[发明专利]燃料电池堆和双极板组件

说明书

公开了一种用于燃料电池或燃料电池堆(1)的双极板组件(2)，其中双极板组件(2)具有至少第一流场板(21)和第二流场板(22)，其中第一流场板(21)和第二流场板(22)彼此堆叠紧固，其中双极板组件(2)具有第一区域(I)，在第一区域(I)中，第一流场板(21)的边缘(23)与第二流场板(22)的边缘(24)齐平，并且双极板组件(2)具有至少一个第二区域(II)，在第二区域(II)中，第一流场板(21)的边缘(27)从第二流场板(22)的边缘(24)凹陷；还公开了具有该双极板组件(2)的燃料电池堆(1)，以及用于制造该双极板组件(2)或燃料电池堆(1)的方法。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池或燃料电池堆的双极板组件，涉及一种包括双极板组件的燃料电池堆，还涉及一种用于制造这种双极板组件或燃料电池堆的方法。

背景技术

通常，燃料电池堆包括多个膜电极组件(MEA)，其由所谓的双极板组件隔开。双极板组件本身通常包括至少两个金属板，所谓的流场板，它们彼此叠置并且在一侧具有用于反应物的流场，而在另一侧具有用于冷却流体的流场。在双极板组件中，冷却流体流场彼此面对，其中反应物流体流场布置在双极板组件的面向MEA的外表面处。在操作燃料电池堆期间MEA产生的电流导致双极板组件之间的电势差。因此，在所有情况下，各个双极板组件必须保持彼此电隔离，以避免短路。

为了解决电分离，设置了绝缘层，即所谓的子垫圈，其布置在膜电极组件的周边处或围绕膜电极组件的周边，由此形成膜-电极-子垫圈组件。子垫圈通常延伸超出双极板组件的边缘，以实现足够的短路保护。

当组装燃料电池堆时，双极板组件和MEA必须精确地彼此对准，以确保燃料电池堆的工作。为了便于对准，已知在每个双极板组件以及膜-电极-子垫圈组件处具有至少一个，优选两个特定区域，其中双极板/膜-电极-子垫圈组件的几何形状允许用于布置对准工具。这种对准工具可以是所谓的导向杆或导向壁，其限定了最终燃料电池堆的外部尺寸。

为了精确对准燃料电池堆的元件，必要的是在这些区域中子垫圈不在双极板组件的边缘上延伸。不幸的是，这也意味着在这些区域中会发生不充分的电分离，使得这些区域存在短路的风险，主要是由于双极板弯曲和/或组装不充分。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有调节的几何形状的双极板组件，从而消除电气危险。

如上所述，燃料电池堆通常包括多个双极板组件和多个膜-电极-子垫圈组件，两者交替设置使得每个膜-电极-子垫圈组件夹在两个邻近的双极板组件之间。膜-电极-子垫圈组件本身包括：质子交换膜，其夹在两个电极之间；以及子垫圈，其至少围绕膜-电极组件的周边并且设置为电隔离双极板组件，其夹裹着膜-电极-子垫圈组件。

用于这种燃料电池或燃料电池堆的双极板组件具有至少第一流场板和第二流场板，其中第一流场板和第二流场板彼此堆叠紧固。

为了避免电气风险并保护双极板组件免受短路影响，建议双极板组件具有：第一区域，该第一区域中第一流场板的边缘与第二流场板的边缘齐平；并且具有至少一个第二区域，在该第二区域中第一场板的边缘从第二流场板的边缘凹陷。

双极板组件修改的几何形状(即第一流场板的凹陷边缘)允许，即使在包括这种双极板组件的燃料电池堆的子垫圈是不充分设置(即，不在双极板组件的边缘上延伸)的区域中，仍然可以避免双极板组件之间短路的风险。

优选地，该凹陷边缘形成为少于流场板的总周边的10％。

根据优选的实施例，该凹陷边缘形成在双极板组件的区域中，该区域能够容纳用于正确地对准至少第一流场板和第二流场板的，对准结构优选为导向杆或导向壁。在该区域中，通常需要的是，将子垫圈与双极板的边缘对齐以提供精确的对准结果，这减少了短路的风险。通过在该区域中设置第一流场板的凹陷边缘，降低了相邻的双极板组件之间接触的风险。