[发明专利]用于燃料电池的双极板以及燃料电池

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池(1)的双极板，其带有在板体中在桥接部(8)之间构造的用于反应物的流动通道(6)以及带有用于冷却剂的管路(7)，且带有与板体相关联的、以梯度的形式构造的亲水结构。亲水结构的梯度以带有至流动通道(6)的底部增加的亲水性的方式与桥接部(8)相关联，其中在桥接部(8)至流动通道(6)的边界面中构造有通入到流动通道(6)中的、产生毛细力的微型通道(10)。此外本发明涉及一种燃料电池。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板，其带有在板体中在桥接部之间构造的用于反应物的流动通道以及带有用于冷却剂的管路，且带有与板体相关联的、以梯度的形式构造的亲水结构。本发明此外涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池被使用，以便利用在燃料、通常氢和含氧的气体、通常空气之间的电化学反应提供电能。燃料电池具备膜片电极组件，在该膜片电极组件中在膜片的一侧上构造有阳极且在另一侧上构造有阴极。给阳极供应氢气，而阴极被供以空气。为了有序地将反应物供应到电极使用双极板，所述双极板除了用于反应物的流动通道之外还具有用于冷却剂的管路。

应注意，在电化学反应中生成产物水，当在燃料电池中存在的功能层、即膜片电极组件以及在双极板和膜片电极之间布置的气体扩散层被淹没时，该产物水可导致燃料电池的功率损失。由此在流动通道中的流动横截面被减少且也影响气体扩散层用于均匀地分布反应物的能力。

为了消除该淹没功能层的水，惯用的是，通过匹配运行条件为淹没的功能层清除水，即通过例如将气体的体积流设置得大，这然而导致燃料电池的降低的效率或在匹配另外的运行参数如压力或温度的情况中导致劣化现象(Degradationserscheinungen)。

在DE 11 2006 000 613 B4中提出，使用于燃料电池的双极板亲水，因为亲水的板引起，水在通道中形成薄膜，该膜不太倾向于沿着通道的分组(或序列，即Gruppierung)改变流动分布。通过外部的金属氧化物涂层生成亲水的特性。

从US 2005/0221139 A1中已知根据独立权利要求的前序部分的双极板，在其中双极板具有亲水结构的梯度，其中该结构垂直于双极板的平面的表面取向。

在DE 10 2008 034 546 A1中针对超级亲水的表面指出，滴到表面上的水滴由于毛细力被吸入到给定的微型通道中且沿着该微型通道被运输。

发明内容

本发明的任务在于，如此构造一种开头提到的类型的双极板，使得改进防止功能层的淹没。本发明的任务此外是，提供一种改进的燃料电池。

该任务通过带有权利要求1的特征的双极板和通过带有权利要求7的特征的燃料电池解决。本发明的带有适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的双极板通过以下方式出众，即存在改进的水管理，因为有针对性地通过不同的物理学效应提供这样的力，即所述力负责，将水从双极板的边缘朝流动通道的底部运动，其中尤其已知的是，尤其当微型通道在相关联的流动通道的方向中逐渐变细时，毛细力可引起水指向地运输到流动通道中。

原则上存在这样的可行性，即双极板由亲水的材料形成。然而对本发明而言也可适用的是，双极板由疏水的材料形成，即通过亲水的结构形成为桥接部的涂层。作为示例继而可参考带有金属氧化物的微粒的合适的布置的金属氧化物层。

此外适宜的是，微型通道的通入部的面密度从流动通道的边缘到底部增大，因为如此再次促进水从双极板的边缘区域运输到流动通道的底部。在制造方面已经证实为适宜的且优选的是，微型通道垂直于边界面定向。

此外有益的是，流动通道的底部比在其相邻的区域中的桥接部是更强地亲水的，以便又有利于将液态水从桥接部运输到流动通道中。