用于燃料電池的雙極板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，特別地涉及用于形成燃料電池堆的雙極板的領(lǐng)域。實(shí)際上，燃料電池由包含通過(guò)離子交換膜分隔的陽(yáng)極和陰極的電化學(xué)電池堆組成，陽(yáng)極和陰極作為電極設(shè)置于兩個(gè)雙極板之間。
[0002]目前，在為限制環(huán)境污染(特別是在運(yùn)輸系統(tǒng)中)而進(jìn)行的努力的背景中，對(duì)燃料電池進(jìn)行了大量研宄。使用空氣或純氧作為氧化劑的基于氫燃料的電解發(fā)電機(jī)無(wú)疑是目前受到最廣泛研宄的類型。
【背景技術(shù)】
[0003]如上所述，燃料電池包括基電池堆(empilement de cellules de base)，每個(gè)基電池堆包括陽(yáng)極、陰極和充當(dāng)電解質(zhì)的離子交換膜。在燃料電池的操作過(guò)程中，發(fā)生兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)，即在陽(yáng)極處的燃料的氧化和在陰極處的氧化劑的還原。這兩個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生正離子和負(fù)離子，所述正離子和負(fù)離子在膜處結(jié)合而以電勢(shì)差的形式產(chǎn)生電。在氫-氧燃料電池的情況中，結(jié)合的是H+和0_離子。
[0004]這些電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在每個(gè)基電池中，這些電池中的每一個(gè)通過(guò)雙極板而與相鄰的電池分隔，所述雙極板具有許多功能，特別是:
[0005]-第一功能，將燃料和氧化劑供應(yīng)給電池，以及
[0006]-第二功能，熱交換，使得所述堆能夠降溫或冷卻。
[0007]應(yīng)注意，雙極板通常由兩個(gè)薄板組成，所述兩個(gè)薄板通過(guò)例如焊接或粘結(jié)的方法固定在一起。另外，由于雙極板的不同功能，雙極板必須為導(dǎo)電的，并同時(shí)保持為就腐蝕而言對(duì)氧化劑和燃料不敏感。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)第一功能，在雙極板與膜接觸的整個(gè)面上設(shè)置通道。每個(gè)通道具有入口和出口，燃料或燃料(le carburant ou Ie carburant)通過(guò)所述入口滲透，對(duì)于所述出口，中性氣體、通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的水以及氫的殘余水分通過(guò)所述出口排出。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)第二功能，通常使冷卻液體經(jīng)過(guò)形成雙極板的兩個(gè)薄板之間。然而，已發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的雙極板中，由于冷卻液體沒(méi)有流動(dòng)通過(guò)整個(gè)雙極板，所以所述冷卻沒(méi)有恰當(dāng)?shù)匕l(fā)生。
[0010]專利申請(qǐng)EP I 358 691公開(kāi)了一種雙極板，該雙極板包括安裝于形成雙極板的兩個(gè)板之間的銷，以確保在兩個(gè)板之間存在足夠的空間以允許冷卻液體流動(dòng)。然而，該解決方法具有多個(gè)缺點(diǎn)，特別是就制造難度而言。另外還發(fā)現(xiàn)，由于冷卻液體的流動(dòng)在整個(gè)板上并不均勻，因此其沒(méi)有提供最大冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明旨在提出具有用于改進(jìn)燃料電池的冷卻的設(shè)置的雙極板。在另一方面，本發(fā)明旨在提出具有用于加強(qiáng)燃料和/或氧化劑的供應(yīng)的設(shè)置的雙極板。
[0012]因此，本發(fā)明涉及一種雙極板，其形成燃料電池的第一基本元件的第一極板和同一燃料電池的與第一基本元件相鄰的第二基本元件的第二極板，所述雙極板包括兩個(gè)平行的板，每個(gè)板具有至少一個(gè)在極板的厚度中設(shè)置的用于分配燃料或氧化劑的通道，且所述雙極板的特征在于，所述分配通道設(shè)置為當(dāng)所述燃料電池的第一和第二基本元件堆疊在一起時(shí)，使得在所述兩個(gè)極板之間形成流動(dòng)通道，并且所述雙極板特征在于，所述分配通道與冷卻液體供應(yīng)開(kāi)口連通。
