[发明专利]用于燃料电池堆的电接触装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池堆的电接触装置以及具有这种电接触装置的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池利用了将燃料与氧气以化学方式转化成水来产生电能。为此，燃料电池具有膜电极装置（MEA，膜电极组（membrane electrode assembly））作为核心部件，所述膜电极装置具有膜电极单元。后者由氢离子传导膜形成，在所述氢离子传导膜两侧布置有催化电极。在此，膜使被分配给阳极的阳极区和被分配给阴极的阴极区彼此气密地隔离并且使它们电绝缘。此外，在所述电极的没有朝向所述膜的侧面上可以布置气体扩散层。

在燃料电池运行时，含氢的燃料被输送给阳极，在所述阳极上，在释放电子的情况下从H₂电化学氧化成H⁺。通过电解膜，将氢离子H⁺从阳极区以有水的方式或者以无水的方式运输到阴极区。在阳极上提供的电子通过电线被引向阴极。含氧的工作介质被输送给阴极，使得在那里在吸收电子的情况下从O₂还原成O₂^-。所述氧离子在阴极区中在形成水的情况下与被运输经过所述膜的氢离子发生反应。将化学能直接转化成电能不受卡诺系数限制，并且因而相对于其它热机具有经改善的效率。

燃料电池堆通常通过大量布置在堆（stack）中的MEA形成，所述MEA的电功率相加。通常，在所述膜电极装置之间布置有双极板，所述双极板确保了给各个MEA供应反应物和冷却液，以及作为与所述膜电极装置的导电接触来起作用。

通过主供应通道给燃料电池堆供应它的工作介质，即阳极气体燃料（例如氢气）、阴极气体燃料（例如空气）和冷却剂，所述主供应通道沿堆的整体的堆叠方向穿过所述堆，并且工作介质由所述主供应通道经过双极板被输送给单电池。对于每种工作介质来说，存在至少两个这种主供应通道，即一个用于输送相应的工作介质的主供应通道和一个用于排出工作介质的主供应通道。因此，每个膜电极装置和每个双极板都具有工作介质通孔，用于构造主供应通道。

尤其是，所述工作介质通孔是用于输送阳极气体的阳极进气孔和用于排出阳极气体的阳极排气孔，是用于输送阴极气体的阴极进气孔和用于排出阴极气体的阴极排气孔而且是用于输送冷却剂的冷却剂入口和用于排出冷却剂的冷却剂出口。在燃料电池堆中，这些工作介质通孔全等地彼此对齐，并且形成所述工作介质的经过整个堆走向的主供应通道。

在燃料电池堆的两端布置有端板或者单极板，以便将所述燃料电池堆封住并且将堆部件压紧。挤压力有助于堆的密封并且确保了在所述堆部件之间的适当的电接触。所述单极板中的至少一个同样具有工作介质通孔。

在图1中示意性地示出了根据现有技术的燃料电池堆。燃料电池堆10具有大量燃料电池14、两个端面板16和拉紧元件18。每个单电池14都具有MEA 20，所述MEA 20具有氢离子传导膜22（聚合物电解质膜）和布置在所述氢离子传导膜22两侧的电极（阳极和阴极；未示出）。所述电极分别布置在膜22与气体扩散层24之间，而且涂到所述膜22两侧上或者与气体扩散层24连接成所谓的气体扩散电极。

每个膜电极单元20都布置在双极板26之间，而且由所述双极板26经过气体扩散层24来供应工作介质。为此，所述双极板26具有连接到工作介质通孔上的流场（Flussfeld）。此外，两个彼此相邻的膜电极单元20通过在它们之间的双极板26导电连接并且串联。每个端面板26（也被称作单极板）被构造在一侧用于给靠在该侧上的MEA 20供应工作介质。

通过电接触装置（也称作总线板）来实现燃料电池堆10的电流消耗或使堆10与电负载连接。所述电接触装置通常布置在燃料电池堆10的对置的端部上。所述接触装置可以布置在边缘的燃料电池14与分别相邻的端面板16之间。可替换地，总线板与端面板16组合并且例如构造为涂在所述端面板16上的导电层。