[發明專利]具有不對稱的密封部分的雙極板以及具有這種雙極板的燃料電池堆

有效

• 申請號: 201780010635.1
• 申請日: 2017-02-01
• 公開（公告）號: CN108701842B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: A.吉拉尼
• 申請（專利權）人: 大眾汽車有限公司;奧迪股份公司
• 主分類號: H01M8/0247
• 分類號: H01M8/0247;H01M8/0258;H01M8/0273;H01M8/0297
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 胡莉莉;劉春元<國際申請>=PCT/EP

本發明涉及一種用于燃料電池堆（10）的雙極板（15），所述雙極板（15）包括在所述雙極板的第一側面（151）上的第一密封部分（157）以及在所述雙極板的第二側面上的第二密封部分（158）。這些密封部分被構造為在燃料電池堆（10）中與彈性密封元件（16）密封地共同作用。規定：所述雙極板（15）的第一和第二密封部分不對稱地來構造，其方式是在所述第一密封部分（157）中構造有至少一個密封突出部（1571），而且所述第二密封部分（158）在沒有密封突出部的情況下和/或基本上平地來構造。如果在燃料電池堆（10）中這樣的雙極板（15）與平地構造的密封元件（16）交替地共同作用，那么可以實現在所需的壓緊力小的情況下堆的良好的密封。

技術領域

本發明涉及用于燃料電池堆的雙極板以及具有這種雙極板的燃料電池堆。

背景技術

燃料電池利用了將燃料與氧氣化學轉化成水來產生電能。為此，燃料電池包含所謂的膜電極裝置（MEA，針對membrane electrode assembly）作為核心組件，所述膜電極裝置是由傳導離子的（大多是傳導氫離子的）膜和分別布置在該膜兩側的催化電極（陽極和陰極）構成的結構。后者大多包括被支承的貴金屬、尤其是鉑。此外，在膜電極裝置兩側的氣體擴散層（GDL）可以布置在電極的背離該膜的側面上。燃料電池通常通過多個布置成堆（stack）的MEA形成，所述MEA的電功率相加。在各個膜電極裝置之間通常布置有雙極板（也稱作流場板或隔膜板），所述雙極板保證了給單個電池供應工作介質、即反應物，而且通常也用于冷卻。此外，雙極板還引起與膜電極裝置的導電接觸。

在燃料電池運行時，燃料（陽極工作介質）、尤其是氫氣H₂或者含氫的氣體混合物通過雙極板的在陽極側打開的流場被輸送給陽極，在所述陽極，在釋放電子的情況下從H₂電化學氧化成氫離子H⁺（H₂ → 2 H⁺ + 2 e^–）。 通過電解質或者使反應室氣密地彼此隔離并且電絕緣的膜，（水結地或者無水地）將氫離子從陽極區運輸到陰極區。在陽極上提供的電子通過電線被引向陰極。氧氣或含氧的氣體混合物（例如空氣）作為陰極工作介質通過雙極板的在陰極側打開的流場被輸送給陰極，使得在吸收電子的情況下從O₂還原成O^2-（? O₂+ 2 e^– → O^2-）。 同時，氧離子在陰極區中在形成水的情況下與被運輸經過所述膜的氫離子發生反應（O^2- + 2 H⁺ → H₂O）。

燃料電池技術的挑戰是對燃料電池堆的液密的密封。這里，常常使用密封元件，所述密封元件與雙極板交替地堆疊而且在堆的相對應的壓緊的情況下彈性地變形。密封元件可以被用作單獨的構件或者模制到雙極板或膜電極裝置上。在該上下文中尤其是公知將這種密封元件框架形地環繞著地模制到膜電極裝置上。在此，密封元件通常配備有密封凸緣，所述密封凸緣與雙極板的相對應的密封部分密封地共同作用（例如參見圖4）。為了該目的，雙極板的密封部分構造得具有凹陷部，密封凸緣嚙合在所述凹陷部中。然而，雙極板的對于這些凹陷部來說所需的薄的壁厚度導致該雙極板的不穩定并且導致斷裂的危險。這尤其是在由碳材料組成的雙極板中是這種情況。由于在該設計下所需的高的壓緊力，還可能發生密封元件的閉塞。最后，如果在制造燃料電池堆時發生雙極板與密封元件之間或者兩個相鄰的雙極板之間的橫向錯開，則存在密封圈的損壞以及材料應力大的問題。

US 2011/0159398 A1公開了具有密封突出部的雙極板，所述密封突出部在燃料電池之內布置在膜電極裝置的密封元件的區域內。密封突出部在密封圈兩側并且彼此錯開地來布置。

JP 2006114227 A同樣公開了具有密封突出部的雙極板，所述密封突出部布置在膜電極裝置的密封元件的區域內。密封突出部布置在密封圈兩側并且可以彼此錯開地或者也可以彼此沒有錯開地來布置。

發明內容