[發明專利]用于燃料電池和電解裝置的氣體分配器結構

在審

• 申請號: 202010053118.6
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111463448A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: U·貝爾納
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/10;C25B1/10;C25B9/00;C25B9/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發明涉及一種用于燃料電池或電解裝置、尤其是PEM燃料電池(10)的氣體分配器結構(14)，該氣體分配器結構具有用于分配反應物的織物(80)，其中，所述織物(80)具有至少兩個彼此不同的纖維(81、82、83)。所述織物(80)的所述至少兩個彼此不同的纖維(81、82、83)實施為載體材料(104、106)的沿豎直方向或沿水平方向延伸的線材(90、92)，該載體材料設有由功能材料(108、110、112)組成的涂層(100)或多層涂層(113)。

技術領域

本發明涉及一種尤其適用于燃料電池和電解裝置的氣體分配器結構以及其應用。

背景技術

燃料電池是原電池，該原電池將持續供應的燃料和氧化劑的化學反應能轉化成電能。因此，燃料電池是電化學換能器。在已知的燃料電池中，尤其將氫氣(H₂)和氧氣(O₂)轉化成水(H₂O)、電能和熱量。電解裝置是電化學換能器，該電化學換能器借助于電能將水(H₂O)裂解成氫氣(H₂)和氧氣(O₂)。

此外，已知質子交換膜片(Proton-Exchange-Membrane＝PEM)燃料電池。還已知的是既用于燃料電池也用于電解裝置的陰離子交換膜片。質子交換膜片-燃料電池具有中央布置的膜片，該膜片對于質子、即對于氫離子而言是能傳導的。由此，氧化劑、尤其是空氣中的氧氣在空間上與燃料、尤其是氫氣分開。

質子交換膜片-燃料電池還具有陽極和陰極。燃料在燃料電池的陽極處被供應并且在給出電子的情況下催化氧化成質子。質子經由膜片達到陰極。所給出的電子從燃料電池導出并且經由外部電路流動至陰極。氧化劑在燃料電池的陰極處被供應并且通過接收來自外部電路的電子和經由膜片達到陰極的質子而反應成水。以該方式產生的水從燃料電池導出。總反應為：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

在此，在燃料電池的陽極和陰極之間作用有電壓。為了提高電壓，可以將多個燃料電池以機械的方式彼此相繼地布置成燃料電池堆并且電串聯。

為了使燃料均勻分配到陽極上以及為了使氧化劑均勻分配到陰極上，設置有雙極板。雙極板例如具有用于將燃料以及氧化劑分配到電極上的通道狀結構。通道狀結構還用于將反應時產生的水導出。雙極板還可以具有用于將冷卻液體引導經過燃料電池以導出熱量的結構。

由DE 10 2012 221 730 A1已知具有雙極板的燃料電池，該雙極板由兩個板半部構造。在此，這兩個板半部中的每個板半部具有一個分配區域，該分配區域設置成用于分配反應氣體。

DE 10 2014 207 594 A1示出用于燃料電池的雙極板。在此，雙極板具有曲折形的通道，該通道例如構造為槽。在此，該曲折形的通道用于將氫氣或氧氣導入到燃料電池中。

不同于在運行溫度≤120℃的情況下運行的PEM燃料電池，電解裝置不配備冷卻通道。該構造的堆疊或重復單元形成堆。在空氣或水中以及在冷卻液體中的反應物H₂和O₂通過介質分配器結構導入到電池中。該分配器結構例如可以實現為通道或者也可以實現為能導電的多孔層。

在陽極側和陰極側上的氣體分配器結構的功能如下：

-反應氣體或反應物水應均勻地分配到活性面上，

-電子應傳導到緊接著的電池中，

-作為反應產物以及產物氣體的液態水或水蒸汽應從電池中輸送出來，并且

-由催化劑層生成的熱量應排放至冷卻劑。