[发明专利]电化学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学系统，以及一种用在这种系统中的双极板。

背景技术

电化学系统比如可以是燃料电池系统或电化学压缩机系统，具体而言 是电解器，利用所述电解器，通过施加电位，除了从水产生氢和氧之外， 这些气体同时在压力下被压缩。除此之外，诸如电化学氢气压缩机等的电 化学压缩机系统也是已知的，气态分子氢被供应至该电化学压缩机系统， 并且在该电化学压缩机系统中通过施加电位而使气态分子氢以电化学方 式被压缩。这种电化学压缩尤其适合于压缩少量氢气，因为这里氢气的机 械压缩将会费劲得多。

电化学系统是已知的，其中电化学电池组由若干电化学电池的层体构 成，这些电化学电池在各种情况下都通过双极板而彼此分隔开。因此，双 极板具有若干任务：

-与各单个电化学电池(比如燃料电池)的电极电接触并将电流进一 步输送至相邻的电池(电池串联)，

-向电池供应介质，即反应气体，并且经由槽道结构排出反应产物， 所述槽道结构布置在电化学作用区(气体分布结构/流场)中，

-还输送电化学电池发生反应期间所产生的废热，以及

-使不同的介质槽道或冷却槽道彼此密封以及使之与外部密封。

为了由双极板向实际电化学电池供应介质以及从其排出介质，这些电 化学电池比如是具有在各种情况下都定向成朝向(比如金属无纺或碳无纺 的)双极板的气体扩散层的MEA(膜电极组件)，而且双极板可以具有用 于冷却的开口或用于供应及排出介质的开口。

利用已知的双极板，经由双极板两侧的槽道结构或蜿蜒结构而沿着 MEA或气体扩散层进行气体分布。

特别地，对于金属双极板而言，已知的是在这些双极板中冲压出槽道 结构，从而也同时冲压出与双极板成一体的边界壁，所述边界壁环绕电化 学作用区。边界壁因而通常具有压条状的形状。现在在系列测试中已发现， 这种双极板在其性能方面会表现出大的波动，这似乎是因介质分布不充分 而引起的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电化学系统或一种双极板，其性能不 会因电化学作用区中的介质分布不充分而波动。

该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。

首先，这是一种电化学系统，由若干电池的层体构成，所述电池在各 种情况下通过双极板而彼此分隔开，其中，所述双极板包括用于冷却的开 口或用于从所述电池排出介质和向所述电池供应介质的开口，并且所述层 体可以设定为处于机械压缩应力下，其中，至少一个电池包括电化学作用 区，所述电化学作用区由所述双极板的边界壁环绕，并且在所述电化学作 用区内设置有用于均匀分布介质的所述双极板的槽道结构，其中，设置至 少一个气体扩散层，用于对介质进行微分配。在所述槽道结构与所述边界 壁之间的边沿区域中设置有限制元件，用于避免介质在所述槽道结构与所 述边界壁之间流动。因而，所述气体扩散层覆盖所述槽道结构和/或所述限 制元件的至少一部分。

用在根据本发明的电化学系统中的双极板的特征在于，该双极板具有 基部平面，和从该基部平面突出的槽道结构(流场)，而且设置有用于供 应和排出介质的开口，并且所述槽道结构和所述开口由边界壁(在某些情 形下设置有用于导入流体的开口)环绕，所述双极板的特征还在于，在所 述边界壁与所述槽道结构的外边缘之间的区域中设置有至少一个限制元 件，所述限制元件用于防止介质在所述边界壁与所述槽道结构之间的边沿 区域中旁流。

所以，通过根据本发明的限制元件，大大地防止了槽道结构处的介质 的旁流。由此，实现了介质在所述槽道结构上的均匀分布，并且以这种方 式消除了不利的性能波动。

因而，如果气体扩散层不仅覆盖槽道结构而且还覆盖限制元件的至少 一部分，那么这是特别有利的。因此，在该区域中气体扩散层受到额外压 缩，该压缩大于在“常规”槽道结构的该区域中所受到的压缩。因而，以 甚至更佳的方式防止了介质在位于槽道结构与边界壁之间的不可靠区域 中旁流。

在从属权利要求中描述了本发明的有利的进一步的实施方式。