【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于电化学系统的双极板。电化学系统具体地可以是燃料电池单体系统、电化学压缩机、电解器、或者氧化还原液流电池。它可以包括大量这样的双极板。还公开了包括多个这样的双极板的电化学系统。
技术介绍
1、上述类型的已知电化学系统通常包括成堆叠的电化学电池单体，这些电化学电池单体通过双极板彼此分隔开。这样的双极板可用于例如与各单独的电化学电池单体(例如燃料电池)的电极建立电接触并且/或者电连接邻接的电池单体(电池单体的串联连接)。通常，双极板由两个相邻的单独的板形成，这些单独的板在本申请的范围内也称为隔板。单个板可以以材料连结的方式结合在一起，例如通过一个或多个焊接接头，特别是通过一个或多个激光焊接接头而结合在一起。
2、双极板或单独的板可以各自具有或形成下文解释的类型的结构，其设为例如用于对布置于相邻的双极板之间的电化学电池单体供应一种或多种介质和/或用于移除反应产物。该介质可以是燃料(例如氢气或甲醇)、反应气体(例如空气或氧气)或温控介质。此外，双极板可设计成传导在电化学电池单体中的电能或化学能转换期间产生的废热，并且将各种介质或温控介质通道彼此密封和/或与外部环境密封。
3、此外，双极板通常包括至少一个相应的贯通开口，通过该贯通开口，介质和/或反应产物可以传导到布置于该堆叠的邻接的双极板之间的电化学电池单体或者从电化学电池单体传导远离。电化学电池单体通常还各自包括一个或多个膜电极组件(meas)。mea可以具有一个或多个气体扩散层，这些扩散层通常定向成朝向双极板，并且形成为例如金属料毡或碳料毡
4、特别地，隔板内以及双极板内的、通过腹板彼此分隔开的通道可提供为用于介质供应和/或介质引导的结构。这些通道可以凸压成沟槽的形式，例如可以对典型的液体或气体介质提供流动路径。
5、通常，每个隔板都具有带有通道的活性区域，通道用于沿双极板的外部引导反应介质和/或反应产物。该活性区域与mea相对。活性区域也可以称为流场或者包括流场。
6、活性区域经由所谓的分配区域以流体传导的方式连接到贯通开口中的一个，并且通过该贯通开口馈送。经由也可称为收集区域的另外的分配区域，反应介质和/或反应产物可以从活性区域馈送到另外的贯通开口以便移除。
7、在由相应的双极板环绕的两个相互面对的隔板的内侧上，流场的和至少一个分配区域的上述的通道-腹板结构形成互补的腹板-通道结构。它们跨越了用于引导在双极板的内部中的温控介质的流动区域。
8、分配区域也通常具有限定的分隔的通道。在下文中，分配区域中的双极板的外部上的通道称为气体流动通道，并且双极板的内部中的通道称为温控介质流动通道。
9、当形成即用式堆叠时，膜电极组件提供在相邻的双极板之间，该膜电极组件在流动区域中将第一双极板中用于反应介质的通路的通道与第二双极板中用于另一种反应介质的通路的通道分隔开，所述第二双极板与第一双极板仅通过膜电极组件分隔开。常缩写为mea的膜电极组件通常延伸超越活性区域并且进入到(一个或多个)分配区域中。
10、在它们活性区域中，mea通常包括实际质子传导膜、施加到其的电极以及催化剂层，在催化剂层上施加了导电层和气体渗透层，即所谓的气体扩散层(gdl)。在其边缘区域中，mea通常包括聚合物基的薄膜材料，该薄膜材料以框架形状封围活性区域，并且在狭窄的重叠区域中与形成活性区域或活性区域的一部分的材料重叠。在电化学系统的堆叠中，mea限定了隔板之间的间距。同时，mea的气体扩散层(gdl)在厚度方面展现相对较大的波动。
11、因此，通常在该堆叠的厚度方向上提供双极板之间的空间，使得在一方面，在活性区域中有足够的空间来容纳mea的相关部段，并且在另一方面，有正好足够的空间用于mea的此部段的被预先限定的压缩。结果，有时分配区域中的空间多于用于它们的功能所绝对需要的空间。因此，活性区域中的厚度大于平均值的mea导致分配区域中的大间隙，而活性区域中的厚度小于平均值的mea则导致分配区域中的很小间隙或没有间隙。
12、在常规的电化学系统中，双极板设计成使得它们的隔板在活性区域和分配区域两者中的部段中都置于彼此的顶部上，并且至少在这些区域中在部段中焊接在一起。然而，在双极板的隔板之间穿行的温控介质的压力波动会导致隔板相对于彼此的运动，并且使双极板的隔板之间的连接部、特别是分配区域中的焊接连接部，暴露于动态压力波动和负载的影响下。这些可能导致焊接接头断裂。如果由于mea的厚度方面的变化而使连接部已经暴露于增加的负载的影响，则这特别地应用。
13、结果，没有限定的温控介质流动可能发生在双极板内部，这导致压力损失，并且因此导致效率损失。此外，如此的隔板也可能在焊接接头的区域中有穿孔，这危及双极板和更高级别的电化学系统的运行能力，并且特别是运行安全性。
14、其它先前已知的解决方案以双极板的两个隔板之间的间隙的形式来维持分配区域中必要的高度公差，但是这意味着可能的是没有控制温控介质或者只能有较差的控制。这意味着特别差的冷却的区域可能在双极板的活性区域中出现，这可能导致mea损坏并且也导致效率损失。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目因此是提供一种双极板，利用该双极板可以补偿电化学系统中的mea的厚度中的波动，同时确保提高的效率和操作可靠性，较佳地同时地实现温控介质在双极板的活性区域上的限定的分配。
