[发明专利]电化学设备和用于制造电化学设备的电化学单元的方法

说明书

本发明提供一种电化学设备，其包括由多个沿堆叠方向依次跟随的电化学单元构成的堆叠件，电化学单元分别包括具有电化学活性的薄膜电极装置、至少一个气体扩散层和具有针对至少一个流体介质的至少一个流场的双极板，在其中，至少一个流场以简单且可靠的方式被密封，并且避免形成寄生流动，为了提供这种电化学设备提出的是，至少一个双极板具有至少一个边缘接片，至少一个边缘接片至少分区段地围绕双极板的流场，并且与和双极板相邻的气体扩散层接触，其中，电化学设备此外还包括至少一个流场密封元件，其密封由边缘接片围绕的流场，并且与边缘接片接触并且与气体扩散层接触。

技术领域

本发明涉及一种电化学设备，其包括：

由多个沿堆叠方向依次跟随的电化学单元构成的堆叠件，电化学单元分别包括具有电化学活性的薄膜电极装置、至少一个气体扩散层和具有针对至少一个流体介质的至少一个流场的双极板。

背景技术

这种电化学设备尤其是可以构造为燃料电池堆或电解器。

在燃料电池堆和电解器中，在电化学单元的不同的平面中，并且根据设计而定地也在相同的平面的不同的区域中引导不同的介质。这些介质尤其可以是阳极流体(燃气)、阴极流体(氧化剂)并且必要时也是流体冷却剂。

这些引导穿过电化学设备的介质既不能够相互混合，也不能从电化学单元逸出，因此在多个平面中需要密封件。

这些密封件例如可以基于弹性体材料和粘合实现。

在具有金属双极板的电化学单元中，密封可以完全或部分通过双极板中的凸棱(Sicke)或通过基于弹性体材料的密封件实现。

双极板(也被称为分离器或内部连接器)可以一件式地构造，或者包括至少两个单层(双极板层)。

多层的双极板的双极板层可以通过拼接法，如焊接或粘贴相互连接。

密封件可以作为单独的部件置入到由电化学单元构成的堆叠件中，或者固定在双极板上或电化学单元的其他的组成部分上，例如固定在气体扩散层上或薄膜电极装置上。

由于在操纵和制造中的优点并且由于简单的密封实施方案，所以将密封件固定在双极板上经常是优选的。这例如可以通过将尤其是由弹性体材料构成的密封件浇注到双极板的层上来实现。

在该密封配置中，固定在双极板上的密封件与在薄膜电极装置的边缘区域中固定在薄膜电极装置上(尤其是催化剂涂层的薄膜，CCM上)的边缘强化装置的组合被证实是有利的，其中，边缘强化装置用作针对密封件的对应部件，辅助地防止薄膜电极装置的不利的机械负荷，并且同时确保薄膜电极装置的具有电化学活性的区域到薄膜电极装置的边缘区域的有利的接合。

这种边缘强化装置例如在EP 1 403 949 B1中公开。

这种边缘强化装置也被称为子衬垫(Sub-Gasket)。

这种边缘强化装置可以包括一个或多个层，其中，常见的结构包括两个层，其以环绕的框架的形式布置在薄膜电极装置的两个相互对置的侧面上。

在制造电化学设备时，每个电化学单元的双极板、气体扩散层、薄膜电极装置、密封件和必要时的边缘强化装置(子衬垫)必须彼此相对定位，其中，这些部件可以单个地或作为至少部分已经相互连接的子结构组件组装。

当将密封件接合到气体扩散层时，这在制造由电化学单元构成的堆叠件期间就需要定位针对密封件的应用的气体扩散层和在双极板上定位由气体扩散层和在气体扩散层上产生的密封件构成的单元。

当密封件构造在双极板上时，薄膜电极装置和气体扩散层要么作为单个部件要么作为预组装的单元定位在双极板上。