[发明专利]双极板和燃料电池堆叠

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池堆叠(100)的双极板(10)，所述双极板(10)具有主延伸平面(HE)和在所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)、第一双极板半部(12)和第二双极板半部(14)、活性场(40)、分配区域(50)和端口区域(60)，其中，所述端口区域(60)具有至少一个端口，用于将至少一种流体(F)引到所述主延伸平面(HE)中，其中，所述活性场(40)具有至少一个冷却流体通道结构(42)，用于借助冷却流体(KF)进行冷却，以及具有至少一个燃料通道结构(44)，用于向所述燃料电池堆叠(100)的至少一个相邻的隔膜电极组件(110)供给至少一种流体(F)，其中，所述第一双极板半部(12)和所述第二双极板半部(14)在所述分配区域(50)中形成至少一个分配通道结构(52)，其中，所述分配通道结构(52)为了被冷却流体(KF)流过而与所述主延伸平面(HE)中的主流动方向(HR)成角度地构型，其中，所述双极板(10)在所述分配区域(50)中具有比所述双极板(10)在所述活性场(40)中的最大厚度(D2)更大的厚度(D1)。此外，本发明公开一种具有至少一个双极板(10)和至少一个隔膜电极组件(110)的燃料电池堆叠(100)。

背景技术

作为移动应用的能量储存装置，氢气是电池的绝佳替代品，因为对于储存装置的制造而言不必使用对环境有害的原材料(例如锂)，并且充注以氢气的压力容器在能量含量相同的情况下重量仅为类似电池的零头。为了在燃料电池中产生电流，氢气例如在移动应用中与空气中的氧气一起被氧化成H₂O。释放的能量大部分作为电能产生并且可供移动应用的电力消耗装置使用。

在已知的燃料电池中，双极板主要用于燃料流体和/或冷却流体的导流。在此，双极板的目的是将气体和冷却介质均匀地分配在电池单体的活性面上。每个电池单体通过用于每种介质的入口和出口通道，也称为端口与堆叠中的其它电池单体连接。气体必须从端口引导至活性面。这可以通过分配场中的分配通道实现。在压制的金属双极板中，冷却介质的通道结构作为用于空气或氢气的通道结构的阴模形状产生。为了减少反应物的压力损失，活性场中的多个通道通常与一个分配通道连接。这种情况导致在不调整通道结构的情况下并非所有冷却介质的接片都在活性面中连接，而是只有那些在分配场中具有一个接片的冷却介质接片在活性面中连接，例如在三个被供给的活性通道具有一个分配通道的情况下，该三重组件的接片中的两个接片不被该半板供给冷却介质。由于入口和出口区域、尤其是从至少一个端口至活性面的连接中的不同边界条件，在活性场中形成不均匀的质量流分布，尤其对于冷却流体。

发明内容

本发明公开了一种用于燃料电池堆叠的双极板和具有至少一个双极板和至少一个隔膜电极组件的燃料电池堆叠。所述双极板根据权利要求1的特征构型。所述燃料电池堆叠根据权利要求10的特征构型。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。

根据第一方面，本发明示出用于燃料电池堆叠的双极板。该双极板具有主延伸平面和在主延伸平面中的主流动方向、第一双极板半部和第二双极板半部、活性场、分配区域和端口区域。端口区域具有至少一个端口，用于将至少一种流体引到主延伸平面中。活性场具有少一个冷却流体通道结构，用于借助冷却流体进行冷却，以及至少一个燃料通道结构，用于向燃料电池堆叠的至少一个相邻的隔膜电极组件供给至少一种流体。第一双极板半部和第二双极板半部在分配区域中形成至少一个分配通道结构，其中，分配通道结构为了被冷却流体流过而与主延伸平面中的主流动方向成角度地构型，其中，双极板在分配区域中具有比双极板在活性场中的最大厚度更大的厚度。

所描述的厚度在本发明的范畴内应理解为与双极板的主延伸平面正交的延伸尺度。主延伸平面由双极板的尺寸限定并且沿着双极板的长度和宽度展开。主流动方向由双极板的活性场的通道结构限定，该通道结构允许至少一种流体、尤其是燃料和/或反应物平行或基本平行于燃料电池堆叠的双极板和/或隔膜电极组件的流动。在根据本发明的燃料电池堆叠中，双极板沿堆叠方向优选与隔膜电极组件交替地彼此堆叠。在此，双极板和/或隔膜电极组件的主延伸平面相对彼此平行或基本平行地布置。表述“X或基本上X”在本发明的范畴内应理解为可能的小的偏差，例如由于制造公差和/或材料特性引起，而不会改变特征的所基于的预期功能。