CN106935866A - 用于燃料电池的双极板以及具有该双极板的燃料电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池(10)的双极板(15)，包括阳极侧和阴极侧，其中，参照阳极侧或者阴极侧的俯视图所述双极板(15)具有：‑工作介质流场，包括安置在阳极侧上的阳极气体流场(154)、安置在阴极侧上的阴极气体流场和设在内部的冷却剂流场，‑第一供应区域(SA)和第二供应区域(SA)，它们被安置在所述双极板(15)在工作介质流场(153)的侧面的相互对置的部段上，‑安置在供应区域(SA)中并且设计为通孔的供应口(154‑159)，其中，在第一供应区域(SA)和第二供应区域(SA)中分别安置至少一个用于输入或输出阳极气体的阳极通气口(154,155)、至少一个用于输入或输出阴极气体的阴极通气口(156,157)、以及至少一个用于输入或输出冷却剂的冷却剂口(158,159)，其中，在供应区域(SA)内部分别在阴极通气口(156,157)和冷却剂口(158,159)之间安置阳极通气口(154,155)，和‑其中，所述双极板(15)包括以碳为基础的导电的材料或者由这种材料组成。

Description

用于燃料电池的双极板以及具有该双极板的燃料电池组
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池或者燃料电池组的双极板。本发明还涉及一种具有这种双极板的燃料电池或者燃料电池组。此外，本发明还涉及一种交通工具或者燃料电池系统，它具有这种燃料电池或者这种燃料电池组。
背景技术
燃料电池利用燃料的化学变化将氧气变为水，以便产生电能。为此，燃料电池包括作为部件的所谓的膜电极装置(membraneelectrodeassembly,简写为MEA)，它具有由离子传导(多数为质子传导)的膜和分别安置在膜两侧上的催化电极(阳极和阴极)构成的组织结构。后者包括多数被承载的贵金属，尤其铂。此外，能够在膜电极装置的两侧上在电极的背向膜的一侧上安置气体扩散层(GDL)。通常燃料电池通过多个堆叠安置(stack)的MEA构成，它们的电功率相加。在单个膜电极装置之间，通常安置双极板(也称为流量场板或者分选板)，它确保向单个电池供应工作介质、即反应物，并且通常还用于冷却。此外，双极板负责与膜电极装置的导电接触。
在燃料电池工作时，燃料(阳极气体、阳极工作介质)、尤其氢气H2或者含氢的混合气通过双极板的阳极侧开口的流量场(Flussfeld)被输送给阳极，在此在产生电子的情况下进行电化学氧化从H2到质子H+(H2→2H++2e-)。通过电解质或者膜(它将反应空间气密地相互隔离和电绝缘)将质子从阳极空间传输到阴极空间中。在阳极上提供的电子通过外部的电路被导向阴极，在该外部电路中连接有电气消耗器或者能量存储器。阴极通过双极板的阴极侧开口的流量场输送作为阴极工作介质(阴极气体)的氧气或者含氧的混合气(例如空气)，从而在接收电子的情况下进行反应从O2变为O2-(1/2O2+2e-→O2-)。同时，在阴极空间中氧离子与通过膜传送的质子反应生成水(O2-+2H+→H2O)。
双极板在不同的结构方式中已知。原则上，在设计双极板时目的是降低重量、降低结构空间、降低成本以及提高功率密度。这种标准尤其对于燃料电池在汽车领域中的使用是重要的，例如用于车辆的电动驱动。
双极板由导电的材料制成，因为通过它实现单个电池的相互和对外的电气连接。通常双极板由金属材料制成、如钢和类似材料。但是也已知这样的双极板，它由以碳元素为基础的导电材料制成，尤其是石墨和石墨复合材料。碳基础的材料(也称为碳素材料)具有一些有利的特性，尤其是较低的密度，因此它特别适用于汽车领域。但是缺点是，碳素材料由于机械原因相对于金属的双极板要求较高的壁厚，这还使得不能满足降低结构空间的目的。通常，碳-双极板的壁厚在0.2至0.25mm的区域内，相反地在金属的双极板中壁厚只有0.1mm。原则上，至今为止使用的碳-双极板由于较大的壁厚而具有与金属双极板不同的设计。
