[发明专利]用于电化学系统的组件、堆叠和电化学系统

说明书

本发明涉及一种用于电化学系统(1)的组件(50)，包括具有至少一个层(2a)的隔板(2)和膜电极组件MEA(10)，该MEA(10)具有：电化学活性区域；框架状加强层(15)，该框架状加强层(15)围绕电化学活性区域；以及至少一个凸片(30)，凸片(30)用于将MEA(10)相对于隔板(2)定位和/或用于将MEA(10)紧固至隔板(2)，其中，层(2a)具有第一平坦侧(71a)和与第一平坦侧(71a)相对的第二平坦侧(72a)，其中，凸片(30)在一侧连接到框架状加强层(15)，并且凸片的自由端(35)布置在层(2a)的第二平坦侧(72a)的那一侧，其中，框架状加强层(15)布置在层(2a)的第一平坦侧(71a)上。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学系统的组件，其包括隔板和膜电极组件(MEA)。本发明还涉及由多个此类组件构成的堆叠，以及由至少一个此类组件构成的电化学系统。电化学系统具体地可以是燃料电池系统、电化学压缩机、电解器、或者氧化还原液流电池(redoxflow battery)。组件或堆叠原则上也可用在用于电化学系统的加湿器中，在这种情况下，电化学活性区域由水传递区域替代。

背景技术

已知的电化学系统通常包括成堆叠的电化学电池单体，它们各自通过隔板彼此分开。这样的隔板可以用于例如间接地电接触单个电化学电池单体(例如燃料电池单体，燃料电芯)的电极和/或电连接邻接的电池单体(电池单体串联)。隔板通常由结合在一起的两层形成。在这种情况下，隔板通常被称为双极板。隔板的各层(单独板)可以以材料连结(材料结合)的方式例如通过一个或多个焊接接头，特别是通过一个或多个激光焊接接头而结合在一起。

隔板或各层可以各自具有或形成这样的结构，这些结构例如构造成对由相邻的隔板设周界的电化学电池单体提供一种或多种介质，和/或从其中去除反应产物。该介质可以是燃料(例如氢或甲醇)或反应气体(例如空气或氧气)。此外，隔板或单独的板可以作为用于引导冷却介质经过隔板，特别是经过被隔板的各层封围的腔体的结构。此外，隔板可以构造成传递当在电化学电池单体中转换电能和/或化学能时所产生的废热，并且还相对于彼此和/或相对于外部来密封各种介质通道和冷却通道。

类似的结构也存在于用于电化学系统的加湿器的隔板上。因此，下文所述也可以相应地适用于加湿器的隔板。

此外，隔板通常每一个都具有多个贯通开口。经过这些贯通开口，介质和/或反应产物可以被传导到由堆叠的相邻的隔板设周界的电化学电池单体或者进入到由隔板的各板形成的腔体中，或者可以被传导到电池单体外或者腔体外。

电化学电池单体还各自包括一个或多个膜电极组件(MEA)。MEA可以具有一个或多个气体扩散层，这些扩散层通常定向成朝向隔板，并且构造为例如金属料毡或碳料毡(fleece)。此外，MEA中的每一个都具有框架状加强层，其围绕MEA的电化学活性区域并且通常由电绝缘材料制成。

堆叠通常是通过将隔板和MEA以交替的顺序反复结合在一起而产生的。隔板和MEA的按顺序结合在一起因此发生，并且隔板和MEA被单独地供应。

当生产堆叠时，必须注意例如确保开口定位成彼此对齐，并且各层在单独层被压紧在一起时不会相对于彼此滑动，因为这可能导致泄漏和整个系统无法运作。

更困难的是，MEA通常是脆弱且灵活的，并且因此在生产堆叠时它们往往难以处理。例如，在将MEA精确地定位在先前安装在堆叠上的隔板上时会出现困难。由于难以在邻接的隔板上精确地定位MEA，由多个电化学电池单体构成的常规堆叠的组装的自动化是困难的，这对于大规模生产来说是缺点。

为了更容易生产堆叠，有利的是在制造隔之板后将隔板和MEA彼此结合，以形成组件，并且在生产堆叠时将相应的组件堆叠在彼此之上。