[发明专利]用于电化学装置的电化学活性单元

说明书

为了提供如下的用于电化学装置的电化学活性单元，该电化学活性单元包括膜‑电极设施、至少一个气体扩散层和接驳到至少一个气体扩散层中的至少一个气体扩散层上的密封件，在制造这种电化学活性单元时能够沿着气体扩散层的周边尽可能均匀地构造成渗透区域，在渗透区域内，电化学活性单元的气体扩散层被密封件的密封材料渗透，提出的是，密封件包括接驳区域、分配区域和将接驳区域和分配区域相互连接的连接区域，其中，连接区域具有比分配区域的最大高度(H_V)的四分之一更小并比接驳区域的最大高度(H_A)的四分之一更小的最小高度(hc)。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学装置的电化学活性单元，其中，电化学活性单元包括膜-电极设施、至少一个气体扩散层和密封件，这个密封件接驳在至少一个气体扩散层中的至少一个气体扩散层上。

背景技术

这种电化学活性单元可以与各一个双极板一起形成电化学装置的电化学电池，该电化学电池例如被构造为燃料电池堆或电解器。

电化学装置优选地包括多个在堆叠方向上上下布置的电化学电池以及优选地两个端板。在两个端板之间布置有电化学电池的堆叠，并且它们可以借助卡夹装置相对彼此夹紧，从而向布置在它们之间的电化学电池和尤其是它们的电化学活性单元施加沿着堆叠方向的卡夹力。

在燃料电池堆和电解器中，在电化学电池的不同平面中并且根据设计而定地也在相同平面的不同区域中引导不同的介质。这些介质尤其可以是阳极流体(燃料气体)、阴极流体(氧化剂)和可能还有流体的冷却剂。

通过具有在电化学装置的堆叠方向上延伸的介质输送通道和介质排放通道的介质分配结构(也称为“歧管”)将输送给电化学装置的介质(阴极流体、阳极流体、冷却剂)输送给电化学装置的不同平面，或者从电化学装置的不同平面排放，并且必须分别从介质输送通道输送给电化学电池中的相关介质的流动场(Flow Field)，并且从流动场重新排放给介质排放通道。在这里，不仅介质输送通道和介质排放通道而且流动场都被密封，从而防止向电化学装置的外部空间中的泄漏，而且防止在被不同介质穿流的空间之间发生泄漏。

穿过电化学装置的介质既不能相互混合也不能从电化学电池中流出，因此在多个平面内需要进行密封。

这些密封例如可以在弹性体材料和/或粘合的基础上实现。

在具有金属双极板的电化学电池中，可以完全地或者部分地通过双极板中的卷边或基于弹性体材料的密封来完全或部分地实现密封。

双极板(也称为隔离器或互连器)可以一件式地构成，或者包括至少两个单层(双极板层)。

多层双极板的双极板层可以通过拼接法、如焊接或粘合相互连接。

密封件可以作为单独的部件插入电化学电池组成的堆叠中，或者固定在双极板上或电化学电池的另一个部件上，例如固定在气体扩散层或膜-电极设施上。

由于在搬运和制造方面的优点以及由于简单的密封实施方案，通常优选将密封件固定在双极板上。这例如可以通过将尤其是弹性体材料制成的密封件喷注到双极板的层上来完成。

在这种密封件配置中，将固定在双极板上的密封件与固定在膜-电极设施上(尤其是覆有催化剂覆层的膜，CCM)的膜-电极设施边缘区域中的边缘强化设施组合起来被证明是有利的，其中，边缘强化设施用作密封件的配对部件，帮助防止膜-电极设施的不利的机械负载，并且同时确保膜-电极设施的电化学活性区域与膜-电极设施的边缘区域有利地接驳。

这样的边缘强化设施例如在专利EP 1 403 949B1中公知。

这样的边缘强化设施也被称为子垫片。

这样的边缘强化设施可以包括一个或者多个层，其中，常规结构包括两层，它们以环绕框的形式布置在膜-电极设施的两个相对置的侧上。