[發明專利]膜電極裝置、燃料電池堆以及具有這種燃料電池堆的車輛

在審

• 申請號: 201880071616.4
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN111279534A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: A.吉拉尼;S.庫馬;S.福伊格特
• 申請（專利權）人: 奧迪股份公司;大眾汽車有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/1018;H01M4/86
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫云漢;劉春元

一種膜電極裝置（14），其包括膜結構（140），該膜結構具有陽極層、陰極層以及膜層，其中該膜層位于陽極層與陰極層之間。該膜電極裝置（14）還包括布置在該陽極側上的陽極側氣體擴散層（1410）。該膜電極裝置還包括布置在該陰極側上的陰極側氣體擴散層（1420）。此外，陽極側氣體擴散層（1410）和陰極側氣體擴散層（1420）中的至少一個氣體擴散層在背離該膜結構的一側具有結構化（1411、1421）。按照本發明，該結構化包括多個柱狀物（1412、1422），用于構造側向敞開的流場，其中這些柱狀物（1412、1422）具有用于安放雙極板的接觸面（1413、1423）。

技術領域

本發明涉及一種膜電極裝置、一種具有這樣的膜電極裝置的燃料電池堆。本發明還涉及一種車輛，該車輛包括這種燃料電池堆。

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）作為核心部件，所述膜電極單元是由傳導離子的（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），這些雙極板保證了給單電池供應工作介質、即反應物，而且通常也用于冷卻。這些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敞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敞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）。

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個堆疊方向穿過所述堆，并且工作介質從所述主供應通道經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。

燃料電池堆受到壓縮壓力，其中通常使用硬件彈簧，所述硬件彈簧使重量顯著增加。

發明內容

現在，本發明所基于的任務在于：提出一種膜電極裝置和一種具有這種膜電極裝置的燃料電池堆，該膜電極裝置和該燃料電池堆改善了燃料電池堆的壓縮特性和結構上的構造。

該任務通過具有獨立權利要求的特征的一種膜電極裝置、一種具有這種膜電極裝置的燃料電池堆以及一種具有這種燃料電池堆的車輛來解決。