CN101421873A - 用于燃料电池的极板，尤其是终端板或双极性板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池堆(14)的极板(10，12)，尤其是终端板(10)或双极性板(12)，该极板包括，至少一个由该极板(10，12)的至少一侧获取的流场(16)。就此而言，根据本发明，所述至少一个流场(16)经多个获取孔(18)获取。本发明还涉及用于燃料电池堆的终端单元和重复单元以及燃料电池堆。

Description

用于燃料电池的极板，尤其是终端板或双极性板
本发明涉及用于燃料电池的极板，尤其是终端板或双极性板，该燃料电池包括自该极板的至少一侧可获取的至少一个流场。本发明还涉及用于燃料电池堆的终端单元和重复单元以及燃料电池堆。
在SOFC燃料电池系统中，例如，燃料电池堆包括在彼此顶端堆叠的重复单元和两个终端单元。
图1、2、4和6显示了根据现有技术的一种极板，图1显示了极板的示意性剖视图，图2显示了由于压力而变形的图1的极板，图4是图1的Y部的细节图并且图6是极板的透视图。该已知的极板10’包括，具有形成了未示出更多细节的流场16’的外壳底部的流场板22’以及形成上部壳体的挡板24’。除没有特别关联性的两个工作装置给料孔之外，像从图6所看到的那样，该挡板24’具有通过该流场16’的获取孔18’。该流场板22’和该挡板24’以气密性方式经未显示细节的焊缝接头而连接。在获取孔18’的上部和/或内侧设置隔膜-电极单元26’，其例如以非积极方法通过焊接用玻璃连接到挡板24’的周边。为了清楚，未示出实际实施例中所设置的附加的密封、接触-产生层，等。
例如，该隔膜-电极单元26’主要由钇稳定氧化锆形成，同时该极板10’由铁素体钢形成。不同的材料具有不同的膨胀系数，这在热循环期间产生了应力(在SFOC燃料电池系统中，例如，温度在环境温度和800℃以上的工作温度之间变化)。原则上，钇稳定氧化锆和铁素体钢能够确保张力和压力而不会有任何塑性变形。然而，极板10’的在图1中明显可见并具有狭窄边缘的三维结构可能会导致产生弯曲力矩和结构弯曲。而且，会因力学弯曲而发生退缩。如果将隔膜-电极单元26’暴露在压力应变下，例如在环境温度下，同时将由流场板22’和挡板24’组成的极板10’暴露在张力下，如图4所示会产生弯曲力矩。这种情况下，由压缩力和张力得到的力F与水平臂L1配合。如图2所示，所述弯曲力矩会导致极板10’变形。所示的变形是张力的一种释放。平衡会导致其长度改变。例如，图2所示的尺寸x2大于图1所示的尺寸x1。
如图2所示的重复单元或终端单元30’的变形会导致封焊的破损和/或电极接触的滑脱或断裂。
因此，本发明基于这个目的，在热循环期间至少基本减少用于燃料电池堆的终端和/或重复单元的变形。
上述目的通过独立权利要求的特征解决。
本发明的优选实施例和进一步的展开在从属权利要求中公开。
根据本发明的极板是基于普通技术，至少一个流场可以通过多个获取孔获取。这个解决方法是基于一个发现，获取孔之间的材料会导致结构刚性化，并且如上所述，当提供多个小的获取孔来代替一个大的获取孔时会减小弯曲力矩。这样，结果，至少大大减小了终端和/或重复单元的变形，这产生了增强的循环强度。由于封焊不会再破裂，从而增强了坚固程度。由于也防止了电极接触的断裂或滑落，从而减小了整个燃料电池堆中的接触劣化，即阳极和阴极的接触，等。
在优选实施例中，设计为通过至少一个以上的加强支柱使多个获取孔彼此分离。例如，通过彼此垂直设置的加强支柱将大的矩形或正方形获取孔细分为多个小的矩形或正方形获取孔。就此而言，特别的优势在于加强支柱由所谓的档板材料形成，细节将在下面予以讨论。
而且，优选根据本发明的极板包括具有至少一个流场的流场板以及具有多个获取孔的挡板。与现有技术相似，流场板和挡板以气密方式彼此连接，例如通过焊接。
在根据本发明的极板的优选实施例中，设计为，其至少部分由钢构成，尤其是铁素体钢。例如，铁素体钢能够在SOFC燃料电池系统工作期间耐温。
而且，优选为根据本发明的极板提供至少一个流场，以为隔膜-电极单元供给含氢工作气体。与现有技术相似，例如该隔膜-电极单元主要由钇稳定氧化锆制成。
在根据本发明的极板的某些实施例中，将其设计为终端板。对于燃料电池堆的终端板之一，其具有用于分配含氢工作气体的流场是足够的。
在根据本发明的极板的其它实施例中，其设计为一种双极性板，并且用于将含氧气体供给其它隔膜-电极单元的分配装置设置在双极性板的与获取孔相反的一侧。例如该分配装置形成为类似沟槽并连接到流场板与流场相反的一侧或与流场板一体形成。
根据本发明的用于燃料电池堆的终端单元特别包括：
— 终端板形式的用于燃料电池堆的极板，包括经多个获取孔从该终端板的至少一侧获取的至少一个流场，以及
— 覆盖该多个获取孔的隔膜-电极单元，
设置所述至少一个流场以将含氢工作气体供给到该隔膜-电极单元。
根据本发明的用于燃料电池堆的重复单元特别具有：
— 双极性板形式的用于燃料电池堆的极板，具有经多个获取孔从该终端板的至少一侧获取的至少一个流场，以及
— 覆盖该多个获取孔的隔膜-电极单元，
设置所述至少一个流场以将含氢工作气体供给到该隔膜-电极单元，并在双极性极板的与获取孔相反的一侧设置分配装置，以将含氧工作气体供给到分配到其它终端或重复单元的另一隔膜-电极单元。
此外，根据本发明的燃料电池堆包括：
— 根据本发明的至少一个终端单元，以及
— 根据本发明的多个重复单元。
将通过实例并结合附图来详细说明本发明的优选实施例，其中：
图1显示了根据已经在引言中解释了的现有技术的终端单元的剖视图；
图2显示了也已经在引言中解释了的图1的终端单元的变形状态；
图3显示了根据本发明的终端单元的一个实施例的示意性剖视图；
图4显示了已经在引言中解释了的图1的细节部Y；
图5显示了图3的细节部Z；
图6显示了根据已经在引言中解释了的现有技术的极板的透视图；
图7显示了根据本发明的极板的实施例的透视图；
图8显示了根据本发明的重复单元的一个实施例的示意性剖视图；以及
图9显示了根据本发明的燃料电池堆的一个实施例的示意性剖视图。
在这些图中，同样的或相似的附图标记表示相同或相似的元件，为了避免重复，至少一部分仅被解释一次。
像通过对比图6和图7所看到的那样，根据本发明的极板10设置有如图7所示的多个获取孔18以代替单个的大获取孔18’(见图6)。在这种情况下，该多个获取孔18通过由挡板24的材料形成的多个加强支柱20彼此分离。由流场板22形成或容纳的流场16通过多个获取孔18获取。流场板22和挡板24优选由铁素体钢形成。
在图3和图5中，由虚线表示形成了该多个获取孔18的挡板24部分。图4和图5的对比显示，相对于杠杆臂L1，加强支柱20使杠杆臂L2明显缩短了。这样，减小的弯曲力矩作用于一个结构，其由于该加强支柱20而更显刚性。根据本发明的终端单元30的变形(见图3)和根据本发明的重复单元的变形(见图8)相对于现有技术至少明显减小了。图8所示的该重复单元34与图3所示的终端单元30的不同在于，在流场板22的与流场相反的侧面上设置分配装置28用于将含氧气体供给到另一隔膜-电极单元。能以本领域技术人员公知的任何方式形成所述分配装置28，例如以桥接方式。
图9中示出了根据本发明的终端单元30和根据本发明的两个重复单元34以及在此不是特别相关的另一设计的另一终端单元的结合，图9描述了根据本发明的燃料电池堆的一个实施例。经一侧上的各流场16将含氢工作气体供应到每个隔膜-电极单元，并且经另一侧上的各分配装置28将含氧气体供应到每个隔膜-电极单元。即使像现有技术中那样不对称的设计燃料电池堆32的各个部件，总之减小了弯曲力矩，结构更刚性，在由温度变化导致的应力的情况下该结构的变形相对于现有技术明显的减小了。
在上述说明书中、附图中和权利要求中所公开的本发明的特征，对于实现本发明本身或本发明的任意组合是重要的。
附图标记
10，10’极板
12　极板
14　燃料电池
16，16’流场
18，18’获取孔
20 加强支柱
22，22’流场板
24，24’挡板
26，26’隔膜-电极单元
28分配装置
30，30’终端单元
32 燃料电池堆
34 重复单元
36 不同设计的终端单元

