[發(fā)明專利]用于燃料電池堆的電接觸裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710905714.0
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107887630B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設計）人: I.斯圖爾特;B.H.莫斯
• 申請（專利權）人: 大眾汽車有限公司;奧迪股份公司
• 主分類號: H01M8/249
• 分類號: H01M8/249;H01M8/2465;H01M8/247;H01M8/0258;H01M8/0267
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;劉春元

技術領域

本發(fā)明涉及用于燃料電池堆的電接觸裝置以及具有這種電接觸裝置的燃料電池堆。

背景技術

燃料電池利用了將燃料與氧氣以化學方式轉化成水來產生電能。為此，燃料電池具有膜電極裝置（MEA，膜電極組（membrane electrode assembly））作為核心部件，所述膜電極裝置具有膜電極單元。后者由氫離子傳導膜形成，在所述氫離子傳導膜兩側布置有催化電極。在此，膜使被分配給陽極的陽極區(qū)和被分配給陰極的陰極區(qū)彼此氣密地隔離并且使它們電絕緣。此外，在所述電極的沒有朝向所述膜的側面上可以布置氣體擴散層。

在燃料電池運行時，含氫的燃料被輸送給陽極，在所述陽極上，在釋放電子的情況下從H₂電化學氧化成H⁺。通過電解膜，將氫離子H⁺從陽極區(qū)以有水的方式或者以無水的方式運輸?shù)疥帢O區(qū)。在陽極上提供的電子通過電線被引向陰極。含氧的工作介質被輸送給陰極，使得在那里在吸收電子的情況下從O₂還原成O₂^-。所述氧離子在陰極區(qū)中在形成水的情況下與被運輸經(jīng)過所述膜的氫離子發(fā)生反應。將化學能直接轉化成電能不受卡諾系數(shù)限制，并且因而相對于其它熱機具有經(jīng)改善的效率。

燃料電池堆通常通過大量布置在堆（stack）中的MEA形成，所述MEA的電功率相加。通常，在所述膜電極裝置之間布置有雙極板，所述雙極板確保了給各個MEA供應反應物和冷卻液，以及作為與所述膜電極裝置的導電接觸來起作用。

通過主供應通道給燃料電池堆供應它的工作介質，即陽極氣體燃料（例如氫氣）、陰極氣體燃料（例如空氣）和冷卻劑，所述主供應通道沿堆的整體的堆疊方向穿過所述堆，并且工作介質由所述主供應通道經(jīng)過雙極板被輸送給單電池。對于每種工作介質來說，存在至少兩個這種主供應通道，即一個用于輸送相應的工作介質的主供應通道和一個用于排出工作介質的主供應通道。因此，每個膜電極裝置和每個雙極板都具有工作介質通孔，用于構造主供應通道。

尤其是，所述工作介質通孔是用于輸送陽極氣體的陽極進氣孔和用于排出陽極氣體的陽極排氣孔，是用于輸送陰極氣體的陰極進氣孔和用于排出陰極氣體的陰極排氣孔而且是用于輸送冷卻劑的冷卻劑入口和用于排出冷卻劑的冷卻劑出口。在燃料電池堆中，這些工作介質通孔全等地彼此對齊，并且形成所述工作介質的經(jīng)過整個堆走向的主供應通道。

在燃料電池堆的兩端布置有端板或者單極板，以便將所述燃料電池堆封住并且將堆部件壓緊。擠壓力有助于堆的密封并且確保了在所述堆部件之間的適當?shù)碾娊佑|。所述單極板中的至少一個同樣具有工作介質通孔。

在圖1中示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的燃料電池堆。燃料電池堆10具有大量燃料電池14、兩個端面板16和拉緊元件18。每個單電池14都具有MEA 20，所述MEA 20具有氫離子傳導膜22（聚合物電解質膜）和布置在所述氫離子傳導膜22兩側的電極（陽極和陰極；未示出）。所述電極分別布置在膜22與氣體擴散層24之間，而且涂到所述膜22兩側上或者與氣體擴散層24連接成所謂的氣體擴散電極。

每個膜電極單元20都布置在雙極板26之間，而且由所述雙極板26經(jīng)過氣體擴散層24來供應工作介質。為此，所述雙極板26具有連接到工作介質通孔上的流場（Flussfeld）。此外，兩個彼此相鄰的膜電極單元20通過在它們之間的雙極板26導電連接并且串聯(lián)。每個端面板26（也被稱作單極板）被構造在一側用于給靠在該側上的MEA 20供應工作介質。

通過電接觸裝置（也稱作總線板）來實現(xiàn)燃料電池堆10的電流消耗或使堆10與電負載連接。所述電接觸裝置通常布置在燃料電池堆10的對置的端部上。所述接觸裝置可以布置在邊緣的燃料電池14與分別相鄰的端面板16之間。可替換地，總線板與端面板16組合并且例如構造為涂在所述端面板16上的導電層。