[发明专利]用于电化学设备的结构组件和制造这种结构组件的方法

说明书

本发明涉及电化学设备的结构组件，该结构组件包括至少一个气体扩散层和在气体扩散层上产生的至少一个密封元件，其中，密封元件包括固定在气体扩散层上的内密封区域和经由内密封区域与气体扩散层相连的外密封区域，为了提供具有较小的扭曲的结构组件，而不必为此降低注塑成型模具内的温度和/或不必设置内密封区域内的密封元件的扭曲在几何形状上的补偿，提出的是，密封元件包括至少一个去负荷区域，该去负荷区域布置在内密封区域与外密封区域之间，并且a)去负荷区域包括延伸穿过密封元件的去负荷开口，并且/或者b)去负荷区域具有最小高度(h_e)，该最小高度小于内密封区域的最大高度(H_I)的四分之一并且小于外密封区域的最大高度(H_A)的四分之一。

技术领域

本发明涉及用于电化学设备的结构组件，其包括至少一个气体扩散层和在气体扩散层上产生的至少一个密封元件，其中，密封元件包括固定在气体扩散层上的内密封区域和经由内密封区域与气体扩散层相连的外密封区域。

背景技术

这样的结构组件可以形成电化学设备的电化学活性单元的组成部分，其中，电化学活性单元包括膜和至少一个这种结构组件。

这样的电化学活性单元可以分别与双极板一起形成电化学设备的电化学单元，该电化学设备例如构造为燃料电池设备或电解器。

电化学设备优选包括多个沿堆叠方向相叠布置的电化学单元以及优选两个端板，在端板之间布置有电化学单元的堆垛，并且能借助夹持设备将电化学单元的堆垛彼此夹紧，以便向布置在端板之间的电化学单元以及尤其是它们的密封元件加载沿堆叠方向指向的压紧力。

在燃料电池设备和电解器内，在电化学单元的不同平面内以及视设计而定也在相同平面的不同区域内引导有不同的介质。这些介质尤其可以是阳极性的流体(燃料气体)、阴极性的流体(氧化剂)和也许是流体的冷却剂。

待输送给电化学设备的介质(阴极性的流体、阳极性的流体、冷却剂)借助沿电化学设备的堆叠方向延伸的具有介质输送通道和介质排出通道的介质分配结构(也被称为“Manifold(歧管)”)输送给电化学设备的不同的平面，或者从电化学设备的不同的平面排出，并且必须分别从介质输送通道输送给电化学单元内相关介质的流动场(Flow Field)，以及再次从流动场排出到介质排出通道中。在此，不仅介质输送通道和介质排出通道而且流动场都必须被密封，以便防止泄漏到电化学设备的外部空间内而且也防止泄漏在不同介质流过的空间之间。

经过电化学设备的介质既不能彼此混合，也不能从电化学单元溢出，因此在多个平面内都需要密封件。

这些密封件例如可以基于弹性体材料实现。

在具有金属双极板的电化学单元中，密封件可以完全或部分通过在双极板中的卷边或通过基于弹性体材料的密封元件来实现。

双极板(也称隔离器或互联器)可以一件式地构成或包括至少两个单层(双极板层)。

多层的双极板的双极板层可以通过例如焊接或粘接的拼接方法彼此相连。

密封件可以作为独立的结构组件嵌入到电化学单元的堆垛中，或固定在双极板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。

当密封元件直接接合到气体扩散层上时，则在密封元件与气体扩散层之间提供平滑的过渡部。

被挤压在分别由气体扩散层和密封元件构成的两个结构组件之间的膜不承受过度的应力峰值。

与利用边缘加强装置实现的密封解决方案相比，具有分别由气体扩散层和密封元件构成的结构组件的单格结构可以非常紧凑地构建，这是因为不必为边缘加强装置与膜-电极-装置之间的搭接部设置附加的空间。

密封元件与气体扩散层的接合例如可以在注塑成型过程中进行。在此，将气体扩散层嵌入到(优选多件式的)注塑成型模具中，并且在气体扩散层的外圆周上以密封材料或注塑成型材料注塑包封。