2、该目的至少部分地通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求、本说明书和附图中给出有利的进一步实施例。
3、据此提出了一种用于电化学系统的双极板。该双极板包括第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板在垂直于第一隔板和/或第二隔板的板平面的方向上彼此相邻布置。第一隔板和第二隔板各自具有第一贯通开口，用于使反应介质穿行通过隔板的，其中第一贯通开口在垂直于板平面的方向上彼此相邻，用于使反应介质穿行通过隔板；以及第二贯通开口，第二贯通开口在板平面中与第一贯通开口相邻，用于使温控介质穿行通过隔板。此外，第一隔板和第二隔板各自包括活性区域，该活性区域带有用于沿隔板的外部平坦侧引导反应介质的第一结构和用于沿双极板的内侧引导温控介质的第二结构。它们也在竖直方向上彼此相邻布置，或者当正交地投影到板平面上时彼此重叠。
4、此外，第一隔板和第二隔板各自具有至少一个分配或收集区域，其中第一隔板和第二隔板的(一个或多个)分配或收集区域在垂直于板平面的方向上彼此相邻，带有用于在第一贯通开口与活性区之间引导反应介质的第一结构和用于在第二贯通开口与活性区之间引导温控介质的第二结构。分配或收集区域中用于引导的温控介质的结构包括温控介质流动通道，这些温控介质流动通道通过指向另一个隔板的方向上的腹板彼此隔开。
5、此外，第一隔板的至少一个分配或收集区域和/或第二隔板的分配或收集区域具有至少一个补偿区域。在双极板没有组装的状态下，在至少一个补偿区域中的一个、若干个或所有的补偿区域中，那些面对相应相邻的隔板的腹板在垂直本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电化学系统(1)的双极板(2)，包括第一隔板(2a)和第二隔板(2b)，所述第一隔板(2a)和所述第二隔板(2b)在垂直于所述第一隔板和/或所述第二隔板(2a、2b)的板平面(39、39b)的方向上布置成彼此相邻，其中所述第一隔板和所述第二隔板(2a、2b)各自具有，
2.根据前述权利要求所述的双极板，其特征在于，一个所述隔板(2a、2b)的所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)触碰另一个所述隔板(2b、2a)的腹板部段(21k)，其中所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)和与所述接触表面(42)触碰的其它所述隔板(2b、2a)的所述腹板部段(21k)在所述双极板(2)的内部形成流体屏障(31)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(44)中的一个、若干个或所有的弹性接触区域，所述弹性接触区域(44)在所述隔板中的一个隔板的所述板平面的俯视图中具有细长形状(44l)、细长圆钝形状(44o)、圆钝形状(44r)或自由形状(44f)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特
5.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述补偿区域(35)中的一个、若干个或所有的补偿区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面(39a、39b)的俯视图中，所述补偿区域(35)具有补偿区域面积(FA)，并且所述补偿区域(35)的所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)具有接触表面总面积(FBges)，其中在压制状态下FBges≤0.05FA，特别是Fbges≤0.03FA。
6.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(44)中的一个、若干个或所有的弹性接触区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面的俯视图中，所述弹性接触区域(44)具有细长形状(44l)或者圆钝细长形状(44o)，并且在其纵向轴线(Ll、Lo)上以与相应的弹性接触区域(44)中的所述腹板(21a、21b)的纵向轴线(Ls、Lsa、Lsb)成角度α≠0°来延伸，其中有利的是15°≤α≤90°，特别是20°≤α≤60°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的一个、若干个或所有的弹性接触区域和另一个所述隔板(2b、2a)的所述分配或收集区域(20)的腹板在到第一隔板和/或第二隔板(2a、2b)的所述板平面(39a、39b)上的正交投影相对于彼此以角度γ≤30°延伸、优选地γ≤20°、特别是γ≤10°。
