[发明专利]双极板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双极板以及用于制造该双极板的方法。

背景技术

根据本发明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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明背景下的术语“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。