Claims (10)

1.一种用于燃料电池堆(14)的极板(10，12)，尤其是一种终端板(10)或双极性板(12)，具有能够从该极板(10，12)的至少一侧获取的至少一个流场(16)，其特征在于，所述至少一个流场(16)能够经多个获取孔(18)获取。
2.根据权利要求1的极板(10，12)，其特征在于，所述多个获取孔(18)通过至少一个或多个加强支柱(20)彼此分离。
3.根据权利要求1或2的极板(10，12)，其特征在于，包括具有至少一个流场(16)的流场板(22)以及具有所述多个获取孔(18)的挡板(24)。
4.根据前述权利要求之一的极板(10，12)，其特征在于，其至少部分由钢构成，优选由铁素体钢构成。
5.根据前述权利要求之一的极板(10，12)，其特征在于，设置所述至少一个流场(16)以将含氢气体供给到隔膜-电极单元(26)。
6.根据权利要求5的极板(10，12)，其特征在于，其是终端板(10)。
7.根据权利要求5的极板(10，12)，其特征在于，其是双极性板(12)，并且在该双极性板(12)的与该获取孔(18)相反的一侧设置分配装置(28)，以将含氧气体供给到另一隔膜-电极单元(26)。
8.一种用于燃料电池堆(32)的终端单元(30)，包括：
根据权利要求6所述的极板(10)，以及
覆盖多个获取孔(18)的隔膜-电极单元(26)。
9.一种用于燃料电池堆(32)的重复单元(34)，包括：
根据权利要求7所述的极板(12)，以及
覆盖多个获取孔(18)的隔膜-电极单元(26)。
10.一种燃料电池堆(32)，包括：
根据权利要求8所述的至少一个终端单元(30)，以及
根据权利要求9所述的多个重复单元(34)。
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