[发明专利]用于燃料电池布置结构的、尤其用于布置在两个相邻的膜电极布置结构之间的双极性板

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特征所述的、用于燃料电池布置结构的、尤其用于布置在燃料电池堆中两个相邻的膜电极布置结构之间的双极性板，以及涉及一种根据权利要求11的前序部分的特征所述的燃料电池布置结构。

背景技术

燃料电池布置结构或燃料电池堆/燃料电池组(也简称为“堆垛”)包括多个平面平行地上下堆叠布置的、电串联连接的燃料电池。每个燃料电池具有一作为电极的形式为气体扩散电极的阳极、一阴极和布置在阳极和阴极之间的例如形式为聚合物电解质膜(简称为PEM)的电解质，它们共同形成了膜电极布置结构(简称为MEA)。

在燃料电池堆中相邻的膜电极布置结构之间设置有双极性板(也称为“双极性隔离板单元”)。该双极性板在此用于：间隔开相邻的膜电极布置结构；在邻接的膜电极布置结构上分配用于燃料电池的反应物质，如燃料和氧化剂；使在为此而设置的、朝向膜电极布置结构敞开的通道中的反应物质排出；通过在单独的冷却介质管道中被引导的冷却介质排出反应热；以及在相邻的膜电极布置结构的阳极和阴极之间建立电连接。

燃料和氧化剂被用作反应物质。多数情况下使用气体形式的反应物质(简称“反应气体”)，例如将氢气或含氢的气体(例如重整气)作为燃料而将氧气或含氧气体(例如空气)作为氧化剂。反应物质可理解为所有参与电化学反应的物质，包括反应产物例如水或被消耗的燃料。

在此，各个双极性板由成形件制成，然而优选由两个或多个彼此平面平行地连接的成形件、尤其是板件(一用于与一个膜电极布置结构的阳极相连接的阳极板和一用于与另一个膜电极布置结构的阴极相连接的阴极板)或者一具有设置在上侧和下侧上的通路结构的板件制成。在阳极板的朝向所述一个膜电极布置结构的表面上，布置有用于沿所述一个膜电极布置结构分配燃料的阳极通道，其中在阴极板的朝向所述另一个膜电极布置结构的表面上，布置有用于在所述另一个膜电极布置结构上分配氧化剂的阴极通道。阴极通道和阳极通道彼此之间不连接。

阴极通道和阳极通道由通过凸起部(下面称为接片)彼此分开的凹陷部(下面称为通道)形成在阳极板和阴极板的分别朝向膜电极布置的表面上。阳极板和阴极板优选模制成形，尤其是空心压印。接片和通道例如间断地通过空心压印(利用模具和冲模)、液压成型(利用模具和液体)、高速成型(利用模具和冲模)、拉伸成型、深冲、挤压/冲挤等制成，或者连续地通过轧制或拉深制成。

为了当把燃料电池布置结构用于车辆时在工作中达到足够的效率和小的成本，一方面需要通过例如减小由于接触电阻和/或材料电阻引起的功率损失以及改进物质运输和电荷迁移来提高每平方米电池面积的功率和燃料电池的效率，另一方面使用成本不断降低的材料，例如用于气体扩散电极的可卷绕的电极层。

例如，由DE 102005037093 A1已知了具有流体导向通道的燃料电池，所述流体导向通道具有反向变化的流动截面。

由DE 60212001 T2已知了燃料电池流体分配板(也称为双极性板)，该燃料电池流体分配板在至少一个面上具有由逐渐变细的通道组成的网，所述通道具有一个或多个分岔的气体运输通道，所述气体运输通道具有多个与之连接的宽度小于0.2mm的气体扩散通道。

US 20020167109 A1描述了一种传统的双极性板和其制造(过程)，其中流动通道具有不同的通道横截面形式。

由US 20030059662 A1已知了一种传统的双极性板，该双极性板具有迂回曲折状延伸的流动通道，其中所述通道的相邻的通道部段之间的接片在宽度上有变化。

由US 6586128 B1已知了用于改进和调节相邻通道之间的物质运输的方法和设备，其中在接片宽度恒定的情况下可通过改变通道走向来调节各个通道中的压力差。

发明内容

本发明的目的在于，给出一种用于燃料电池的双极性板，该双极性板相对于由现有技术已知的双极性板得到了改进，且在减小制造成本的同时实现了简单的调节。此外，给出了一种改进的燃料电池布置结构。

根据本发明，在双极性板方面的目的通过权利要求1给出的特征来实现。根据本发明，在燃料电池布置结构方面的目的通过权利要求11给出的特征来实现。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。