[发明专利]用于燃料电池的双极性板、燃料电池以及用于制造双极性板的方法

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池(60)的双极性板(10)，其中，双极性板(10)具有燃料侧(14)、氧化剂侧(16)、两个单板(12)以及布置在所述单板(12)之间的冷却剂空腔，单板(12)中的至少一个在其外部面上具有至少一个密封件(30、32、34、36)并且单板(12)借助至少一个连接缝(40、42、44)相连。所述双极性板的特征在于，所述至少一个连接缝(40、42、44)不与所述至少一个密封件(30、32、34、36)相交和/或重叠。本发明还涉及一种包括至少一个双极性板(10)的燃料电池(60)以及一种用于制造双极性板(10)的方法。

本发明涉及一种用于燃料电池的双极性板，其中所述双极性板具有燃料侧、氧化剂侧、两个单板、和布置在所述单板之间的冷却剂空腔，所述单板中的至少一个在其外部面上具有至少一个密封件并且所述单板是借助于至少一个连接缝相连接的。本发明还涉及一种包括至少一个双极性板的燃料电池以及一种用于制造所述双极性板的方法。

料电池使用燃料与氧气化学转化为水从而产生电能。为此，燃料电池包括作为核心部件的、所谓的膜电极单元(MEA)(离子传导膜、尤其是质子传导膜的构造物)以及在各自情况下布置在所述膜的任一侧上的电极(阳极和阴极)。另外，可以将气体扩散层(GDL)布置在所述膜电极单元的任一侧上、在所述电极的被定向成背离所述膜的所述侧上。总体上，燃料电池是由多个堆叠的MEA组成，其电功率相累加。当燃料电池处于工作中时，燃料(尤其为氢气H₂或者含氢的气体混合物)被供应至阳极，在这里伴随着电子的失去发生H₂到H⁺的电化学氧化。电解质或膜(提供多个反应区相对于彼此的不漏气体的分离以及电绝缘)将质子H⁺(以水合或无水的方式)从阳极区传输至阴极区。在阳极处提供的电子经由电气线路传导至阴极。阴极被供以氧气或含氧的气体混合物，使得伴随着电子的增加发生了O₂到O^2-的还原。与此同时，所述氧阴离子在阴极区与被传输透过所述膜的质子发生反应从而形成水。通过化学能直接转化为电能，燃料电池通过规避卡诺因素而与其它发电机相比实现了更好的效率。

目前最先进的燃料电池技术是基于聚合物电解质膜(PEM)，其中所述膜本身是由聚合物电解质组成。在此背景下，通常使用酸改性的聚合物、尤其是全氟化的聚合物。这类聚合物电解质的最广泛代表是由磺化聚四氟乙烯共聚物制成的膜(商品名：Nafion；四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚的一种磺酰基氟化物衍生物的共聚物)。在此背景下，经由水合质子发生电解导电，为此原因，水的存在是质子导电性的一个条件，并且当PEM燃料电池处于工作中时，需要润湿所述工作气体。考虑到需要水，将标准压力下所述燃料电池的最大操作温度局限在低于100℃。高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEM燃料电池)的电解电导率是基于一种电解质，所述电解质通过静电络合物形成而被结合到聚合物电解质膜(例如，掺杂有磷酸的聚苯并咪唑(PBI)膜)的聚合物骨架上并且在160℃的温度下工作，与高温聚合物电解质膜燃料电池相比，这种燃料电池类型也称为低温聚合物电解质膜燃料电池(LT-PEM燃料电池)。

所述燃料电池由多个堆叠的独立电池组成，这样使得所述燃料电池还能称为燃料电池堆。在所述膜电极单元之间布置了多个双极性板，所述双极性板确保了所述独立电池被供以工作介质(即，反应物)和冷却液体。此外，所述双极性板确保与所述膜电极单元的导电性接触。

在所述膜电极单元与所述双极性板之间布置了多个密封件，所述密封件将阳极区和阴极区相对于外部进行密封并且防止所述工作介质从所述燃料电池中漏出。

可以将所述密封件提供在所述膜电极单元或所述双极性板的侧面上并且尤其可以连接至所述部件上。此外，所述密封件还可以采用插入式密封件的形式，而无需固定在所述双极性板或膜电极单元上。

燃料电池的金属双极性板通常由两个通过焊接而彼此相连的单板(半部)组成。DE102011009805 A1和DE 102011117095 A1描述了以下双极性板：聚合物密封件施加至其上并且其单板通过缝焊接而彼此相连。