[發明專利]用于燃料電池中的工作材料分配的電極

在審

• 申請號: 201911086551.3
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN111162284A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: A·艾費特;C·巴爾迪佐內;H·鮑爾;J·哈肯貝格
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

一種用于燃料電池(1)的電極(2)，所述電極包括由能導電的泡沫制成的板形體(20)，所述板形體具有用于所述燃料電池(1)的至少一種工作材料的開孔的并且連續的孔隙度。所述板形體(20)理想化地限定一個平面(E)。所述板形體(20)在所述平面(E)中具有以下區域：所述區域具有不同的孔隙度。

技術領域

本發明涉及用于燃料電池的至少一種工作材料(Betriebsmittel)分配的電極以及用于制造電極的方法和具有相應電極的燃料電池。

背景技術

在燃料電池中，在陽極室中提供的燃料與在陰極室中提供的氧化劑發生反應。

這樣的燃料電池由現有技術已知，例如由公開文獻DE 10 2009 001 153 A1已知。已知的燃料電池包括兩個氣體擴散層、兩個電極元件和電解質。電解質在各一個電極元件位于其之間的情況下布置在兩個氣體擴散層之間。給燃料電池經由輸送管路輸送氧化劑、通常是環境空氣，并且經由燃料管路輸送氣態燃料，例如氫。在燃料電池中在催化劑參與的情況下發生燃料與氧化劑的電化學反應。電解質為此必須離子導電地實施，優選如此，使得燃料的陽離子通過電解質擴散。通常，將聚合物用作電解質。

為了實現電流產生的最佳的能量密度，重要的是，燃料和氧化劑分別均勻地分配在電解質的整個面上。在現有技術的另外的實施方案中，為了粗略分配到雙極板或端板——其在分別背向電解質的一側上限界陽極室或陰極室——中引入分配結構。在其上連接有多孔的氣體擴散層作為電極結構。文獻DE 10 2016 213 057 A1公開燃料電池的一個示例，其中，雙極板包含復雜的分配結構。

發明內容

本發明的一個目標在于，如此設計多孔的氣體擴散層，使得在通過氣體擴散層限定的平面E中，在電解質上工作材料的提供被優化。

為此，電極包括由能導電的多孔結構、如例如能導電的泡沫制成的板形體，該板形體具有用于燃料電池的至少一種工作材料的開孔的(offen)并且連續的孔隙度。板形體理想化地限定一個平面。板形體在該平面中具有以下區域：所述區域具有不同的孔隙度。

因此，板形體可以同樣地視為氣體擴散層和電極。板形體的孔隙度是隨機的并且表現與其密度相反。然而，密度例如可以通過擠壓來有針對性地提高。工作材料、也即優選氫或空氣在該平面中流動；該流動受不同的孔隙度影響。給電解質供以工作材料在此沿垂直于該平面的方向實現。為了盡可能均勻地給燃料電池的電解質供以反應物或工作材料，恰恰氣體擴散層的或電極的非規則的結構是有利的，如在下文中還將對其進一步詳細說明的那樣。

有利地，板形體具有第一區域和第二區域，所述第一區域具有較高孔隙度，所述第二區域具有較低孔隙度。因此，第二區域的泡沫比第一區域的泡沫更稠密(dicht)。這例如通過以下方式來實現：第二區域相比第一區域垂直于該平面更強地被擠壓。由此，工作材料在該平面中的流動可非常好地被分配或引導。

在有利的實施方案中，在第二區域中的孔隙度通過變形減小。因此，第一區域和第二區域可以首先由具有相同孔隙度的相同泡沫制造并且接著通過變形、例如擠壓來不同地調節這兩個區域的孔隙度，優選通過在擠壓之前使用不同的初始高度。有利地，在此將第二區域的孔隙度減小最大60％。

優選地，第一區域的流動橫截面Q₁是第二區域的流動橫截面Q₂的五分之一至5倍那么大。

在一個有利的實施方案中，第一區域通過第一條帶形成，并且第二區域通過第二條帶形成。在此優選地，多個第一條帶和第二條帶在該平面中交替地并排地布置。工作材料在該平面中的主流動方向由此在條帶方向上延伸，優選地，工作材料在此流經具有較高孔隙度的第一條帶。

一種用于制造這樣的電極的有利的方法設置以下方法步驟：

交替地并排地布置所述第一條帶和所述第二條帶，其中，所述第一條帶首先具有第一高度，并且，所述第二條帶首先具有第二高度，