金属的双极板通常由两个相互焊接的型材的半板(所谓的阴极板和阳极板)制成，在这些半板中用于工作介质(阳极气体、阴极气体和冷却剂)所需的流量场通过在两个半板中的合适的型材构成。在此，在阳极侧上设有阳极流量场并且在阴极侧上设有阴极流量场，相对地在内部的冷却剂流量场设在两个板之间。在流量场外部，双极板具有设计为通孔的供应口，其中，设有至少两个阳极通气口用于输入或输出阳极气体，设有至少两个阴极通气口用于输入或输出阴极气体，并且设有至少两个冷却剂口用于输入或输出冷却剂。在堆积的状态下，这些供应口相互对齐并且构成多个工作介质主通道，在燃料电池组的整个长度上贯穿燃料电池组。从双极板的供应口开始相应的阳极-、阴极-和冷却剂分配通道在双极板的全部宽度上分配工作介质，以便把工作介质输送给催化电极(阳极和阴极)。问题是，在这些分配区域中不同的通道在相对较小的面积上相交。这会导致，双极板的整体厚度增加并且由此燃料电池组的结构空间要求也随之增加。
根据上述说明的双极板的示例在US 2006/0127706 A1和DE 102007 008 214 A1中公开。在此，供应口分别被安置在双极板的两个相互对置的窄侧上，其中，冷却剂口相应地基本上定位在阳极通气口和阴极通气口之间。金属双极板的另外的设计方案在DE 102013 210 542 A1中公开。为了相互均衡阳极气体分配通道的通道长度，在此在阴极通气口和冷却剂口之间安置阳极通气口。
当今的碳素双极板具有的整体板厚度、即在最低点和最高点之间、大约为1.5mm。较薄的碳素双极板目前还是未知的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，建议一种碳素双极板，它具有比已知的碳素双极板更低的结构高度(整体板厚度)。该双极板应该也能够实现这样的燃料电池组，它在相同的功率密度下具有比已知的以碳素双极板为基础的燃料电池组更低的结构高度(堆栈高度)。
所述技术问题通过具有独立权利要求的特征的双极板以及燃料电池组所解决。本发明的优选设计方案由在从属权利要求中所述的特征给出。
根据本发明的用于燃料电池的双极板包括阳极侧和阴极侧，其中，所述双极板在阳极侧或者阴极侧的俯视图方面具有：
-工作介质流场，包括安置在阳极侧上的阳极气体流场、安置在阴极侧上的阴极气体流场和设在内部的冷却剂流场，
-第一供应区域和第二供应区域，它们被安置在双极板的在工作介质流场的侧面的相互对置的部段上，
-安置在供应区域中并且设计为通孔的供应口，其中，在第一供应区域和第二供应区域中分别安置至少一个用于输入或输出阳极气体的阳极通气口、至少一个用于输入或输出阴极气体的阴极通气口、以及至少一个用于输入或输出冷却剂的冷却剂口，其中，在供应区域内、在阴极通气口和冷却剂口之间分别安置一个阳极通气口，和
-其中，所述双极板包括以碳为基础的导电材料或者由这种材料组成。
在传统的以碳元素为基础的双极板中，供应口通常如此布置，使得冷却剂口设在阳极通气口和阴极通气口之间。通过将阳极通气口设在阴极通气口和冷却剂口之间的布置，以有利的方式实现了，分配区域(在该区域中工作介质在双极板的活性区域的宽度上被分配或被聚集)能够比在冷却剂口中央布置的情况下具有更低的整体板厚度。分配区域尤其能够被如此配置，使得冷却剂分配通道从冷却剂口开始首先在阴极侧、不与阴极分配通道相交地延伸，并且随后转入阳极侧。这能够实现双极板的结构高度的降低。
双极板优选地具有最大为1.2mm，尤其最大为1.1mm，优选最大为1.0mm的整体板厚度(从双极板的最低点到最高点的结构高度)。双极板的结构高度越低，具有这种双极板的燃料电池组的结构高度也越低。可以理解到，结构高度的下限通过对双极板的功能和稳定性要求所限制。在以碳元素为基础的双极板中，低于0.8mm的结构高度会导致用于工作介质的流动横截面不可接受地小，和/或导致太差的稳定性。双极板的壁厚、尤其它的半板的壁厚优选在0.2至0.25mm的区间内。
在本发明的优选实施例中设定，以碳元素为基础的导电材料是石墨材料，尤其是石墨或者石墨塑料复合物。例如，能够使用由石墨和环氧聚合物构成的复合材料。这种材料的特点在于良好的导电性和较低的密度。当前的以碳元素为基础的导电材料也被称为碳素材料或者碳。
