[发明专利]电化学装置和电化学系统

说明书

本发明涉及一种电化学装置，该电化学装置具有两个金属分离器板(10a)，每个分离器板限定板平面，并且在垂直于该板平面的堆叠方向(6)上堆叠。分离器板(10a)具有凸压到分离器板(10a)中的密封元件，密封元件抵靠彼此支承以密封布置在分离器板(10a)之间的电化学电池，并且在堆叠方向上可逆地变形到距离Zsubgt;2/subgt;。该装置还包括至少一个支承元件(19、19a‑d、19f‑h)，其布置在分离器板(10a)之间并且在平行于板平面的方向上与分离器板(10a)的密封元件间隔开。密封元件和支承元件(19、19a、19f‑h)设计成，使得当沿堆叠方向距彼此的分离器板(10a)的板平面之间的一定距离z由于在堆叠方向(6)上作用在分离器板(10)上的压缩力一直减小到距离z时，其中zZsubgt;2/subgt;，为在堆叠方向(6)上以距离Az'仅压缩或进一步压缩至少一个支承元件(19、19a‑d、19f‑h)所需的力Fsubgt;S/subgt;大于为在堆叠方向(6)上以距离Az'进一步压缩分离器板(10a)的至少一个密封元件所需的力Fsubgt;D/subgt;。

技术领域

本发明涉及一种电化学装置，其具有两个金属分离器板和布置在金属分离器板之间的电化学电池。本发明还涉及具有多个这样的电化学装置的电化学系统，这些电化学装置以堆叠布置。

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分离器板彼此隔开。在该文献的框架内，术语“电化学电池”特别是包括用于将化学能转换为电能的电池(例如燃料电池)，借助馈送电能来诱导化学反应(例如电解池)或在气体之间交换湿气(例如加湿器电池(humidifier cell))。

通常，分离器板由两个结合在一起的单独的板形成。分离器板的单独的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而材料地连结在一起。此外，分离器板通常包括至少一个或多个贯通开口。介质和/或反应产物可通过贯通开口被引导到布置在堆叠件的相邻的分离器板之间的电化学电池，或进入由分离器板的单独的板形成的内部中，或者被引导离开电池或从内部出来。

所提到的分离器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。分离板特别可以由两个单独的板构成，并且这些单独的板确实各自可以包括或形成设计成例如用于向布置在相邻分离器板之间的电化学电池供应一种或多种介质和/或用于将反应产物运离的结构。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，分离器板或单独的板可包括用于引导冷却剂通过分离器板的结构，特别是用于引导冷却剂通过由分离器板的单独的板封围的内部的结构。因此，分离器板可以被设计成用于继续引导电化学电池中在电能或化学能的转换中产生的废热。同样，分离器板可以设计成将不同的介质通道或冷却通道彼此密封和/或将整个分离器板密封到外部。

电化学电池通常还包括一个或多个电解质膜(例如在燃料电池的情况下)或一个或多个热交换膜(例如在加湿器电池的情况下)。除隔膜外，电化学电池还可以包括气体扩散层，该气体扩散层较佳地布置在隔膜的两侧上，并且其可以改善经由隔膜的介质转移或介质交换的速率。气体扩散层可以例如设计为金属非织物或碳非织物。

为了相对于周围区域或相对于各个电化学系统的其他区域来密封电化学电池和/或密封由分离器板中的贯通开口形成的介质通道，分离器板或分离器板的单独的板通常包括，例如密封凸边形式的密封元件，密封元件被成形或凸压(冲压)到分离器板中。特别地，这些可以被设计成弧形的完整凸边或具有两个分支和在它们之间延伸的顶部的完整凸边。堆叠件的相邻分离器板的密封元件通常支承在彼此之上以实现密封效果。在此，例如，电解质膜的边缘区域或电化学电池的加湿器膜可以接纳在支承在彼此之上的相邻分离器板的密封元件之间。