[发明专利]用于燃料电池堆的电化学单元

说明书

一种用于燃料电池堆的电化学单元，在该燃料电池堆中，分别具有电化学单元的多个燃料电池单元沿着堆叠方向依次排布，该电化学单元包括膜电极单元，膜电极单元具有阳极侧的电化学活性面，通过阳极侧的电化学活性面能将可燃气体输送给膜电极单元的阳极，并且阳极侧的电化学活性面具有由阳极侧的边缘限定元件限定的外边缘，膜电极单元还具有阴极侧的电化学活性面，通过阴极侧的电化学活性面能将氧化剂输送给膜电极单元的阴极，并且阴极侧的电化学活性面具有由阴极侧的边缘限定元件限定的外边缘，在该电化学单元中，通过向膜电极单元的若干区域仅供应氧化剂而避免了膜电极单元的加剧的老化，为了提供这种用于燃料电池堆的电化学单元，提出的是，将阳极侧的电化学活性面的外边缘至少区段式地相对阴极侧的电化学活性面的外边缘沿着垂直于堆叠方向延伸的方向向外移位。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池堆的电化学单元，在该燃料电池堆中，分别具有电化学单元的多个燃料电池单元沿着堆叠方向依次排布，其中，电化学单元包括膜电极单元，膜电极单元具有阳极侧的电化学活性面，通过阳极侧的电化学活性面能将可燃气体输送给膜电极单元的阳极，并且阳极侧的电化学活性面具有由阳极侧的边缘限定元件限定的外边缘，膜电极单元还具有阴极侧的电化学活性面，通过阴极侧的电化学活性面能将氧化剂输送给膜电极单元的阴极，并且阴极侧的电化学活性具有由阴极侧的边缘限定元件限定的外边缘。

背景技术

在其内沿着堆叠方向彼此相叠地布置有多个燃料电池单元的燃料电池堆中，不同的媒介在燃料电池单元的不同平面中以及视设计而定地也在同一平面的不同区域中被导引。这些媒介可以尤其是阳极侧的流体(可燃气体)、阴极侧的流体(氧化剂)以及必要时还指的是冷却流体。

这些被导引通过燃料电池堆的媒介应当既不互相混合也不从电化学电池中溢出，因此在多个平面中都需要密封装置。

彼此相邻的电化学单元分别通过隔板或双极板彼此分开。

密封装置可以作为单独的部件置入燃料电池堆中或固定在双极板上或固定在用于燃料电池单元的电化学单元的组成部分上，例如固定在气体扩散层上或在膜电极单元上。

由于操作和制造中的优势以及由于简单的密封实施方案，通常优选将密封装置固定在双极板上或气体扩散层上。这一点可以例如通过将特别是由弹性体材料制成的密封装置喷溅到双极板的层上或气体扩散层上完成。

在这种密封配置中，固定在双极板上或气体扩散层上的密封装置与在膜电极单元的边缘区域中固定在膜电极单元上(特别是在以催化剂涂层的膜(CCM)上)的边缘增强设施的组合被证实是合适的，其中，边缘增强设施充当用于密封装置的对应部件，有助于防止膜电极单元的不利的机械负荷且同时确保了膜电极单元的电化学活性区域到膜电极单元的边缘区域的有利的连接。

这种边缘增强设施例如在EP 1 403 949B1中公开。

这种边缘增强设施也被称为子垫圈(Sub-Gasket)。

这种边缘增强设施可以包括一个或多个层，其中，常见的结构包括两个层，这两个层被布置在形式为环绕式框的膜电极单元的两个彼此对置的侧上。

在制造燃料电池堆时，每个燃料电池单元的双极板、气体扩散层、膜电极单元、密封装置和必要时边缘增强设施(子垫圈)都必须相对彼此进行定位，其中，这些部件可以单独地或作为已经至少部分地相互连接的组件被组装起来。

在使用边缘增强设施时，边缘增强设施的边缘增强层必须相对膜电极单元来定位。在两件式的边缘增强设施中，边缘增强设施的第二边缘增强层也必须相对膜电极单元和/或相对边缘增强设施的第一边缘增强层来定位。

两个气体扩散层必须分别相对由膜电极单元和边缘增强设施构成的单元来定位。

由膜电极单元和边缘增强设施构成的单元然后必须相对双极板和密封装置来定位，其中，密封装置可以在双极板上和/或在边缘增强设施上使用。