[0013]在具體實(shí)施方案中，除了在通道偏移的區(qū)域之外，在所述雙極板的一個(gè)面上的通道的分布與在雙極面的第二板上的通道的分布相同。
[0014]在具體實(shí)施方案中，通道偏移的區(qū)域?yàn)檫@樣的區(qū)域:其中在雙極板的組裝過(guò)程中，如果不存在偏移，則水平通道將重疊。
[0015]在具體實(shí)施方案中，偏移具有節(jié)距的一半以上的值。
[0016]在具體實(shí)施方案中，通道偏移在雙極板的陽(yáng)極面上形成。
[0017]在具體實(shí)施方案中，偏移通道元件具有固定點(diǎn)。
[0018]本發(fā)明的另一方面涉及一種雙極板，其形成燃料電池的第一基本元件的第一極板和同一燃料電池的與第一基本元件相鄰的第二基本元件的第二極板，所述雙極板包括兩個(gè)平行的板，每個(gè)板具有至少一個(gè)在極板的厚度中形成的用于分配燃料或氧化劑的通道，所述雙極板進(jìn)一步包括用于供應(yīng)燃料和/或氧化劑的歧管，所述歧管通過(guò)開(kāi)口與雙極板的內(nèi)部連通。所述雙極板的特征在于，其包括在其中一個(gè)平行的板中形成的切口，以使位于所述歧管中的氣體經(jīng)由所述開(kāi)口和所述切口進(jìn)入所述分配通道。
[0019]在具體實(shí)施方案中，雙極板具有第一密封元件，所述第一密封元件位于其中形成切口的雙極板的外表面上，第一密封元件在歧管與切口之間，并平行于所述切口。
[0020]在具體實(shí)施方案中，第一密封元件為由聚合物材料制備的接頭。
[0021]在具體實(shí)施方案中，雙極板在切口與供應(yīng)通道之間包括第二密封元件，所述第二密封元件用于在氣體入口開(kāi)口與存在于兩個(gè)平行的板之間的冷卻液體之間提供密封。
[0022]在具體實(shí)施方案中，第二密封元件通過(guò)包括于下組中的方式提供:焊接、釬焊和粘結(jié)。
[0023]在具體實(shí)施方案中，切口和/或第一密封元件和/或第二密封元件在歧管的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。
【附圖說(shuō)明】
[0024]根據(jù)由以下附圖所示出的優(yōu)選的但非限制性的實(shí)施方案的以下描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的，其中:
[0025]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的雙極板的第一面，
[0026]圖2顯示了圖1所示的雙極板沿著截面線C-C獲取的局部視圖，
[0027]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的雙極板的第二面，
[0028]圖4和5顯示了通過(guò)圖3所示的雙極板分別沿著A-A和B-B獲取的兩個(gè)截面。
【具體實(shí)施方式】
[0029]雙極板包括由兩個(gè)平行的薄板組成的中央骨架1，所述兩個(gè)平行的薄板通過(guò)例如粘結(jié)或焊接的方法固定在一起。在燃料電池中，所述板的一面意在放置為靠著陽(yáng)極，而另一面意在放置為靠著陰極。
[0030]多個(gè)術(shù)語(yǔ)在下文中使用，并根據(jù)以下給出的它們的定義而進(jìn)行解釋:
[0031]-術(shù)語(yǔ)“雙極板的面”意指薄板中的一個(gè)的外部的面，
[0032]-“雙極板的側(cè)面”為形成雙極板的矩形的四個(gè)側(cè)面，
[0033]-術(shù)語(yǔ)“水平”表示元件平行于雙極板的較短側(cè)面，術(shù)語(yǔ)“豎直”表示元件平行于雙極板的較長(zhǎng)側(cè)面，
[0034]-術(shù)語(yǔ)“雙極板的頂部”表示氣體和冷卻液體進(jìn)入所通過(guò)板的邊緣，
[0035]-術(shù)語(yǔ)“雙極板的底部”表示中性氣體和冷卻液體排出所通過(guò)的板的邊緣，
[0036]-術(shù)語(yǔ)“陽(yáng)極雙極面”表示在燃料電池的組裝過(guò)程中放置為與陽(yáng)極接觸的雙極板的面，并且
[0037]-術(shù)語(yǔ)“陰極雙極面”表示在燃料電池的組裝過(guò)程中放置為與陰極接觸的雙極板的面。
[0038]薄板在其周邊上穿通有多個(gè)孔，以形成用于燃料的歧管2、氧化劑的歧管3和冷卻液體的歧管4。所述板還包括在其厚度中形成的一組通道5，以使燃料或氧化劑在其表面上流動(dòng)。薄板還具有開(kāi)口 6，所述開(kāi)口 6使得歧管能夠與氣體流動(dòng)通道連通。
[0039]本發(fā)明提供了一種雙極板，所述雙極板在其兩個(gè)面中的每一個(gè)面上具有不同的通道布局。這是因?yàn)楸景l(fā)明的目的在于提出一種雙極板，其中冷卻液體的分布是均勻的。為此，在有利的實(shí)施方案中，本發(fā)明提出了一種通道布