[发明专利]用于能量转换的装置，特别是燃料电池叠堆或叠板电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将化学能转换为电能和/或将电能转换为化学能的装置，其具有一壳体，该壳体向至少一侧敞开，并且在该壳体中构造有一压力室，该装置还具有至少一个电化学活性电池用于能量变换，该电化学活性电池从壳体的敞开侧延伸进入壳体，其中敞开侧由保持和/或供应电池的板封闭。

背景技术

这种装置作为燃料电池单元或电解槽电池单元是已知的。活性电池在这种情况下为燃料电池，其将化学能转换为电能，或为电解槽电池，其将电能转换为化学能。多个板状电池相邻的布置称为叠堆，特别称为燃料电池叠堆或叠板电解槽。

在燃料电池的情况下，连续地向电池供给燃料与氧化剂。当两种工作材料反应时，生成电子流，并且由此生成电能。传统的各个燃料电池在此生成大约1.2V的低电压，但是与此相对应地，却生成直至大约每平方厘米活性反应面积3安培的相对高的电流密度，其中，此处的面积说明指的是燃料电池中活性面积的大小。因为该活性面积在现代的膜片燃料电池中可例如具有聚合物电解质膜（PEM）和在两侧贴靠该聚合物电解质膜的大于100平方厘米的极板，所以一个单独的这种燃料电池在直流电压为大约1.2V的情况下可提供300安培和更多的电流。所合成的电流由单位为cm²的活性面积与最大电流密度的乘积构成。

因为1.2V的直流电压对很多技术应用来说都过小，所以在传统的燃料电池单元中经常串联多个电池，从而将电池各自的电压相加。除了电串联，在此还可进行供应结构的串联，从而能够使燃料与氧化剂向一个电池的输入和燃料与氧化剂从之前的电池中的输出是同时的。在这种实施方式中能够制造特别紧凑的燃料电池单元。备选地也能够实现供应结构的并联。

通常情况下，传统的燃料电池具有平坦的形状，其具有基本上为矩形的基面，从而能够将各个电池相邻平行或上下叠置地堆叠。由此形成六面体形状的整体结构，其尺寸大小和电池的数目与面积有关。各个电池在叠堆中彼此固定连接。例如在损坏情况下，为了将单个电池从这样的固定连接中取出，必须脱开电连接以及燃料、氧化剂的输入和输出以及反应产物的输出。此外还必须拆卸整个燃料电池叠堆，也就是说移离压板，且拆开双极板。在此，没损坏的电池的未受损伤的膜经常被毁坏。与此相应地，只能以巨大的技术和时间耗费才能将单个的燃料电池从这种叠堆中取出。

与此相对应地，还已知了模块式燃料电池叠堆，其中，单个的燃料电池可取出地、模块式地安装在燃料电池壳体中。每个燃料电池在此构成一个封闭的单元。

对于燃料电池的功能来说必要的是：极板在聚合物电解质膜或者在设置在该膜与极板之间的气体扩散层上施加压力。压力主要使极板与气体扩散层之间形成必要的电接触，从而使反应时在燃料电池中产生的电子到达阴极。

已知了建立压力的不同可能性。例如能够通过极板的曲面来完成，其中这些曲面成形为凹形的拱顶。在安装燃料电池时，极板的边棱彼此电绝缘地连接，从而将这些极板拉到一起。这样极板的曲面产生所期望的挤压力。备选地，挤压力通过夹子，特别是通过弹簧钢夹子生成，该夹子从外面安置在燃料电池上。此外挤压也能够通过液压形成。极板在此构造得非常薄，从而使其获得高的柔性。从外面施加到极板上的压力则使极板发生相应的变形，其中压力传递到气体扩散层上。为此，燃料电池单元的壳体构成压力室，该压力室中具有液体或气体，也就是说通常为受压的介质。燃料电池安放在液体中，从而在压力室中具有过压时，液体将压力传递到极板上。这形成了电池的液力挤压。

若应在这种燃料电池单元中更换一损坏的燃料电池，则需要拆开该单元。要消除压力室中的过压并且排出介质。然后才能够进行对损坏的燃料电池进行替换。由于这个原因，在模块式系统中，损坏的电池的更换在技术方面也是耗时耗力的，从而使燃料电池单元的修理最终具有较高的花费。

发明内容

本发明的目的在于：克服所述缺点，并且能够实现对损坏的电池进行迅速且简单的更换，从而减少相应的修理费用。

所述目的通过权利要求1的特征来实现。在从属权利要求中阐述本发明的有利的改进方案。