在本发明的另外优选的实施例中设定，双极板由两个相互接合的经过塑形的半板、即阳极板和阴极板构成，在半板中设有优选以通道形状的相应的工作介质流场。由两个型材式半板构成的制造方式具有这样的优点，即在两个半板之间能够以简单的方式形成冷却剂流场。半板能够由具有统一厚度的碳素型材例如通过压印、深冲和冲压等制造方法并且随后材料接合式相互连接而制成。
在本发明的实施例中，工作介质流场具有中央的、活性部段和两个在两侧与它连接的分配部段，它们安置在活性部段和供应口之间，并且阳极气体分配通道、阴极气体分配通道和冷却剂分配通道在分配部段中延伸。分配部段和分配通道所要解决的技术问题是，对由输送的供应口输送的工作介质在活动的流量场的整个宽度上进行分配或者对由活动的流量场流出的工作介质进行收集并且导向相应的输出的供应口。
分配部段优选具有在双极板的阳极侧或阴极侧的俯视图方面基本上三角形的几何结构。这能够有利地实现，(相对较小的)阳极通气口与阴极通气口或者冷却剂口一起被安置在三角形分配部段的三角边旁，并且剩下的通气口(冷却剂口或者阴极通气口)被安置在分配部段的另外的自由的三角边上。因此，在每种情况下都可将较大的通气口(冷却剂口和阴极通气口)安置在不同的边上。
在本发明的范围内，概念“活性区域”指的是双极板的这种区域，它在被装配好的燃料电池组中朝向膜电极单元的催化电极，也就是说它是这样的区域，在燃料电池工作时在它上面进行化学反应。在此限定地“非活性区域”指的是这样的区域，在它上面不进行化学反应。“非活性区域”包括具有供应口以及双极板的边缘区域的供应区域。通常，非活性区域还包括工作介质流场的分配部段。可以理解到，双极板作为这种非活性区域中在狭隘的定义中不是化学活性的。
阳极气体分配通道和冷却剂分配通道优选只在分配部段的第一部分部段中延伸。在此，冷却剂分配通道通过在阴极侧的造型通道、尤其阴极板上的造型通道构成，并且阳极气体分配通道通过在阳极侧的、尤其阳极板上的造型通道构成。这种布置能够实现在分配部段的第一部分部段中的较低的结构高度。双极板在该第一部分部段中的结构高度基本上等于阳极板的通道高度(型廓高度)与阴极板的通道高度(型廓高度)之和。因为在这种第一部分部段中没有阴极气体分配通道，这也就没有形成结构高度。在此注意，阴极工作气体的体积流通常明显大于阳极工作气体的体积流，阳极工作气体的体积流在三种工作介质中是最小的体积流。
另外优选的是，在分配部段的第一部分部段中阳极气体分配通道和冷却剂分配通道相互交叉地延伸。
在优选的实施例中，阳极气体分配通道、阴极气体分配通道和冷却剂分配通道在分配部段的第二部分部段中延伸。在此，冷却剂分配通道和阳极气体分配通道通过在阳极侧上的、尤其在阳极板上的造型通道构成，并且阴极气体分配通道通过在阴极侧上的、尤其在阴极板上的造型通道构成。这意味着，在分配部段的第一部分部段中的冷却剂分配通道在(否则不被使用的)阴极侧上延伸，以便在向第二部分部段过渡位置处转入阳极侧。这是有利的，因为在第二部分部段中工作介质的主体积流(通过冷却剂和阴极气体构成)被传导到双极板的不同的侧面上。这能够在第二部分部段中实现更宽的分配通道和较低的结构高度。
此外优选的是，在分配部段的第二部分部段中阳极气体分配通道和冷却剂分配通道相互平行地延伸，和/或阳极气体分配通道和冷却剂分配通道与阴极气体分配通道交叉地延伸。通过在第二部分部段中的阳极气体分配通道和冷却剂分配通道的平行布置尤其能够实现，冷却剂分配通道通过阳极气体分配通道的后侧造型构成，也就是说这两个通道相互嵌套地延伸。这种布置能够实现特别节省空间地结构设计，因为对于这两种工作介质只需考虑阳极板的型材高度。在第二部分部段中的双极板的结构高度基本上等于阳极板的通道高度(型廓高度)和阴极板的通道高度(型廓高度)之和。
