[發明專利]用于燃料電池的具有經改進的流動分布的雙極板

有效

• 申請號: 201780080509.3
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN110121807B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 簡·霍斯曼;漢娜·奧斯特里徹
• 申請（專利權）人: 舍弗勒技術股份兩合公司
• 主分類號: H01M8/0206
• 分類號: H01M8/0206;H01M8/0232;H01M8/0265;H01M8/0254;H01M8/1018
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 柳春雷

本發明涉及一種用于燃料電池的雙極板(1)，雙極板包括：具有孔圖案(2)的波紋板(1a)，孔圖案由至少一個第一孔排(2a)構成；以及第二板(1b)，第二板密封地布置在波紋板(1a)上，其中，波紋板(1a)由金屬板材構成并且具有由上升波紋和下降波紋(3a、3b)構成的規則的波紋形狀，其中，孔圖案(2)還用于使氣體基本橫向于波紋形狀地通過，其中，至少一個第一孔排(2a)在氣體流動方向上具有在相應的上升波紋(3a)中的相應第一橫截面開口(4a)，第一橫截面開口大于至少一個第一孔排(2a)的在相應的下降波紋(3b)中的相應第二橫截面開口(4b)。本發明還涉及具有至少一個這種雙極板(1)的燃料電池。

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池的雙極板。雙極板是聚合物電解質膜燃料電池的主要部件并且將單個的電池串聯成燃料電池堆。在這種情況下，電池由分別位于陰極側和陽極側上的雙極板、氣體擴散層和催化劑層構成，它們通過膜片電分離。雙極板不僅在陽極側上而且在陰極側上具有氣體分配場，氣體分配場可不同地或相同地成型。氣體分配場的目的是使氣體均勻分配，從而實現在催化劑層中的均勻分布。在催化劑層中在反應氣體參與的情況下進行反應。在這種情況下，在陰極的催化劑層中產生水，水由于低于100℃的溫度也以液態存在。膜片是透水的，從而液態的水不僅會出現在陰極側也會出現在陽極側上。雙極板除了引入氣體之外也用于將產生的水從電池中排出。除此之外，必須確保好的電傳導和熱傳導。

背景技術

DE 10 2007 009 905公開了一種燃料電池，該燃料電池通過膜電極組件的堆疊和在水平的堆疊方向中的雙極板形成。膜電極組件包括一對電極和布置在電極之間的電解質膜。此外，雙極板具有矩形形狀，雙極板的長側在重力方向上延伸并且其短側水平地在正交于堆疊方向的方向上延伸，其中，雙極板具有氣體分配場，從而沿著電極表面在重力方向上引導反應氣體中的一種，其中，氣體分配場在上側位置包括在氣體入口處的分配場且在下側位置包括在氣體出口處的分配場。用于將反應氣體中的一種輸送給氣體分配場的反應氣體輸入通道和用于將反應氣體中的一種從氣體分配場輸出的反應氣體輸出通道在堆疊方向上延伸穿過雙極板。反應氣體輸出通道布置在分配場之下在氣體出口處并且至少分配場在氣體出口處朝反應氣體輸出通道傾斜。因此一方面形成使反應氣體流過的通道，并且另一方面形成使氣體擴散層以及催化劑層電接觸和熱接觸的連接片。通常在連接片之下設有較冷的并且難以流過的區域，該區域在濕式的工作條件下導致在該區域中積水。這通常導致燃料電池的功率變差。

此外，DE 10 2015 207 397 A1公開了一種用于燃料電池的多孔的通道結構。該通道結構包括：具有多個接片部分的通道板，接片部分接觸氣體擴散層，從而在氣體流動方向上形成波紋形的橫截面；多個通道部分，通道部分接觸平板，從而產生不透水性；以及通道開口，反應氣體通過通道開口流動。如此沖壓通道開口，使得通道開口包括至少多個接片部分中的一個接片部分或多個通道部分中的一個通道部分的一個區段。因此，通道板不是如在DE 10 2007 009 905 A1中沿著形成的通道流過，而是垂直于形成的通道流過。這通過以下方式實現，即，存在規則圖案的孔，孔形成在垂直方向上的通道。在此實現了兩個不同的流動路徑。在平滑的板和孔板之間的流動路徑和在孔板和氣體擴散層之間的流動路徑。通過圖案產生在第一圖案排和第二圖案排之間的橫向流動，從而更好地流過形成的接片區域并且可更好地排出水。

發明內容

本發明的目的是，改進用于燃料電池的雙極板，其中，尤其改善雙極板的氣體流通。此外也可提高整個燃料電池的功率密度。

根據本發明的用于燃料電池的雙極板包括：具有孔圖案的波紋板，其由至少一個第一孔排構成；以及第二板，第二板密封地布置在波紋板上，其中，波紋板由金屬板材構成并且具有由上升波紋和下降波紋構成的規則波紋形狀，其中，孔圖案還用于使氣體基本橫向于波紋形狀地通過，其中，至少一個第一孔排在氣體的流動方向上具有在相應的上升波紋中的相應第一橫截面開口，第一橫截面開口大于該至少一個第一孔排的在相應的下降波紋中的相應第二橫截面開口。