[发明专利]双极板密封组件以及带有其的燃料电池堆垛

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池(10)的双极板密封组件(40)，其包括‑双极板(41)，其具有‑用于反应物介质的在其主侧中的至少一个上的流动场(411)以及‑相邻于流动场(411)布置的供给区域(413)，在其中布置有供给开口(412)用于供应和引走反应物介质且可选地用于供应和引走冷却剂，和‑至少一个密封组件(42)，其具有‑至少部分区段地覆盖双极板(41)的供给区域(413)的电绝缘层(421,424)，其带有凹口(422)，其与双极板(41)的供给开口(412)对应，以及‑对于每个凹口(422)而言环绕其的密封件(423)。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板密封组件(Bipolarplatten-Dichtungsanordnung)以及一种燃料电池堆垛(Brennstoffzellenstapel)。本发明此外涉及一种燃料电池或一种带有这样的双极板密封组件的燃料电池堆垛。

背景技术

燃料电池使用燃料与氧气到水的化学转化，以便生成电能。为此，燃料电池作为核心构件包含所谓的膜片电极组件(MEA代表膜片电极组件)，其是由导引离子的(在大多数情况下导引质子的)膜片和两个在两侧布置在膜片处的催化电极(阳极和阴极)组成的组织(Gefüge)。后者包括在大多数情况下承载碳的贵金属、尤其铂。此外，气体扩散位置(GDL)在膜片电极组件两侧可布置在电极的背对膜片的侧处。通常，燃料电池通过大量布置在堆垛中的MEA形成，其电功率添加。在各个膜片电极组件之间通常布置有双极板(也称为流场板或分离器板)，其保证单个电池以运行介质、即反应物的供给且通常也用于冷却。此外，双极板用于至膜片电极组件的有导电能力的接触。

在燃料电池的运行中，燃料(阳极运行介质)、尤其氢气H₂或含氢气的气体混合物经由阳极侧的敞开的流场(Flussfeld)供应给阳极的双极板，在其处进行在给出电子的情况下H₂至质子H⁺的电化学氧化(H₂→2H⁺+2e^-)。经由膜片(电解质)，其将反应空间气体密封地彼此分离且电绝缘，实现质子从阳极室到阴极室中的(与水相联系的或没有水的)传递。在阳极处提供的电子经由阴极的电导线流入。阴极经由双极板的阴极侧的敞开的流场将氧气或含有氧气的气体混合物(例如空气)作为阴极运行介质供应，从而进行在吸收电子的情况下O₂至O^2-的还原(1/2O₂+2e^-→O^2-)。同时，在阴极室中氧气阴离子与经由膜片传递的质子在形成水的情况下反应(O^2-+2H⁺→H₂O)。

在燃料电池的膜片电极组件和双极板之间必须存在密封件(Dichtung)，以便使阳极和阴极室向外流体密封地密封且由此阻止反应物介质(阳极或阴极运行介质)的逸出。为了该目的，设置有密封件，其一方面环绕活性区域且另一方面环绕膜片电极组件或双极板的供给开口，其在燃料电池堆垛中对准于主供给通道堆垛。已知不同的密封构想。在一些方式中，环绕的密封件喷射在双极板上。此外已知如下解决方案，在其中由膜片和电极组成的MEA组织由起稳定作用的框架包围且密封件喷射到其上。另一方式设置成，由膜片和电极组成的MEA组织由弹性材料的密封件框架借助于注射成型方法(LIM代表液体注射成型)注塑包封(见图3)。在此出现弹性柔性的且电绝缘的框架结构，在其中供给开口和密封唇部针对供给开口和化学活性区域集成地构造。尽管该设计是紧凑的且是经济上有吸引力的，密封框架的柔性就此而言是不利的，即，其使取向在组装堆垛的情形中由于缺少的刚性变得困难且由此可导致电池的错误取向。此外，材料不可对于不同的任务(包括密封和绝缘)被优化。此外，较大的密封组件由于其热膨胀或收缩在注射成型过程的情形中和在其运行期间导致问题。

文件DE 2012 020 947 A1公开了一种用于燃料电池的膜片电极组件。膜片电极组件具有密封件，其包括在膜片电极组件两侧布置的部分区段。印刷文件公开了优选地在运行中以运行介质加载的膜片电极单元的化学活性区域由密封件环绕地包围。