总体上，通过分配区域的上述设计方案可实现，在它的整个平面上的结构高度等于阳极板的型廓高度和阴极板的型廓高度之和。在第二部分部段中(其中导引全部三种工作介质)不需要附加的结构高度。分配区域的第二部分部段的结构高度优选等于分配区域的第一部分部段的结构高度，也就是说，该第二部分部段在它的整个平面上具有基本上恒定的整体板厚度，它优选还等于活性区域的结构高度。
本发明的另外的主题涉及一种燃料电池组，它包括根据本发明的双极板和膜电极装置，它们相互交替地堆叠。
根据优选的实施例，燃料电池组还包括相应安置在膜电极装置和双极板之间的气体扩散层，它在全部阳极气体流场、全部阴极气体流场和全部冷却剂流场上延伸，也就是说在活性区域和分配区域上延伸。气体扩散层优选在所述的工作介质流场上延伸并且因此基本上不伸进供应区域中。气体扩散层是已知的并且由导电的、可气体穿流的材料制成。气体扩散层用于均匀地将通过双极板输入的气体式工作介质分配给催化电极。气体扩散层通常只在活性区域上延伸，并且不在流场的分配区域上延伸。通过根据这种实施例气体扩撒层还在分配区域上延伸，不仅可实现膜在分配区域中的机械稳定性，还可以实现双极板在分配区域中的机械稳定性。由于双极板由碳素材料制成和分配区域的与之相关的脆性，这种设计尤其对于在其中最狭窄的空间内安置的通道有特别的意义。通过气体扩散层以及工作介质流场相叠，抵抗通过在工作介质(阴极气体、阳极气体和冷却剂)之间的压力差形成的压力。气体扩散层能够设计为单独的构件或者设计为膜电极装置的组件。
本发明的另外的主题涉及一种燃料电池系统，它具有这种燃料电池组。该燃料电池系统除了燃料电池组外还具有配备相应的外围组件的阳极供应装置和阴极供应装置。
本发明的另外的主题涉及一种交通运输工具，它具有配备根据本发明的燃料电池组的燃料电池系统。这种交通运输工具优选是电动车，其中，由燃料电池系统产生的电能用于向电动机和/或驱动电池供应。
在该申请中所述的本发明的不同的实施方式，如果在在单独使用情况下不是不同的，则以有利的方式相互结合。
附图说明
下面在实施例中结合附图阐述本发明。附图为：
图1示出根据优选的实施例的燃料电池系统的方框图，
图2示出根据本发明的膜电极装置的俯视图，
图3示出根据本发明的双极板的俯视图，
图4示出由图3所示的双极板的细节图，和
图5示出由图4所示的具有工作介质的流体路线的细节图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的优选实施例的总体上用100标记的燃料电池系统。燃料电池系统100是未详细示出的交通工具、尤其电动车的一部分，该交通工具具有电动机，它通过该燃料电池系统100被供应电能。
燃料电池系统100包括作为核心组件的燃料电池组10，它具有多个堆叠式布置的单个电池11，这些单个电池通过交替堆叠的膜电极装置(MEA)14和双极板15(参见细节放大图)构成。每个单个电池11因此分别包括一个MEA14和安置在两侧的催化电极，即阳极和阴极，所述MEA14具有在此未详细示出的能传导离子的聚合电解膜，所述催化电极能够催化燃料电池转化的相应的部分反应并且尤其能够设计为在薄膜上的层。阳和阴电极具有催化材料，例如铂，它支承地设在较大的特定的表面的导电支承材料上、例如以碳为基础的材料上。因此，在双极板15和阳极之间设有阳极空间12，并且在阴极和下一个双极板15之间设有阴极空间13。双极板15用于将工作介质输送到阳极和阴极空间12、13中，并且还会形成在单个的燃料电池11之间的电连接。可选地能够在膜电极装置14和双极板15之间布置气体扩散层。
为了向燃料电池组10提供工作介质，燃料电池系统100在一侧具有阳极供应装置20和在另一侧具有阴极供应装置30。同样存在的冷却循环在图1中未示出。
阳极供应装置20包括阳极供应线路21，它用于将阳极工作介质(燃料)、例如氢气、输入到燃料电池组10的阳极空间12中。出于这个目的，阳极供应线路21将燃料存储装置23与燃料电池组10的阳极入口相连接。阳极供应装置20还包括阳极废气线路22，它将阳极废气从阳极空间12通过燃料电池组10的阳极出口导出。在燃料电池组10的阳极空间12中的阳极工作压力能够通过在阳极供应线路21中的调节器件24调节。此外，阳极供应装置20能够如图所示具有燃料再循环管路25，它将阳极线路22与阳极供应线路21相连接。燃料的再循环通常是用于将大部分过化学计量使用的燃料往回到电池组并且被使用。在燃料再循环管路25中能够可选地布置另外的调节器件26，借助它能够调节再循环率。
