[發明專利]用于燃料電池的雙極板以及燃料電池

在審

• 申請號: 201980051132.8
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN112470313A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: S·基爾施
• 申請（專利權）人: 奧迪股份公司;大眾汽車股份公司
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0267
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周敏劍;司昆明

本發明涉及一種用于燃料電池(1)的雙極板，其帶有在板體中在橋接部(8)之間構造的用于反應物的流動通道(6)以及帶有用于冷卻劑的管路(7)，且帶有與板體相關聯的、以梯度的形式構造的親水結構。親水結構的梯度以帶有至流動通道(6)的底部增加的親水性的方式與橋接部(8)相關聯，其中在橋接部(8)至流動通道(6)的邊界面中構造有通入到流動通道(6)中的、產生毛細力的微型通道(10)。此外本發明涉及一種燃料電池。

技術領域

本發明涉及一種用于燃料電池的雙極板，其帶有在板體中在橋接部之間構造的用于反應物的流動通道以及帶有用于冷卻劑的管路，且帶有與板體相關聯的、以梯度的形式構造的親水結構。本發明此外涉及一種燃料電池。

背景技術

燃料電池被使用，以便利用在燃料、通常氫和含氧的氣體、通?？諝庵g的電化學反應提供電能。燃料電池具備膜片電極組件，在該膜片電極組件中在膜片的一側上構造有陽極且在另一側上構造有陰極。給陽極供應氫氣，而陰極被供以空氣。為了有序地將反應物供應到電極使用雙極板，所述雙極板除了用于反應物的流動通道之外還具有用于冷卻劑的管路。

應注意，在電化學反應中生成產物水，當在燃料電池中存在的功能層、即膜片電極組件以及在雙極板和膜片電極之間布置的氣體擴散層被淹沒時，該產物水可導致燃料電池的功率損失。由此在流動通道中的流動橫截面被減少且也影響氣體擴散層用于均勻地分布反應物的能力。

為了消除該淹沒功能層的水，慣用的是，通過匹配運行條件為淹沒的功能層清除水，即通過例如將氣體的體積流設置得大，這然而導致燃料電池的降低的效率或在匹配另外的運行參數如壓力或溫度的情況中導致劣化現象(Degradationserscheinungen)。

在DE 11 2006 000 613 B4中提出，使用于燃料電池的雙極板親水，因為親水的板引起，水在通道中形成薄膜，該膜不太傾向于沿著通道的分組(或序列，即Gruppierung)改變流動分布。通過外部的金屬氧化物涂層生成親水的特性。

從US 2005/0221139 A1中已知根據獨立權利要求的前序部分的雙極板，在其中雙極板具有親水結構的梯度，其中該結構垂直于雙極板的平面的表面取向。

在DE 10 2008 034 546 A1中針對超級親水的表面指出，滴到表面上的水滴由于毛細力被吸入到給定的微型通道中且沿著該微型通道被運輸。

發明內容

本發明的任務在于，如此構造一種開頭提到的類型的雙極板，使得改進防止功能層的淹沒。本發明的任務此外是，提供一種改進的燃料電池。

該任務通過帶有權利要求1的特征的雙極板和通過帶有權利要求7的特征的燃料電池解決。本發明的帶有適宜的改進方案的有利的設計方案在從屬權利要求中給出。

根據本發明的雙極板通過以下方式出眾，即存在改進的水管理，因為有針對性地通過不同的物理學效應提供這樣的力，即所述力負責，將水從雙極板的邊緣朝流動通道的底部運動，其中尤其已知的是，尤其當微型通道在相關聯的流動通道的方向中逐漸變細時，毛細力可引起水指向地運輸到流動通道中。

原則上存在這樣的可行性，即雙極板由親水的材料形成。然而對本發明而言也可適用的是，雙極板由疏水的材料形成，即通過親水的結構形成為橋接部的涂層。作為示例繼而可參考帶有金屬氧化物的微粒的合適的布置的金屬氧化物層。

此外適宜的是，微型通道的通入部的面密度從流動通道的邊緣到底部增大，因為如此再次促進水從雙極板的邊緣區域運輸到流動通道的底部。在制造方面已經證實為適宜的且優選的是，微型通道垂直于邊界面定向。

此外有益的是，流動通道的底部比在其相鄰的區域中的橋接部是更強地親水的，以便又有利于將液態水從橋接部運輸到流動通道中。