[發(fā)明專利]用于電化學(xué)系統(tǒng)的分離器板

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880035319.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN110710036B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·斯托爾;C·昆茨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萊茵茲密封墊有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0206
• 分類號(hào): H01M8/0206;H01M8/0258;H01M8/0267;H01M8/2483
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)系統(tǒng)(1)、具體是用于電化學(xué)系統(tǒng)(1)的雙極板(2)的分離器板(2a、2b)。分離器板(2a、2b)包括：第一通道(11c)，用于引導(dǎo)冷卻劑通過分離器板(2a、2b)；活性區(qū)域(8)，具有用于沿分離器板(2a、2b)的第一平坦表面引導(dǎo)反應(yīng)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和用于沿分離器板(2a、2b)的第二平坦表面上的活性區(qū)域(8)的后表面引導(dǎo)冷卻劑的結(jié)構(gòu)；與分離器板(2a、2b)形成為一體的珠緣(7)，用于至少密封活性區(qū)域(8)；以及與分離器板(2a、2b)形成為一體的阻隔元件(18、18'、18)，這些元件設(shè)計(jì)成使得它們減少或防止反應(yīng)介質(zhì)沿珠緣(7)在分離器板(2a、2b)的第一平坦表面上流動(dòng)并越過活性區(qū)域(8)。分離器板(2a、2b)的特征在于，珠緣(7)將第一通道(11c)和活性區(qū)域(8)完全封圍在一起，并且至少一個(gè)阻隔元件(18、18'、18)至少部分地凹陷，特別是為了減少或防止冷卻劑在所述阻擋元件的區(qū)域中在分離器板(2a、2b)的第二平坦表面上流動(dòng)。本發(fā)明還涉及包括分離器板的雙極板，并且涉及具有多個(gè)指定類型的雙極板的電化學(xué)系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)系統(tǒng)的分離器板、包含該分離器板的雙極板、以及具有多個(gè)雙極板的電化學(xué)系統(tǒng)。電化學(xué)系統(tǒng)可例如是燃料電池系統(tǒng)、電化學(xué)壓縮機(jī)、氧化還原液流電池或電解槽。

背景技術(shù)

已知的電化學(xué)系統(tǒng)通常包括電化學(xué)電池的堆疊，電化學(xué)電池各自借助雙極板彼此隔開。這樣的雙極板可例如用于單獨(dú)的電化學(xué)電池(例如燃料電池)的電極的電氣接觸和/或用于相鄰電池(電池的串聯(lián)連接)的電氣連接。通常，雙極板由兩個(gè)結(jié)合在一起的獨(dú)立分離器板形成。雙極板的分離器板可以例如借助一個(gè)或多個(gè)焊接連接部、特別是借助一個(gè)或多個(gè)激光焊接連接部連結(jié)在一起。

雙極板或分離器板可各自包括或形成構(gòu)造成例如用于將一種或多種介質(zhì)供應(yīng)給布置在相鄰雙極板之間的電化學(xué)電池和/或用于移除反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。介質(zhì)可以是燃料(例如氫或甲醇)或反應(yīng)氣體(例如空氣或氧氣)。此外，雙極板或分離器板可以用于引導(dǎo)冷卻劑通過雙極板，特別是通過由雙極板的分離器板包圍的腔室。通常，燃料或反應(yīng)氣體在分離器板的第一側(cè)上引導(dǎo)，由于第一側(cè)的結(jié)構(gòu)，其也常常被稱為第一平坦側(cè)，而冷卻劑在分離器板的第二平坦側(cè)上引導(dǎo)。然后在兩塊分離器板的第二平坦側(cè)之間形成腔室。此外，雙極板可以構(gòu)造成用于轉(zhuǎn)移電化學(xué)電池中的電能或化學(xué)能轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的廢熱，以及用于使各種介質(zhì)通道或冷卻通道關(guān)于彼此和/或外部密封。

可以在活性區(qū)域和珠緣之間設(shè)置阻隔元件，這些阻隔元件將活性區(qū)域界限到外部，并且所述阻隔元件布置和成形為使得它們減少或防止反應(yīng)介質(zhì)流過活性區(qū)域。例如，可以借助在分離器板中設(shè)置突出部來(lái)形成這種阻隔元件，所述突出部在反應(yīng)介質(zhì)的側(cè)部上抬高到與其鄰接的分離器板的區(qū)域之上。

此外，雙極板通常各自包括至少一個(gè)或多個(gè)貫通開口。介質(zhì)和/或反應(yīng)產(chǎn)物可被引導(dǎo)通過貫通開口到達(dá)布置在堆疊件的相鄰雙極板之間的電化學(xué)電池或進(jìn)入由雙極板的分離器板形成的腔室中，或者從電池或腔室中引導(dǎo)出來(lái)。電化學(xué)電池通常另外各自包括一個(gè)或多個(gè)膜電極組件(MEA)。MEA可包括一個(gè)或多個(gè)氣體擴(kuò)散層，該一個(gè)或多個(gè)氣體擴(kuò)散層通常朝向雙極板取向，并且例如形成為金屬非織物或碳非織物。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在個(gè)別情況下例如冷卻劑在分離器板的背離電化學(xué)活性側(cè)的側(cè)部上在一些程度上在不期望的路徑上引導(dǎo)是有問題的，例如在由雙極板的兩塊分離器板封圍的腔室中。因此，例如可能發(fā)生的是主要用作冷卻分離器板或雙極板的電化學(xué)活性區(qū)域的冷卻劑至少部分地引導(dǎo)經(jīng)過活性區(qū)域或甚至經(jīng)過分配區(qū)域的若干部分，并且因此沒有或者未在足夠的程度上有助于活性區(qū)域的冷卻。具體地，給定壓入的分離器板，借助在第一平坦側(cè)的方向上結(jié)合的壓入部來(lái)形成上述阻隔元件。然而，這些導(dǎo)致在相應(yīng)分離器板的第二平坦側(cè)上的腔室，并且可以形成冷卻劑的附加流動(dòng)路徑。借助于此，增加了冷卻劑在不期望的路徑上流過(旁路)活性區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。

作為這種不期望的冷卻劑旁路的結(jié)果，可能發(fā)生在電化學(xué)電池的區(qū)域中的不期望的溫度峰值和/或引導(dǎo)的冷卻劑上不期望的的壓力損失。另外，需要增大的泵送動(dòng)力以輸送被引導(dǎo)經(jīng)過活性區(qū)域的冷卻劑。所有這些不良影響可能會(huì)負(fù)面地影響電化學(xué)系統(tǒng)的效率。