊接的多层双极板特别重要。到目前为止，还使用定位孔以确保各层关于彼此精确定位。实践表明，在确保至少 两个双极板关于彼此精确的相对定位的这些定位孔与其它通孔以及与外部边缘的切割同 时形成的情况下，所述层关于彼此定位的准确性和再现性不够。特别地，可能导致各层的流 场的通道几何形状之间的偏移。在极度偏移的情况下，在双极板的焊接步骤期间双极板彼 此未接触的区域内进行双极板的焊接，这会由于燃烧而导致相应的区域毁坏。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供多层双极板以及多层双极板的制造方法，该制造方法 允许以高质量及低成本大规模地制造多层双极板。该目的由根据独立权利要求所述的双极板和方法来实现。用于生产多层双极板的方法的第一实施例提出在至少两个层中的每层中形成至 少第一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起，并且所述层以层叠的方式定位。在所述两个层完全 彼此叠置的状态下，第一层的第一凹口 /凸起与第二层的第一凹口 /凸起彼此接合并且通 过建立第一接触区域在平面E1中以外形锁定方式(从而以嵌入方式)接触。同时第一层 的第二凹口 /凸起与第二层的第二凹口 /凸起彼此接合，但是通过形成第二接触区域在平 面E2中仅部分地彼此接触。其接触部位布置在一虚拟直线的两侧，该虚拟直线在沿着第二 层的第二凹口 /凸起的最长延伸的、该第二凹口 /凸起的主方向上延伸。在该平面E2中， 在第一层的第二凹口/凸起与第二层的第二凹口/凸起之间不存在密闭的嵌入式联接。所 述至少两个层以嵌套的方式定位，其中至少一个层的凹口 /凸起被固定在固定装置的互补 凹口 /凸起中，并且所述至少两个层通过粘合接头在那里彼此结合。由于这种布置，在完全定位状态下，从而在所述层紧接着在其被结合之前的布置下，在所述两个层之间沿穿过两个接触位置的虚拟直线的方向不会存在平移。但是，可以在 所述层之间在与该虚拟直线垂直的方向上在相应第二凹口/凸起的尺寸比例的限度内进 行调整。双极板通常呈现出具有凹部和/或隆起的通道结构。该通道结构限定流场。在两 个层形成分离器和冷却系统的情况下，这两个层均会被结构化。在三个层形成分离器和冷 却系统的情况下，至少两个外层会被结构化。内层可以被结构化，但这不是必须的。形成所 述层的通道结构的这些凹部和/或隆起与用于确定所述层的定位的凹口和/或凸起无关。 这是指凹口 /凸起优选是位于通道结构的外部。但是，出于节省空间的原因，优选地可以将 它们布置在通道结构之间。优选地，与凹口 /凸起在相同的程序步骤中在所述至少两个层中形成形成通道的 凹部和/或隆起。通道结构的方位通常使得其主方向与凹口 /凸起允许在双极板的层之间 进行有限调整的方向平行。在两个层中各第二凹口 /凸起相对于通道结构的位置是其被模 压之前预先确定的。这在初始时防止以可再现的方式形成相应层的通道之间的垂直于其主 方向的偏移。本专利技术背景下的术语“凹口 /凸起”用于双极板的层的一部分，该部分从相应层的 平面突起。将该突起看作是凹口还是凸起取决于观察角度。如果在这里使用互补的术语 “凸起/凹口”，则这是为了强调反方向。用于生产多层双极板的方法的第二实施例提出在至少两个层中，形成至少第一、 第二和第三凹口 /凸起，并且所述层以层叠的方式定位。在完全定位状态下，第一层和第二 层的各第一凹口 /凸起通过形成第一接触区域而彼此接合，第一层和第二层的各第二凹口 /凸起通过形成第二接触区域而彼此接合，并且第一层和第二层的各第三凹口 /凸起通过 形成第三接触区域而彼此接合。这样，第一层和第二层在平面E2、E3和E4中彼此仅部分 接触，即以至少两个接触部位接触，而不会在第一层和第二层之间形成嵌入式联接。这些接 触部位以使得它们在平面E2、E3和E4中分别在沿第二层的相应第二凹口 /凸起的主方向 延伸的虚拟直线的两侧延伸的方式布置。这些穿过第一接触区域和第二接触区域的虚拟直 线通常彼此基本上平行地延伸。