[发明专利]一种单元燃料电池、燃料电池堆和双极板组件

说明书

本发明公开了一种燃料电池堆(1)，该燃料电池堆(1)包括多个双极板(100)，其中每个双极板(100)至少具有阳极板(20)和阴极板，以及由该双极板(100)夹持的多个膜电极组件(10)，其中，每个膜电极组件(10)至少具有由膜(13)隔开的阳极(11)和阴极(12)，其中，该双极板(100)将该膜电极组件(10)夹住，使得该膜电极组件(10)的阳极(11)面向第一双极板(100)的阳极板(20)，并且同一个膜电极组件(10)的阴极(12)面向第二双极板(100)的阴极板(30)；其中该燃料电池堆(1)的电池间距，由两个相邻的膜电极组件(10)的距离确定，其中，在该燃料电池堆(1)的双极板(100)的边界处，该第一双极板(100)的阳极板(20)到该第二双极板的阴极板(30)之间的总距离(d)，等于该燃料电池堆(1)的电池间距，并且该总距离(d)是在该夹在中间的膜电极组件(10)上测量的。

技术领域

本发明涉及一种单元燃料电池、燃料电池堆和双极板组件。

背景技术

通常，燃料电池堆包括多个单元燃料电池，或更一般地，包括多个膜电极组件(membrane electrode assemblie，MEA)，该单元燃料电池或膜电极组件由所谓的双极板组件隔开。双极板组件本身通常包括至少两个金属板，即所谓的流场板，该流场板相互叠置，一侧具有反应物的流场，另一侧具有冷却液的流场。在双极板组件中，冷却液流场彼此面向对方，其中反应物流体流场布置在双极板组件的外表面，该双极板组件面向MEA。燃料电池堆运行期间，MEA产生的电流导致双极板组件之间产生电压电位差。因此，在任何情况下，各个双极板组件或单元燃料电池都必须保持电隔离，以避免短路。

为实现电隔离，需设置绝缘层，即所谓的子垫圈，该子垫圈布置在膜电极组件的外围或围绕着膜电极组件的外围，由此形成膜—电极—子垫圈组件。子垫圈通常延伸到双极板组件的边界之外，以充分实现短路保护。不利的是，这导致燃料电池堆具有不平坦侧壁的设计，从而干扰了燃料电池堆的探测器布置，例如壳体中的探测器布置。

然而，在组装燃料电池堆时，双极板组件和MEA必须精确地相互对准，以保证燃料电池堆的工作。为了便于对准，已知的是，在每个双极板组件以及膜—电极—子垫圈组件处具有至少一个、优选两个特定区域，其中双极板/膜—电极—子垫圈组件的几何形状允许对准工具的部署。这种对准工具可以是所谓的导向杆或导向壁，该对准工具限定最终的燃料电池堆的外部尺寸。

为了实现燃料电池堆元件的精确对准，有必要至少在这些区域、优选在所有地方，子垫圈不会延伸到双极板组件的边界上。不幸的是，这也意味着在这些区域中出现不充分的电隔离，使得这些区域存在短路的风险，主要是由于双极板弯曲和/或组装不充分。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有可调整几何形状的燃料电池堆，从而消除电危害。

这个目的，是通过根据权利要求1所述的燃料电池堆、根据权利要求9所述的单元燃料电池以及根据权利要求10所述的双极板组件来实现的。

在下文中，本发明提供了一种燃料电池堆，该燃料电池堆包括多个双极板，其中每个双极板至少具有阳极板和阴极板，以及由双极板夹持的多个膜电极组件，其中每个膜电极组件至少具有由膜隔开的阳极和阴极，其中该双极板夹住膜电极组件，使得该膜电极组件的阳极面向第一双极板的阳极板，并且同一个膜电极组件的阴极面向第二双极板的阴极板。此外，燃料电池堆的电池间距(cell pitch)，由两个相邻膜电极组件的距离确定。

为了提供可以降低电气短路风险的燃料电池堆，建议在燃料电池堆的双极板的边界处，第一双极板的阳极板到第二双极板的阴极板之间的总距离，等于该燃料电池堆的电池间距，该总距离是在夹在中间的膜电极组件上测量的。

根据优选实施例，在燃料电池堆的双极板的边界处，第一双极板的阳极板到膜电极组件具有第一距离，第二双极板的阴极板到膜电极组件具有第二距离，其中该第一距离不同于该第二距离。因此，可以进一步防止任何短路的风险。