[發明專利]電化學活性單元的制造方法及其結構組件的載體元件

在審

• 申請號: 201980043792.1
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN112368420A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 彼得·施塔爾;于爾根·克拉夫特
• 申請（專利權）人: 愛爾鈴克鈴爾股份公司
• 主分類號: C25B9/60
• 分類號: C25B9/60;C25B9/19;H01M8/0273;H01M8/0286;H01M8/1018
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 潘小軍;賈翼鷗

本發明涉及用于制造電化學活性單元的方法，該電化學活化單元包括膜和至少一個結構組件，結構組件包括氣體擴散層和在該氣體擴散層上產生的密封元件，為了使該方法能以較少耗費在流程設備和流程時間方面流程可靠地執行，提出的是，該方法包括以下：在氣體擴散層上產生密封元件；將密封元件和/或氣體擴散層與載體元件連接起來；將膜和至少一個包括氣體擴散層和密封元件的結構組件組裝，以形成電化學活性單元。

技術領域

本發明涉及用于制造電化學活性單元的方法，該電化學活性單元包括膜和至少一個結構組件，該結構組件包括氣體擴散層和在氣體擴散層上產生的密封元件。

背景技術

這樣的結構組件被稱為氣體擴散層-密封元件-單元。

包括膜和至少一個這樣的結構組件的電化學活化單元可以分別與雙極板一起形成電化學設備的電化學單元，該電化學設備例如被構造為燃料電池設備或電解器。

電化學設備優選包括多個在堆疊方向上疊置布置的電化學單元以及優選兩個端板，在端板之間布置有電化學單元的堆垛，并且能借助夾持設備將電化學單元的堆垛彼此夾緊，以便向布置在端板之間的電化學單元和尤其是其密封元件加載沿堆疊方向指向的壓緊力。

在燃料電池設備和電解器中，在電化學單元的不同的平面中并且根據設計而定地也在同一平面的不同的區域中引導有不同的介質。這些介質尤其可以是陽極性的流體(燃料氣體)、陰極性的流體(氧化劑)并且必要時也可以是流體的冷卻劑。

要輸送給電化學設備的介質(陰極性的流體、陽極性的流體、冷卻劑)借助沿電化學設備的堆疊方向延伸的具有介質輸送通道和介質排出通道的介質分配結構(也被稱為“歧管”)輸送給電化學設備的不同的平面，或者從電化學設備的不同的平面排出，并且必須分別從介質輸送通道輸送給電化學單元中的相關的介質的流場(Flow Field)，并且再次從流場排出到介質排出通道中。在此，介質輸送通道和介質排出通道以及流場都必須被密封，以便防止泄漏到電化學設備的外部空間中以及防止泄漏到被不同介質流過的空間之間。

引導通過電化學設備的介質既不能彼此混合，也不能從電化學單元中溢出，因此在多個平面中需要密封件。

這些密封件例如可以基于彈性體材料實現。

在具有金屬雙極板的電化學單元中，密封件可以完全或部分地通過在雙極板中的卷邊或通過基于彈性體材料的密封件來實現。

雙極板(也被稱為隔離器或互聯器)可以一件式地構成或包括至少兩個單個層(雙極板層)。

多層的雙極板的雙極板層可以通過諸如焊接或粘合的拼接方法彼此連接。

密封件可以作為單獨的部件嵌入到電化學單元的堆垛中，或者定固在雙極板上或電化學單元的其他的組成部分上，例如定固在氣體擴散層上。

當密封元件直接接合到氣體擴散層上時，在密封件與氣體擴散層之間提供平滑過渡部。

被擠壓在兩個分別由氣體擴散層和密封元件構成的結構組件之間的膜不承受過度的應力峰值。

與利用邊緣加強布置實現的密封解決方案相比，具有分別由氣體擴散層和密封元件構成的結構組件的單格結構可以非常緊湊地構建，這是因為不必為邊緣加強配置與膜-電極-配置之間的搭接部設置附加的空間。

密封元件與氣體擴散層的接合例如可以在注塑成型流程中進行。在此，將氣體擴散層嵌入到(優選多件式的)注塑成型模具中，并在氣體擴散層外周邊上用密封材料或注塑成型材料注塑包封。

在此，在氣體擴散層與密封元件之間的過渡部上形成了滲透區域，在該滲透區域中注塑成型材料滲透了多孔的氣體擴散層的一部分。