8.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(35)中的一个、若干个或所有的弹性接触区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面(39a、39b)的俯视图中，所述弹性接触区域(44)具有细长形状或圆钝细长形状，并且其纵向轴线(L)基本平行于相邻所述隔板中的腹板(21)的纵向轴线(Ls、Lsa、Lsb)延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述腹板宽度(Bs)在所述弹性接触区域(44)的区域中是恒定的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述弹性接触区域(44)的区域中的最大腹板宽度(Bk)比所述弹性接触区域(44)的外部的所述腹板宽度(Bs)大至少30％，优选至少50％，特别是至少100％，特别优选至少200％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述弹性接触区域(44)具有弹簧表面(46)，所述弹簧表面至少在一些部段中围绕所述接触表面(42)延伸，并且具有比相同所述隔板中的相邻所述腹板(sf)的侧翼的平均节距更小的节距(sk)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述弹性接触区域(44)具有弹簧表面(46)，所述弹簧表面至少在一些部段中围绕所述接触表面(42)延伸，并且具有相对于所述接触表面为β≤30°的节距(sb)，优选地β≤20°，特别是β≤15°。
13.根据前两个权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述弹簧表面(46)完全圈住所述接触表面(42)。
14.根据...
【技术特征摘要】
1.一种用于电化学系统(1)的双极板(2)，包括第一隔板(2a)和第二隔板(2b)，所述第一隔板(2a)和所述第二隔板(2b)在垂直于所述第一隔板和/或所述第二隔板(2a、2b)的板平面(39、39b)的方向上布置成彼此相邻，其中所述第一隔板和所述第二隔板(2a、2b)各自具有，
2.根据前述权利要求所述的双极板，其特征在于，一个所述隔板(2a、2b)的所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)触碰另一个所述隔板(2b、2a)的腹板部段(21k)，其中所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)和与所述接触表面(42)触碰的其它所述隔板(2b、2a)的所述腹板部段(21k)在所述双极板(2)的内部形成流体屏障(31)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(44)中的一个、若干个或所有的弹性接触区域，所述弹性接触区域(44)在所述隔板中的一个隔板的所述板平面的俯视图中具有细长形状(44l)、细长圆钝形状(44o)、圆钝形状(44r)或自由形状(44f)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述补偿区域(35)中的一个、若干个或所有的补偿区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面(39a、39b)的俯视图中，所述补偿区域(35)具有补偿区域面积(fa)，并且所述补偿区域(35)的所述弹性接触区域(44)具有弹性接触区域总面积(fkges)，其中fkges≤0.2fa，特别是fkges≤0.1fa。
5.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述补偿区域(35)中的一个、若干个或所有的补偿区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面(39a、39b)的俯视图中，所述补偿区域(35)具有补偿区域面积(fa)，并且所述补偿区域(35)的所述弹性接触区域(44)的所述接触表面(42)具有接触表面总面积(fbges)，其中在压制状态下fbges≤0.05fa，特别是fbges≤0.03fa。
6.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(44)中的一个、若干个或所有的弹性接触区域，在所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的所述板平面的俯视图中，所述弹性接触区域(44)具有细长形状(44l)或者圆钝细长形状(44o)，并且在其纵向轴线(ll、lo)上以与相应的弹性接触区域(44)中的所述腹板(21a、21b)的纵向轴线(ls、lsa、lsb)成角度α≠0°来延伸，其中有利的是15°≤α≤90°，特别是20°≤α≤60°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，所述隔板(2a、2b)中的一个隔板的一个、若干个或所有的弹性接触区域和另一个所述隔板(2b、2a)的所述分配或收集区域(20)的腹板在到第一隔板和/或第二隔板(2a、2b)的所述板平面(39a、39b)上的正交投影相对于彼此以角度γ≤30°延伸、优选地γ≤20°、特别是γ≤10°。
8.根据前述权利要求中任一项所述的双极板，其特征在于，对于所述弹性接触区域(35...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·昆茨，T·斯托尔，B·格伦瓦尔德，
申请(专利权)人：莱茵兹密封垫有限公司，
类型：发明
国别省市：
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