[发明专利]用于燃料电池堆的套件和用于制造燃料电池堆的方法

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池堆（1）的套件，包括：‑结构相同的可在堆叠方向上彼此堆叠的第一多个单元电池（2），所述第一多个单元电池分别具有膜电极装置和一个或多个介质通道，所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极和所述阳极之间的膜，‑可与所述第一多个单元电池（2）横向连接并且平行于所述堆叠方向延伸的第一介质引导件（3），所述第一介质引导件具有第一可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开所述第一多个单元电池（2）的单元电池（2）的介质通道，‑结构相同的第二多个单元电池（2），以及‑可与两种彼此堆叠的多个单元电池（2）横向连接并平行于所述堆叠方向延伸的第二介质引导件（4），所述第二介质引导件具有不同于所述第一可用流动横截面的第二可用流动横截面，以基本上横向于所述堆叠方向地引导介质进入或离开两种多个单元电池（2）的单元电池（2）的介质通道。本发明还涉及一种用于制造燃料电池装置的燃料电池堆（1）的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池堆的套件和一种用于制造燃料电池设备的燃料电池堆的方法。

背景技术

燃料电池设备用于将含氧的燃料化学转化为水以产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极装置作为核心组件，所述膜电极装置是质子传导膜和分别布置在膜两侧的电极（阳极和阴极）的复合体。此外，气体扩散层（GDL）可以在所述膜电极装置的两侧布置在背离膜的电极侧。在具有组合成燃料电池堆的多个燃料电池的燃料电池设备运行期间，将燃料，特别是氢气（H₂）或含氢气体混合物供给到阳极，在阳极处将H₂电化学氧化成H⁺，同时释放电子e^-。质子H⁺从阳极室到阴极室的结合水或无水的传输经由膜进行，所述膜以气密方式将反应室彼此分离并将反应室电隔离。在阳极处提供的电子经由电线馈送到阴极。将氧气或含氧气的气体混合物供给到阴极，从而在吸收电子的同时将O₂还原为O^2-。同时，在阴极室中氧阴离子与经由膜传输的质子反应以形成水。这种水必须从燃料电池和燃料电池堆中去除，直到达到燃料电池设备运行所需的湿度水平为止。

燃料电池设备用在各种各样的系统中，例如在机动车辆、商用车辆或家用技术中，从而对由包括介质通道的分配板和膜电极装置形成的每个单独的单元电池提出了大量不同的要求。用于燃料电池堆的适当温度控制的冷却介质典型地也在每两个相邻的分配板之间流动，这两个相邻的分配板一起可以形成双极板。三种介质，即燃料、阴极气体和冷却剂，彼此分离地输送到单元电池的相应活性区域，其中通过所谓的介质引导件进行供给和排出。每种介质向电池活性区域的供给以及从电池活性区域的排出垂直于燃料电池堆的堆叠方向进行。

例如，在DE 10 2017 210 263 A1中找到这种介质引导件或这种“外部集管”，其安装到上下堆叠的多个构造相同的燃料电池的侧面，以便将介质横向地，即垂直于堆叠方向地导入活性区域中。在该文献中向介质引导件分配了压电元件，该压电元件被构造为调整横向方向上的流动横截面，由此可以灵活地优化介质的供给或排出。

DE 10 2014 220 682 A1中同样描述了一种燃料电池堆，其具有可插入介质端口中的元件，其中所述元件具有使介质适当分布到单元电池上的形状。供应开口中的这些插入件用于均衡分别供给到单元电池或从单元电池排出的介质的压力分布。

US 2011/0244353 A1中也描述了一种燃料电池堆，其具有介质端口，可调节元件可以引入到该介质端口中，以便为介质提供均匀的压力分布。这种压力分布可以通过移动各个元件以使介质引导件的横截面变窄来可变地调整。

US 8,227,132 B2中描述了一种燃料电池堆，同样向该燃料电池堆堆分配“集管”，所述集管允许介质侧向地并且因此相对于堆叠方向横向地供给和排出。