[发明专利]用于整平冷却剂温度的双极板

说明书

本发明涉及一种用于电化学反应器的双极板(5)，其包括第一和第二导电片(61、62)，具有：‑反应区域(619)；‑第一流体流动岐管(596)；‑位于第一片的外部面上的第一流动通道(618)；‑第一整平区域(614)，其包括第二流动通道(641)；‑第二流体流动岐管(592)；‑位于第二片的外部面上的第三流动通道(628)；‑第二整平区域(624)，其包括第四流动通道(642)；‑形成于第一和第二片之间并且在反应区域中在纵向方向上延伸的冷却剂流动通道；其中：‑称为限制流动通道(6411)的至少一个第二流动通道包括穿入相应第二肋部(644)中的凹部(645)。

技术领域

本发明涉及包括电化学电池堆叠的电化学反应器，并且更具体地涉及具有质子交换膜的堆叠的双极板。这种电化学反应器例如构成燃料电池或电解电池。

背景技术

特别地，燃料电池被设想为将来大规模生产的机动车辆的能源或航空的辅助能源。燃料电池是一种可将化学能直接转换为电能的电化学装置。燃料电池包括几个单元的串联堆叠。每个单元通常产生大约1伏的电压，并且其堆叠使得可以产生更高电平的电源电压，例如大约100伏的电压。

在已知类型的燃料电池中，值得注意的是在低温下运行的具有质子交换膜PEM的燃料电池。这种燃料电池提供特别有利的紧凑性。每个电池单元都包含一个仅允许质子通过而不允许电子通过的电解膜。该膜包括在第一面上的阳极和在第二面上的阴极，以形成称为AME的膜/电极组件。

在阳极处，用作燃料的二氢被氧化以产生穿过膜的质子。膜因此形成离子导体。由该反应产生的电子向流板迁移，然后通过电池单元外部的电路形成电流。在阴极处，氧气被还原并与质子反应形成水。

燃料电池可以包括几个所谓的双极板，例如由金属制成的双极板，一个堆叠在另一个之上。膜布置在两个双极板之间。双极板可包括流动通道和孔，以连续地将试剂和产物引导至膜/从膜引导出。当试剂消耗时，双极板持续地向电极的反应区域供给试剂。双极板还包括用于引导用于排出所产生热量的冷却剂的流动通道。反应产物和非反应性物质通过流动驱动器排放到流动通道网络的出口。不同流的流动通道尤其通过双极板分开。

双极板也是导电的，以收集在阳极处产生的电子。双极板还具有机械堆叠夹紧力传递功能，这对于电接触的质量是必需的。气态扩散层介于电极和双极板之间，并与双极板接触。

通过双极板产生电子传导，通过膜获得离子传导。

主要区分流动通道中的三种试剂循环模式：

–线圈通道：一个或更多个通道在几个来回方向上覆盖了整个活性表面。

–平行通道：一束平行且贯穿的通道从一侧到另一侧覆盖了活性表面。流动通道可以是直线的或略微波浪形的。

–叉指通道：一束平行且堵塞的通道从一侧到另一侧覆盖了活性表面。每个通道都在入口侧或流体出口侧被堵塞。然后迫使进入通道的流体局部地穿过气体扩散层以重新加入相邻的通道，然后到达该相邻通道的流体出口。

为了有利于紧凑性和性能水平，该设计需要减小流动通道的尺寸。然后平行通道的循环模式通常是有利的，以限制这种尺寸减小的流动通道中的压头损失，并避免可能导致热点的冷却剂流动问题。

然而，具有平行循环通道的设计不能保证反应区域的所有通道之间的温度足够整平。

整平试剂流速以避免影响电化学反应器的操作也很重要。为此目的，包括平行流动通道的双极板经常使用整平区域以将入口歧管和出口歧管连接到双极板的不同流动通道。从入口歧管使得试剂与电极接触，产物从连接到不同流动通道的出口歧管排出。

已知用于将入口歧管和出口歧管与不同流动通道连接的不同技术方案。特别已知的做法是在双极板的两个金属板之间产生通道。这些通道的一侧出现在注射孔中，另一侧出现在相应的歧管孔中。整平区域包括将注射孔与流动通道连接的通道。