[发明专利]燃料电池的双极板，带有双极板的燃料电池堆垛以及车辆

说明书

本发明涉及燃料电池的双极板，带有双极板的燃料电池堆垛以及车辆，具体而言为了提供用于燃料电池的双极板，其提供带有阳极侧和冷却介质侧的阳极板，其中，在阳极侧上构造有用于构造阳极流场的第一结构部，和带有阴极侧和冷却介质侧的阴极板，其中，在阴极侧上构造有用于构造阴极流场的第二结构部；其中，在阳极板与阴极板之间为了构造冷却介质流场布置有结构元件，其被阳极板和阴极板的冷却介质侧接触，其相对于现有技术具有在燃料电池堆垛中优化的压力分布和更大的稳定性，提出如下，即结构元件由弹性材料组成并且结构元件在冷却介质流场的不同区域中具有不同的高度。此外公开了一种燃料电池堆垛和车辆。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的双极板，其包括带有阳极侧和冷却介质侧的阳极板，其中，在阳极侧上构造有用于构造阳极流场的第一结构部；带有阴极侧和冷却介质侧的阴极板，其中，在阴极侧上构造有用于构造阴极流场的第二结构部；其中，在阳极板和阴极板之间为了构造冷却介质流场布置有结构元件。此外，本发明涉及带有这样的双极板的燃料电池堆垛以及车辆，其具有这样的燃料电池堆垛。

背景技术

燃料电池使用燃料利用氧气到水的化学转换来产生电能。为此，燃料电池作为核心部件具有所谓的薄膜电极组件(MEA表示薄膜电极组件(membrane electrodeassembly))，其是由引导离子(大多引导质子)的薄膜和分别两侧地布置在薄膜处的催化电极(阳极和阴极)组成的结构。后者大多包括承载的稀有金属、尤其铂。此外，气体扩散层(GDL)可在薄膜电极组件两侧地布置在电极的背对薄膜的侧处。通常，燃料电池通过多个布置在堆垛(堆叠(stack))中的MEA来形成，其电气电压相加。在各个薄膜电极组件之间通常布置有双极板(还被称为流场板或分离器板)，其确保单电池以运行介质、即反应物的供给，并且通常还用于冷却。此外，双极板负责用于与薄膜电极组件的电气可导的接触。

在燃料电池的运行中，将燃料(阳极运行介质)、尤其氢气H₂或含水的气体混合物经由阳极侧的打开的流场输送给阳极的双极板，这里在给出电子的情况下发生H₂到质子H⁺的电化学氧化(H₂→2H⁺+2e^-)。经由将反应室气密地相互分离且电气隔离的电解质或薄膜实现质子从阳极室到阴极室中的(水合的或无水的)运输。在阳极处提供的电子经由电气管线导送给阴极。经由双极板的阴极侧的打开的流场将氧气或含氧的气体混合物(例如空气)作为阴极运行介质输送给阴极，从而在接收电子的情况下发生从O₂到O^2-的还原(1/2O₂+2e^-→O^2-)。同时，在阴极室中，氧阴离子与经由薄膜运输的质子在形成水的情况下反应(O^2-+2H⁺→H₂O)。

燃料电池堆垛以其运行介质、即阳极运行气体(例如氢气)、阴极运行气体(例如空气)和冷却介质的供给经由主供给通道来实现，所述主供给通道在其整个堆垛方向上穿过堆垛并且从其运行介质经由双极板输送给单电池。对于每个运行介质而言，存在至少两个这样的主供给通道，即一个用于输送且一个用于导出相应的运行介质。

典型地，双极板由两个相互连接的半板构成，其分别两侧地结构化。在彼此背对的侧上需要用于运输运行介质的结构部，且在面向彼此的侧上需要用于运输冷却介质的结构部。在此，半板必须分别彼此协调，因为三个单独的运输路径必须借助于两个半板来提供。这引起另外的边界条件，其减少双极板的设计方案的灵活性。在典型的实施方案中，已知的双极板的半板构造成轮廓化的，其中，轮廓接入或交错到彼此中。

燃料电池在其相对而置的堆垛端部处典型地具有端板，其借助于夹紧装置作为夹紧系统的部分相互连接。借助于夹紧装置传递拉力，其将端板拉向彼此并且挤压、即彼此挤压布置在其间的单电池。此外，夹紧系统的部分是压力弹簧，以便于将堆垛均匀地加载并且避免在其处的损坏。

发明内容