[发明专利]具有在活性区域中存在的通道划分部的双极板和燃料电池堆

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板(2)，该双极板在其第一板侧处形成有第一反应物流场(3)，该双极板在其与第一板侧相对而置的第二板侧处形成有第二反应物流场(3)，其中，流场(3)在活性区域(10)中分别包括用于参与燃料电池反应的两种反应物中的一种的由桥接部(7)限制的多个流动通道(9)，其中，活性区域(10)分别在入口侧经由在活性区域(10)外伸延的分配区域(11)与用于两种反应物中的一种的从第一板侧延伸到第二板侧的入口侧介质端口(4,5)在流动技术上连接，并且其中，活性区域(10)分别在出口侧经由在活性区域(10)外伸延的收集区域(16)与从第一板侧延伸到第二板侧的出口侧介质端口(4,5)在流动技术上连接。流场(3,54)中的至少一个在其活性区域(10)中在入口侧形成有桥接部(7)，该桥接部具有用于燃料电池的相邻层的贴靠面(12)，该贴靠面大于出口侧桥接部(7)的贴靠面(13)，其由流动通道(9)中的至少一些的存在于活性区域(10)中的通道划分部(14)而产生。本发明还涉及一种燃料电池堆(1)。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板，该双极板在其第一板侧处形成有第一反应物流场，并且在其与第一板侧相对而置的第二板侧处形成有第二反应物流场。流场在活性区域中分别包括用于参与燃料电池反应的两种反应物中的一种的由桥接部限制的多个流动通道，其中，活性区域分别在入口侧经由在活性区域外伸延的分配区域与用于两种反应物中的一种的从第一板侧延伸到第二板侧的入口侧介质端口在流动技术上连接。活性区域分别在出口侧经由在活性区域外伸延的收集区域与从第一板侧延伸到第二板侧的出口侧介质端口在流动技术上连接。本发明此外涉及一种具有这种双极板的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池装置用于将燃料与氧气化学转化成水，以便产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极单元(MEA,英文：membrane electrode assembly)作为核心部件，该膜电极单元是由质子传导膜和相应一个在两侧布置在膜处的电极(阳极和阴极)构成的复合物。此外，气体扩散层(GDL)可以在膜电极单元的两侧布置在电极的背离膜的一侧处。在具有联合成燃料电池堆的多个燃料电池的燃料电池装置的运行中，燃料、尤其是氢气H₂或含氢的混合气体被供应给阳极，在那里在释放电子的情况下进行H₂到H⁺的电化学氧化。经由以气密方式将反应室彼此分开并电绝缘的电解质或膜，进行质子H⁺从阳极室到阴极室中的输送。在阳极处提供的电子经由电气线路被传输到阴极。氧气或含氧混合气体被供应给阴极，从而在接收电子的情况下进行O₂到O^2-的还原。同时，这些氧阴离子在阴极室中与经由膜运输的质子在形成水的情况下发生反应。

反应物气体借助于双极板被供应给燃料电池的电极。除了反应物气体之外，由于燃料电池反应过程中产生的热，冷却介质也穿引通过双极板，从而在最小的空间中将三种不同的介质引导通过双极板。

在向燃料电池供给以反应物时，这些反应物经由主通道(端口)导引到双极板中，所述双极板应促使反应物分配到活性区域中，以便借助于流场尽可能均匀地供给电极的整个面。由于在燃料电池堆中堆叠有多个具有膜电极单元的双极板，因此使用纵向通过燃料电池堆密封主通道的密封件。附加地，必须对在冷却剂通道中流动的冷却介质进行良好的密封。

在活性区域的入口侧、尤其是在燃料电池的阴极侧上，存在相对干燥的反应物流，该反应物流可能导致燃料电池的邻近于双极板布置的膜的入口侧区域的干燥。为了补偿干燥空气在入口处的影响，因此在系统中使用加湿器，该加湿器增加阴极入口处的空气的湿度。这些加湿器需要很大的体积，可能降低燃料电池系统的功率密度，并且增加总成本。该反应物流越远地穿过阴极侧反应物流场的流动通道，该反应物流就越强地被加湿，因为燃料电池反应导致产生产物水。