用于燃料电池的双极板以及燃料电池制造技术

本发明专利技术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)。此外本发明专利技术涉及一种燃料电池。料电池。料电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的双极板以及燃料电池


[0001]本专利技术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。本专利技术此外涉及一种燃料电池。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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)。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。

技术实现思路

[0008]本专利技术的任务在于，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。本专利技术的任务此外是，提供一种改进的燃料电池。
[0009]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。本专利技术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。
[0010]根据本专利技术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。
[0011]原则上存在这样的可行性，即双极板由亲水的材料形成。然而对本专利技术而言也可
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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]当燃料电池允许装备有根据本专利技术的双极板时，产物水从邻接双极板的功能层、即膜片电极组件或者气体扩散层中快速地运走，从而为燃料电池提供改进的水管理且提高燃料电池的效率，因为针对利用反应物气体的体积流将水从流动通道中的排出不必背离运行条件的最佳状态。
[0015]改进水管理也引起，双极板在其分配给气体扩散层的桥接部的区域中具有比气体扩散层更大的亲水性，因为如此有针对性地可将水从气体扩散层中导引到桥接部中，以便随后充分利用根据本专利技术的双极板的改进的水管理。
附图说明
[0016]本专利技术的另外的优点、特征和细节从权利要求、优选的实施形式的随后的描述中以及借助于附图得出。在此：图1显示了穿过燃料电池的横截面的示意示图，图2显示了先前已知的燃料电池的相应于图1的示图，图3显示了亲水性从桥接部到流动通道的增加的示意示图，且图4显示了带有与桥接部相关联的逐渐变细的微型通道的相应于图3的示图。
具体实施方式
[0017]在图1中作为燃料电池堆的一部分显示了燃料电池，其中应指出，燃料电池堆由多个在堆叠方向中彼此堆叠的燃料电池形成。
[0018]燃料电池1包括阳极和阴极以及将阳极与阴极分离的可导质子的膜片2，其整合在膜片电极组件3中。膜片2由聚合体、优选地由磺化的四氟乙烯聚合物(PTFE)或全氟磺酸(PFSA)的聚合物形成。备选地膜片2可形成为碳氢化合物膜片。
[0019]在阳极中和/或在阴极中附加地可混合有催化剂，其中膜片2优选地在其第一侧上和/或在其第二侧上利用由贵金属或由包括贵金属如铂、钯、钌等组成的混合物的催化剂层来涂层，所述催化剂层在分别的燃料电池的反应中用作反应促进剂。
[0020]给燃料电池1的阳极空间供应含氢的燃料。在聚合物电解质膜片燃料电池(PEM燃料电池)中在阳极处氢分解成质子和电子。膜片2可使质子穿过，但是对电子而言是不可透过的。在质子穿过膜片2穿到阴极期间，电子经由外部的电路导引到阴极处或到储能器处。
[0021]给燃料电池1的阴极空间供应氧或含氧的空气，使得在阴极侧发生如下反应：O2+4H
+
+4e-→
H2O。
[0022]在燃料电池1中发生的电化学的反应导致产生产物水。
[0023]燃料电池1在膜片电极组件3的两侧一方面具备气体扩散层4且另一方面具备双极
板5，在所述双极板中一方面构造有用于反应物的流动通道6且另一方面构造有用于冷却剂的管路7。双极板5因此被使用，以便将氢和氧导引到膜片电极组件3且借助于气体扩散层4均匀地分布。
[0024]为了阐述作为本专利技术的基础的问题在图2中示意性地显示了从现有技术中已知的燃料电池1，在该燃料电池中表征为点的液态水9积聚在双极板5的桥接部8之下，从而阻碍在气体扩散层4中的气体运输。
[0025]图1显示了燃料电池1，在该燃料电池中使用了根据本专利技术的双极板5，在所述双极板中存在以梯度的形式构造的亲水结构，所述亲水结构与桥接部8相关联。图3在此显示了亲水性从桥接部8到通道6的增加，从而得到作用到液态水9上的力，该力将液态水9导引到流动通道6的底部。
[0026]梯度的制造在此可在金属双极板5中在将相应的氧化物射入到板坯件的情况中进行。在石墨双极板5的情况中，在相应的氧化物在成型的双极板5上的化学沉积情况中可使用不同的润湿时间(或喷洒时间，Benetzungszeiten)。
[0027]图4显示，即使在恒定的亲水性的情况中从桥接部8中指向到流动通道6中的力也可被提供，即通过逐渐变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃料电池(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)，且带有与所述板体相关联的、以梯度的形式构造的亲水结构，其特征在于，亲水结构的梯度以带有至所述流动通道(6)的底部增加的亲水性的方式与所述桥接部(8)相关联，且在所述桥接部(8)至所述流动通道(6)的边界面中构造有通入到所述流动通道(6)中的、产生毛细力的微型通道(10)。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板由亲水的材料形成。3.根据权利要求1或2所述的双极板，其特征在于，所述亲水的结构形成为所述桥接部(8)的涂层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的双极板，其特征在于，所述微型通道(10)的通入部的面密度从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：