[发明专利]用于电化学电池堆的中间模块

说明书

公开了一种电化学电池堆，该电化学电池堆具有多个堆叠式平面电化学电池模块、位于堆叠式平面模块的第一端的第一端板、以及位于堆叠式平面模块的第二端的第二端板。堆中还包括设置在堆中的邻近电化学电池之间的中间平面模块。在一些方面，中间模块包括内设于中间模块内的腔体，该腔体以比在中间模块的任一侧上的电化学电池堆的操作压力高的压力与流体源流体连通。在一些方面，电化学电池堆包括与堆中的多个电化学电池流体连通的导电处理流体，并且中间平面模块包括与导电处理液体流体连通的非导电通道。

技术领域

本文公开的主题涉及电化学电池，具体地，涉及一种用于电化学电池堆的中间模块。

背景技术

在诸如从氢或碳氢化合物燃料发电、氢的生产或压缩、氧或富含氧的空气的生产和压缩、或富含氮的空气的生产等各种应用的堆式配置中，通常使用电化学电池。尽管堆式配置可以改变，然而，常见设计涉及一系列的平面隔膜电极组件(MEA)，每个组件均以堆叠式框架设置，由导电隔板隔开，也被称为双极板。双极板用于串联式连接堆叠的MEA并且将位于每个MEA的阳极侧上的流体与位于堆中的邻近MEA的阴极侧上的流体分离。输送并且接收来自电池的流体流的流体流通道通常被整合到堆叠式部件的框架中。堆通常具有位于堆的每一端处的端板。堆叠式部件在来自穿过堆在端板之间延伸的螺栓的压缩负载下被组装。然而，难以在电化学电池堆的操作过程中所遇到的所有多个压力周期保持该压缩负载或以更高的操作压力(例如，100psi)保持该压缩负载。这些问题的常用的解决方法包括使用在螺母和螺栓连接中使用压缩弹簧，然而，该技术仅使问题得到缓解，但并未消除该问题。而且，在操作压力下确保对电池堆进行绝对的密封所需的高端板负载还会引起受到压缩负载的电池隔膜以及其他塑料部件的滑动。此外，在较高内部压力下，由于堆的阳极侧与阴极侧之间的压力差引起的电池部件脱载，电化学电池堆可能经历导电率降低。

在用于电化学电池的一些应用中，具有导电性的处理流体与堆中MEA的一个或多个部分接触。例如，一些PEM电化学电池堆使用包含在邻近电池之间的堆叠式框架中具有流体连接的电介质的水，诸如与堆中的MEA单元的两侧接触的氯化氢。然而，与处理液体接触的堆的不同部分之间的负电势之差可导致在处理液体中形成分流电流。这样的分流电流会降低电化学电池堆的效率、引起腐蚀、并且导致从处理液体的电化学反应形成不期望的气体(例如，在HCl溶液处理流体中，产生不期望的H₂、O₂、以及Cl₂气体)。

除如上所述管理电化学电池堆的轴向负载之外(即，沿着横过堆叠式平面模块的平面的堆的轴的负载)，侧向负载也是一个问题，特别是在诸如使用用于氢压缩的电化学电池堆的应用中遇到的较高操作压力情况下。堆操作过程中向外方向的侧向应力会引起关键部件变形、流体泄露、以及电异常。

发明内容

根据本发明的一些方面，一种电化学电池堆包括多个堆叠式平面模块，该多个堆叠式平面模块包括电化学电池、位于堆叠式平面模块的第一端的第一端板、以及位于堆叠式平面模块的第二端的第二端板。堆还包括设置在堆的邻近电化学电池之间的中间平面模块。

在本发明的一些方面中，中间平面模块包括内设于中间模块被的腔体，该腔体以比在中间模块的任一侧上的电化学电池堆的操作压力高的压力与流体源流体连通。

在本发明的一些方面中，其中，电化学电池堆包括与堆中的多个电化学电池流体连通的导电处理液体，中间平面模块包括与导电处理液体流体连通的非导电通道。

在本发明的一些方面中，电化学电池堆包括含电化学电池的多个堆叠式平面模块，堆叠式平面模块具有外周边表面。堆还包括至少一个板，该至少一个板在与堆叠式平面模块的平面平行的方向上延伸超过堆叠式平面模块的外周边表面。多个锚件沿着该至少一个板的周边部分设置，锚件在与堆叠式平面模块的平面垂直的方向上从板延伸。锚件包括针对与堆叠式平面模块的平面平行的方向上的应力沿着堆叠式平面模块的外周边表面提供结构支撑的表面部分。

附图说明