在本专利技术中的“基本上平行”表示角度在-10°与+10°之 间。穿过第三接触区域的虚拟直线基本上垂直于前两个虚拟直线延伸。在本专利技术中，“基本 上垂直”表示角度在80°与100°之间。所述至少两个层通过结合(在这里也称为粘结)而彼此连接，其中，至少一个层的 凹口 /凸起被固定在固定装置的互补凸起/凹口中，以保证所述层关于彼此准确定位。在 本专利技术中，结合包括胶粘、铜焊、锡焊和焊接，尤其是激光焊接。结果，由两个接触区域利用上述虚拟直线的大体平行的方位提供的有限的可调整 性以更加规则的方式分布在双极板的整个面积上。特别是利用另一接触部位的居中布置， 虚拟直线基本上垂直布置的接触部位，在该接触区域的两侧实现对两个层相对于彼此的成 形公差的调整。即使缺少成形精度，也提供了用于对所述层相对于彼此进行调整的足够的 自由度，这使得依然准确地确定所述层相对于彼此的定位。该方案尤其对于几乎方形的流 场区域具有优势。依然在该实施例中，优选地，与凹口 /凸起在相同的程序步骤中在所述至少两个 层中形成形成通道的凹部和/或隆起，以在通道结构与各层的接触部位之间提供预定距离。在上述两个实施例中，如果至少一个凹口 /凸起具有固定装置的定心螺栓能够通 过的通孔，则在所述层连接之前对于优化定位是有利的。用于将所述层彼此连接的优选方法包括胶粘和焊接，最优选的是激光焊接。双极 板及其各层分别优选包括金属，最优选的是钢，或者由金属构成。这允许它们通过模压、深 冲压、液压成形、绝热成形(诸如锻造和高能率成形)或者辊轧成形而成形。平面E1与E2或者E2、E3与E4分别为在两个层之间的接触部的相应平面中基本 上垂直于燃料电池层叠体的层叠方向朝向的平面。这些平面E1和E2或者E2、E3和E4分 别平行于双极板的平面E延伸，除其功能所需的结构之外的该双极板通常是平的；平面E被 限定为在双极板的两个外层之间基本上居中地延伸。在一方面的平面E1和E2与另一方面 的平面E2、E3和E4彼此平行，也就是以偏移的方式在不同的接触部位实现接触的情况。但 是，它们也可以是相同的，这源于不存在这样的偏移。根据本专利技术的双极板的第一实施例提出该双极板由具有通道结构的至少两个层 构成，其中至少两个层各自具有至少第一凹口 /凸起和第二凹口 /凸起，其中，第一层的第 一凹口 /凸起与第二层的第一凹口 /凸起在所述层的完全定位状态下彼此接合，并且通过 形成第一接触区域在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造双极板（１）的方法，其中，在至少两个层（２、３）的每层中形成至少第一凹口／凸起和第二凹口／凸起（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ），且所述层（２、３）以层叠的方式定位，其特征在于：所述第一层（２）的第一凹口／凸起（２ａ）和所述第二层（３）的第一凹口／凸起（３ａ）在所述两个层（２、３）的完全定位状态下彼此接合，且在平面Ｅ１中以嵌入方式彼此接触，并且，所述第一层（２）的第二凹口／凸起（２ｂ）和所述第二层（３）的第二凹口／凸起（３ｂ）在所述两个层（２、３）的完全定位状态下彼此接合，且在平面Ｅ２中仅部分地在至少两个部位（３０ｂ、３１ｂ）中彼此接触，其中，所述接触部位（３０ｂ、３１ｂ）被置于可沿所述第二层（３）的第二凹口／凸起（３ｂ）的主方向延伸的虚拟直线（５ｂ）的两侧，并且，其中在所述第二凹口／凸起（２ｂ、３ｂ）之间未建立嵌入式联接，并且，其中所述两个层（２、３）借助于粘结而彼此结合，而至少一个层的凹口／凸起被嵌套在定位装置（６）的互补的凸起／凹口（６ｃ、６ｆ）中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德高格勒，克劳迪娅孔茨，
申请(专利权)人：莱茵兹迪兹通斯有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]