[发明专利]电极材料和用于燃料电池中的工作介质分配的电极

说明书

用于燃料电池(50)的电极材料(1)，包括由具有用于所述燃料电池(50)的至少一个工作介质的敞开的和能穿透的孔隙度的导电泡沫组成的板状体(11)，其中，所述板状体(11)具有上侧(12)和下侧(13)，其中，所述材料的分别在所述上侧(12)的表面上的点(12a、12a')和与该点(12a、12a')相对置的、在所述下侧(13)的表面上的点(13a、13a')之间测量的厚度(14)在所述上侧(12)的表面上的所有点(12a、12a')的范围中以至少10％变化。用于燃料电池(50)的电极(2)，包括由具有用于所述燃料电池(50)的至少一个工作介质的敞开的和能穿透的孔隙度的导电泡沫组成的板状体(21)，其中，所述板状体(21)具有上侧(22)和下侧(23)，其中，所述上侧(22)和/或所述下侧(23)具有区域(22a、23a)，在所述区域中所述板状体(11)的孔隙度以至少10％减小。具有电极(2)的燃料电池(50)。用于制造的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于分配燃料电池的至少一个工作介质的电极以及一种电极材料、一种用于制造电极的方法和一种具有电极的燃料电池。

背景技术

在燃料电池中，存在于阳极室中的燃料以通过电解质介入的方式与存在于阴极室中的氧化剂反应。在此，电解质仅是能传导离子的，并且不存在能驱动通过外部用电器的电流的自由电子。

为了实现电流产生的优化能量密度，重要的是，燃料和氧化剂分别均匀地分配到电解质的整个面积上。对于粗略的分配，在分别背离电解质的一侧上邻接阳极室或阴极室的双极板或端板中引入分配结构。多孔的气体扩散层作为电极结构邻接于所述分配结构。DE 10 2016 213 057 A1公开了一种用于燃料电池的示例，在该燃料电池中双极板包含复杂的分配结构。

发明内容

在本发明的框架下，已经研发出用于燃料电池的电极材料。该电极材料包括由导电泡沫制成的板状体，该板状体具有用于燃料电池的至少一个工作介质的敞开的和能穿过的孔隙度。板状体具有上侧和下侧。材料的分别在上侧的表面上的点和与该点相对置的在下侧的表面上的点之间测量的厚度在上侧的表面上的所有点的范围中以至少10％改变。

已知的是，用于工作介质的大空间的分配结构能够通过调整泡沫的孔隙度引入到电极材料中。这意味着，制成的电极由导电泡沫连续地组成，而该泡沫的孔隙度在局部是不同的。具有减小的孔隙度的区域尤其可以与端板或双极板共同作用，以便形成用于工作介质的分配结构。在此，分配结构的功能性能够以任意的方式一方面分配到具有减小的孔隙度的区域上并且另一方面分配到端板或双极板上。这样例如可以通过具有减小的孔隙度的区域促进集成到端板或双极板中的分配结构的功能。但具有减小的孔隙度的区域例如也可以与端板或双极板的平坦表面共同作用。

分配结构在具有减小的孔隙度的区域的参与下的形成肯定具有以下优点：使分配变均匀。尤其地，分配结构的所有区域对于工作介质而言可以良好地达到。通过开孔的泡沫的分配能够以小的压力损失实现，并且孔隙度也允许局部不同的压力损失的横向交换(Queraustausch)。尤其地，在平面中沿流动方向通过泡沫结构的延伸尺度可以具有与流经的横截面的周长的在例如0.2比1和5比1之间的比例。

迄今相对昂贵的是，尤其制造具有在确定部位上局部变化的孔隙度的金属泡沫。一次性制造具有几分米的尺寸的宏观块的发泡的标准过程导致任意规则的结构。增材制造方法、如3D打印需要与此相对更多的时间。

已知的是，可以使用具有变化的厚度的电极材料，以便特别简单地制造具有局部变化的孔隙度的电极。当例如将具有局部的凸起部的电极材料压缩或轧制到额定厚度时，那么包含到凸起部中的材料必须到某个地方中。所述材料仅可以转移到泡沫的内部中，其方式是，泡沫在那里局部地受挤压。该局部挤压同时局部地减小孔隙度。

在此，材料的厚度在上侧的表面上的所有点的范围中以最高50％变化。然后还确保，由电极材料制造的电极在具有减小的孔隙度的区域中对于工作介质而言至少还近似是可穿过的。