[发明专利]用于燃料电池中的工作材料分配的电极

说明书

一种用于燃料电池(1)的电极(2)，所述电极包括由能导电的泡沫制成的板形体(20)，所述板形体具有用于所述燃料电池(1)的至少一种工作材料的开孔的并且连续的孔隙度。所述板形体(20)理想化地限定一个平面(E)。所述板形体(20)在所述平面(E)中具有以下区域：所述区域具有不同的孔隙度。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的至少一种工作材料(Betriebsmittel)分配的电极以及用于制造电极的方法和具有相应电极的燃料电池。

背景技术

在燃料电池中，在阳极室中提供的燃料与在阴极室中提供的氧化剂发生反应。

这样的燃料电池由现有技术已知，例如由公开文献DE 10 2009 001 153 A1已知。已知的燃料电池包括两个气体扩散层、两个电极元件和电解质。电解质在各一个电极元件位于其之间的情况下布置在两个气体扩散层之间。给燃料电池经由输送管路输送氧化剂、通常是环境空气，并且经由燃料管路输送气态燃料，例如氢。在燃料电池中在催化剂参与的情况下发生燃料与氧化剂的电化学反应。电解质为此必须离子导电地实施，优选如此，使得燃料的阳离子通过电解质扩散。通常，将聚合物用作电解质。

为了实现电流产生的最佳的能量密度，重要的是，燃料和氧化剂分别均匀地分配在电解质的整个面上。在现有技术的另外的实施方案中，为了粗略分配到双极板或端板——其在分别背向电解质的一侧上限界阳极室或阴极室——中引入分配结构。在其上连接有多孔的气体扩散层作为电极结构。文献DE 10 2016 213 057 A1公开燃料电池的一个示例，其中，双极板包含复杂的分配结构。

发明内容

本发明的一个目标在于，如此设计多孔的气体扩散层，使得在通过气体扩散层限定的平面E中，在电解质上工作材料的提供被优化。

为此，电极包括由能导电的多孔结构、如例如能导电的泡沫制成的板形体，该板形体具有用于燃料电池的至少一种工作材料的开孔的(offen)并且连续的孔隙度。板形体理想化地限定一个平面。板形体在该平面中具有以下区域：所述区域具有不同的孔隙度。

因此，板形体可以同样地视为气体扩散层和电极。板形体的孔隙度是随机的并且表现与其密度相反。然而，密度例如可以通过挤压来有针对性地提高。工作材料、也即优选氢或空气在该平面中流动；该流动受不同的孔隙度影响。给电解质供以工作材料在此沿垂直于该平面的方向实现。为了尽可能均匀地给燃料电池的电解质供以反应物或工作材料，恰恰气体扩散层的或电极的非规则的结构是有利的，如在下文中还将对其进一步详细说明的那样。

有利地，板形体具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有较高孔隙度，所述第二区域具有较低孔隙度。因此，第二区域的泡沫比第一区域的泡沫更稠密(dicht)。这例如通过以下方式来实现：第二区域相比第一区域垂直于该平面更强地被挤压。由此，工作材料在该平面中的流动可非常好地被分配或引导。

在有利的实施方案中，在第二区域中的孔隙度通过变形减小。因此，第一区域和第二区域可以首先由具有相同孔隙度的相同泡沫制造并且接着通过变形、例如挤压来不同地调节这两个区域的孔隙度，优选通过在挤压之前使用不同的初始高度。有利地，在此将第二区域的孔隙度减小最大60％。

优选地，第一区域的流动横截面Q₁是第二区域的流动横截面Q₂的五分之一至5倍那么大。

在一个有利的实施方案中，第一区域通过第一条带形成，并且第二区域通过第二条带形成。在此优选地，多个第一条带和第二条带在该平面中交替地并排地布置。工作材料在该平面中的主流动方向由此在条带方向上延伸，优选地，工作材料在此流经具有较高孔隙度的第一条带。

一种用于制造这样的电极的有利的方法设置以下方法步骤：

交替地并排地布置所述第一条带和所述第二条带，其中，所述第一条带首先具有第一高度，并且，所述第二条带首先具有第二高度，