[發明專利]燃料電池結構、燃料電池堆以及具有燃料電池裝置的機動車

在審

• 申請號: 202180007274.1
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN114846657A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: A·弗拉東;M·雷克斯
• 申請（專利權）人: 奧迪股份公司;大眾汽車股份公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/026;H01M8/04119
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 郭帆揚;萬欣

本發明涉及一種燃料電池結構，其具有：膜電極組件(20)；沿堆疊方向裝設的極板(10)，用于向膜電極組件(20)的表面供應反應物，其中，極板(10)包括作為用于反應物的入口的介質端口(15)和作為用于反應物的出口的介質端口(15)以及在流體力學方面連接兩個介質端口(15)的流場(12)，其中，存在活性區域(A)，在該活性區域中在運行中發生電化學燃料電池反應；以及在流場(12)的入口側存在的器件(16)，用于產生具有減少的反應物流的區(17)。器件(16)在邊緣側位于活性區域(A)內或在邊緣側延伸到活性區域(A)中。本發明此外涉及一種燃料電池堆(2)以及一種機動車。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池結構，其具有：膜電極組件；沿堆疊方向裝設的的極板，用于向膜電極組的表面供應反應物，其中，極板包括作為用于反應物的入口的介質端口和作為用于反應物的出口的介質端口以及在流體力學方面連接這兩個介質端口的流場，該流場尤其具有多個通過橋接部分開的流動通道，其中，存在活性區域(A)，在該活性區域中在運行中發生電化學燃料電池反應；以及在流場的入口側存在的器件，用于產生具有減少的反應物流的區。本發明此外涉及一種燃料電池堆以及一種機動車，其帶有具有這樣的燃料電池堆的燃料電池裝置。

背景技術

燃料電池的這種結構包括由質子傳導膜形成的膜電極組件，在其一側上構造陽極并且在其另一側上構造陰極。借助于極板向電極供給反應物氣體，即在陽極側供給尤其氫氣和在陰極側供給氧氣或含氧氣體、尤其空氣。當向燃料電池供應反應物時，這些反應物經由通道導引到極板中，其在使用多個通道的情況下應實現反應物的分布，以便盡可能均勻地供應電極的整個面。未消耗的反應物經由氣體出口通道再次排出。在電化學反應中，產物水也由離析物組成，尤其在陰極側上，其中，但產物水也由于擴散或滲透而到達到陽極側上。因此也需要液態水排放，以便可以使燃料電池可靠且持久地運行。極板也同樣用于冷卻劑的通過導引。因此需要將各種氣體和冷卻劑通道可靠地分離和相對彼此密封。倘若在燃料電池堆中多個燃料以串聯的方式電池組合，非末端極板通常設計為雙極板，其也用于電極的電接觸以將電流傳輸到相鄰電池。因此，極板是燃料電池結構或燃料電池堆的重要元件，用于確保大量功能。

燃料電池的膜的水分對其效率以及其使用壽命具有重大影響。膜典型地被水分飽和，因為這有利于質子運輸并使從膜中的材料排放以及伴隨而來的損壞最小化。在此，由于流動的反應物，可能出現水分在膜的活性面上的不均勻分布，因為例如在活性區域的入口側存在比在活性面的出口側的區域處更高的反應物濃度。同時，存在同樣影響水分子在膜上的擴散的不同的壓力狀況，使得典型地在入口側存在膜的通常比在出口側的情況更干燥的區域。

US 2012/0 122 009 A1中描述了一種雙極板，該雙極板關聯有以注塑成型方法制造的用于橫向密封膜的環繞邊緣密封件。DE 10 2009 009 177 A1中描述了一種雙極板，該雙極板在活性區域外具有用于流動的反應物的屏障，從而由于湍流的產生而實現活性區域上的熱分布的均勻。US 2003/0 104 261 A1中描述了一種燃料電池結構，在其中為了膜的濕度飽和存在如下可能性：將陰極氣體與燃料混合，以便產生液態水并因此潤濕膜。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種燃料電池結構，在其中實現了濕度在膜上的改進的均勻分布。此外，本發明的目的是說明一種燃料電池堆以及一種機動車。

該目的通過具有權利要求1的特征的燃料電池結構、具有權利要求9的特征的燃料電池堆以及具有權利要求10的特征的機動車來實現。本發明的有利的設計方案與適宜的改進方案在從屬權利要求中說明。

根據本發明的燃料電池結構尤其特征在于，器件在邊緣側位于活性區域內或在邊緣側延伸到活性區域中。由此，即在活性區域處在邊緣側和入口側存在用于產生具有減少的反應物流的區的器件、尤其用于反應物的死區的器件，從而在那里由于反應物的流動和溫度而避免膜的干燥。因此，可以實現在膜上的更均勻的濕度分布。