[发明专利]用于电化学系统的分离器板

说明书

本发明涉及一种用于电化学系统(1)、具体是用于电化学系统(1)的双极板(2)的分离器板(2a、2b)。分离器板(2a、2b)包括：第一通道(11c)，用于引导冷却剂通过分离器板(2a、2b)；活性区域(8)，具有用于沿分离器板(2a、2b)的第一平坦表面引导反应介质的结构和用于沿分离器板(2a、2b)的第二平坦表面上的活性区域(8)的后表面引导冷却剂的结构；与分离器板(2a、2b)形成为一体的珠缘(7)，用于至少密封活性区域(8)；以及与分离器板(2a、2b)形成为一体的阻隔元件(18、18'、18)，这些元件设计成使得它们减少或防止反应介质沿珠缘(7)在分离器板(2a、2b)的第一平坦表面上流动并越过活性区域(8)。分离器板(2a、2b)的特征在于，珠缘(7)将第一通道(11c)和活性区域(8)完全封围在一起，并且至少一个阻隔元件(18、18'、18)至少部分地凹陷，特别是为了减少或防止冷却剂在所述阻挡元件的区域中在分离器板(2a、2b)的第二平坦表面上流动。本发明还涉及包括分离器板的双极板，并且涉及具有多个指定类型的双极板的电化学系统。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学系统的分离器板、包含该分离器板的双极板、以及具有多个双极板的电化学系统。电化学系统可例如是燃料电池系统、电化学压缩机、氧化还原液流电池或电解槽。

背景技术

已知的电化学系统通常包括电化学电池的堆叠，电化学电池各自借助双极板彼此隔开。这样的双极板可例如用于单独的电化学电池(例如燃料电池)的电极的电气接触和/或用于相邻电池(电池的串联连接)的电气连接。通常，双极板由两个结合在一起的独立分离器板形成。双极板的分离器板可以例如借助一个或多个焊接连接部、特别是借助一个或多个激光焊接连接部连结在一起。

双极板或分离器板可各自包括或形成构造成例如用于将一种或多种介质供应给布置在相邻双极板之间的电化学电池和/或用于移除反应产物的结构。介质可以是燃料(例如氢或甲醇)或反应气体(例如空气或氧气)。此外，双极板或分离器板可以用于引导冷却剂通过双极板，特别是通过由双极板的分离器板包围的腔室。通常，燃料或反应气体在分离器板的第一侧上引导，由于第一侧的结构，其也常常被称为第一平坦侧，而冷却剂在分离器板的第二平坦侧上引导。然后在两块分离器板的第二平坦侧之间形成腔室。此外，双极板可以构造成用于转移电化学电池中的电能或化学能转化时产生的废热，以及用于使各种介质通道或冷却通道关于彼此和/或外部密封。

可以在活性区域和珠缘之间设置阻隔元件，这些阻隔元件将活性区域界限到外部，并且所述阻隔元件布置和成形为使得它们减少或防止反应介质流过活性区域。例如，可以借助在分离器板中设置突出部来形成这种阻隔元件，所述突出部在反应介质的侧部上抬高到与其邻接的分离器板的区域之上。

此外，双极板通常各自包括至少一个或多个贯通开口。介质和/或反应产物可被引导通过贯通开口到达布置在堆叠件的相邻双极板之间的电化学电池或进入由双极板的分离器板形成的腔室中，或者从电池或腔室中引导出来。电化学电池通常另外各自包括一个或多个膜电极组件(MEA)。MEA可包括一个或多个气体扩散层，该一个或多个气体扩散层通常朝向双极板取向，并且例如形成为金属非织物或碳非织物。

已经发现，在个别情况下例如冷却剂在分离器板的背离电化学活性侧的侧部上在一些程度上在不期望的路径上引导是有问题的，例如在由双极板的两块分离器板封围的腔室中。因此，例如可能发生的是主要用作冷却分离器板或双极板的电化学活性区域的冷却剂至少部分地引导经过活性区域或甚至经过分配区域的若干部分，并且因此没有或者未在足够的程度上有助于活性区域的冷却。具体地，给定压入的分离器板，借助在第一平坦侧的方向上结合的压入部来形成上述阻隔元件。然而，这些导致在相应分离器板的第二平坦侧上的腔室，并且可以形成冷却剂的附加流动路径。借助于此，增加了冷却剂在不期望的路径上流过(旁路)活性区域的风险。

作为这种不期望的冷却剂旁路的结果，可能发生在电化学电池的区域中的不期望的温度峰值和/或引导的冷却剂上不期望的的压力损失。另外，需要增大的泵送动力以输送被引导经过活性区域的冷却剂。所有这些不良影响可能会负面地影响电化学系统的效率。