[发明专利]双极板以及具有这种双极板的燃料电池堆

说明书

双极板以及具有这种双极板的燃料电池堆。本发明涉及一种用于燃料电池堆的双极板（10）。所述双极板（10）分别具有两个被压型的隔膜板（12、14），所述两个被压型的隔膜板分别具有活跃区（16）；以及两个分布区（18、20），用于将反应气体和冷却剂引向所述活跃区（16）或从所述活跃区（16）排出，其中所述隔膜板（12、14）被构造并且重叠地布置为使得相应的双极板（10）具有用于反应气体和冷却剂的单独的通道（28、30、32），所述通道的用于两个分布区（18、20）的反应气体和冷却剂的端口（22、24、26）彼此连接。在装配好的燃料电池堆中，用于反应气体的通道（28、30）分别由隔膜板（12、14）的表面和气体扩散层（58）的表面限制。规定：所述双极板（10）具有不能透过的第一隔离板（38），所述不能透过的第一隔离板将用于反应气体的通道（28）在所述活跃区（16）的入口区（40）中分别分成两个体积区，而且沿反应气体的流动方向（42）延伸，其中所述通道（28）的只有一个体积区邻近所述气体扩散层（58）。本发明的主题也是一种具有这种双极板（10）的燃料电池堆以及一种具有按照本发明的燃料电池堆的燃料电池系统。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池堆的双极板，所述双极板分别具有两个被压型的隔膜板，所述两个被压型的隔膜板分别具有活跃区；以及两个分布区，用于将反应气体和冷却剂引向活跃区或从活跃区排出，其中所述隔膜板被构造并且重叠地布置为使得相应的双极板具有用于反应气体和冷却剂的单独的通道，所述通道的用于两个分布区的反应气体和冷却剂的端口彼此连接，其中用于反应气体的通道分别由隔膜板的表面和气体扩散层的表面限制。此外，本发明还涉及一种具有这种双极板的燃料电池堆以及一种具有这种燃料电池堆的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池利用了将燃料与氧气化学转化成水来产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极单元（MEA，针对membrane electrode assembly）作为核心部件，所述膜电极单元是由传导离子的、尤其是传导氢离子的膜和分别布置在该膜两侧的电极（阳极和阴极）构成的复合体。此外，在膜电极单元两侧的气体扩散层（GDL）可以布置在电极的背离膜的侧面上。燃料电池堆通常通过多个布置成堆（stack）的MEA形成，所述MEA的电功率相加。在燃料电池运行时，燃料、尤其是氢气H₂或者含氢的气体混合物被输送给阳极，在所述阳极，在释放电子的情况下从H₂电化学氧化成H⁺。通过电解质或者使反应区气密地彼此隔离并且电绝缘的膜，（水结地或者无水地）将氢离子H⁺从阳极区运输到阴极区。在阳极上提供的电子通过电线被引向阴极。氧气或含氧的气体混合物被输送给阴极，使得在吸收电子的情况下从O₂还原成O^2-。同时，所述氧离子在阴极区中在形成水的情况下与被运输经过所述膜的氢离子发生反应。

燃料电池通过多个布置成堆的膜电极单元形成，使得也谈及燃料电池堆。在两个膜电极单元之间分别布置有双极板，所述双极板保证了给单个电池供应工作介质、即反应物和冷却流体。此外，双极板还引起与膜电极单元的导电接触。此外，所述双极板还确保了在阳极区与阴极区之间的密封隔离。

双极板大多由两个被压型的导电隔膜板来构造，所述隔膜板具有以布置在板两侧的高度轮廓的形式的结构。通过该轮廓，在板两侧得到或多或少的分立式通道，所述分立式通道被构造为引导工作介质。工作介质又通过这些板彼此隔离，使得在板的内部引导冷却剂，而在板之外引导反应气体。反应气体的通道一方面由相应的板限制，而另一方面由气体扩散层限制。

为了关于在双极板中的反应气体来控制水供应从而提高燃料电池的功率密度、效率和使用寿命，尤其已经在WO 2012/143781 A1（丰田集团（Toyota））和US 20090197134 A1（戴姆勒集团（Daimler））中提出：将多个由钛构成的金属条引入到用于要润湿的反应气体的通道中，然而这是昂贵的而且在制造中也是花费高的，因为这些金属条可能难以固定并且难以定位；或将穿孔的金属板引入到通道中，这同样是昂贵的而且在制造中是花费高的。此外，这些解决方案不能与石墨的双极板组合地来应用。

发明内容