阴极供应装置30包括阴极供应线路31，它向燃料电池组10的阴极空间13输送含氧的阴极工作介质、尤其空气，空气可从外周环境中吸取。阴极供应装置30还包括阴极废气线路32，它将阴极废气(尤其排出空气)从燃料电池组10的阴极空间13中输出，并且必要时将所述阴极废气输送给未示出的废气设备。为了输送和压缩阴极工作介质将压缩机33安置在阴极供应线路31中。在所示的实施例中，压缩机33设计为主要电气驱动的压缩机，通过配备相应的功率电子件35的电动机34实现对压缩机的驱动。压缩机33还能够被安置在阴极废气线路32中的涡轮机36(必要时具有可变的涡轮机几何形状)支撑在整体的轴(未示出)上驱动。
根据所示的实施例，阴极供应装置30还能够具有放气阀管路37，它将阴极供应管路31与阴极废气管路32相连接，即示出燃料电池组10的旁通通道。放气阀管路37允许，在燃料电池组10上的过剩的空气质量流旁边绕过，而不经过压缩机33。安置在放气阀管路37中的调节器件38用于控制阴极工作介质的绕过燃料电池组10的数量。燃料电池系统100的全部调节器件24、26、38能够设计为可调节或不可调节的阀或活门。相应的其它调节器件能够安置在管路21、22、31和32中，以便能够将燃料电池组10与外部环境隔离。
燃料电池系统100还能够具有加湿器39，它通常具有多层水蒸气可渗透的膜，这些膜要么设计为平面的、要么设计为空心纤维的样式。加湿器39被如此安置在阴极供应路径31内，使得膜在它的一侧上被相对干燥的阴极工作气体流过，并且在另一侧上被如此安置在阴极废气路径32内，使得膜在它的另一侧上被相对湿润的阴极废气流过。通过在阴极废气中的较高的水蒸气-分压力的传动会导致水蒸气通过膜转移到阴极工作气体中，以这种方式使得阴极工作气体加湿。
阳极和阴极供应装置20、30的不同的另外细节由于视野原因而未在简化的图1中示出。因此，在阳极和/或阴极废气路径22、32中构造脱水器，以便冷凝和排出由燃料电池反应产生的生成水。最后，阳极废气管路22能够汇入阴极废气管路32中，因而阳极废气和阴极废气通过共同的废气设备被输出。
图2和3分别根据本发明的俯视图示出示例性的膜电极装置14和双极板15。
两个构件14、15具有活性区域AA，为了清楚显示用矩形轮廓的虚线包围该区域。活性区域AA的特征在于，在该区域内进行燃料电池反应。为了实现这个目的，膜电极装置14在活性区域AA内在聚合电解膜的两侧具有催化电极143。部件14、15的剩下的非活性区域具有两个供应区域SA和两个分配区域DA。在供应区域SA内部在膜电极装置14一侧安置供应点144至149，和/或在双极板一侧安置供应点154至159，它们在堆积状态下基本上相互对准并且在燃料电池组10的内部构成主供应通道。阳极入口144和/或154用于输入阳极工作气体，即燃料，例如氢气。阳极出口145和/或155用于在活性区域AA溢流后输出阳极废气。阴极入口146和/或156用于输入阴极工作气体，尤其是氧气或含氧的混合气体，优选是空气。阴极出口147和/或157用于在活性区域AA溢流后输出阴极废气。冷却剂入口148和/或158用于输入冷却剂，并且冷却剂出口149和/或159用于输出冷却剂。根据本发明，双极板15的阳极通气口154、155基本上分别被安置在其中一个阴极通气口156、157和其中一个冷却剂口158、159之间，也就是说，阴极通气口156、157以及冷却剂口158、159基本上被安置在双极板15的角部区域内。以相同的方式，MEA14的阳极通气口144、145基本上分别被安置在其中一个阴极通气口146、147和其中一个冷却剂口148、149之间。阳极通气口144、145、154、155在所有的供应口内部分别具有最小的横截面面积，因为根据通常的工作方式向燃料电池输送具有最小体积流的阳极工作气体。
MEA 14具有阴极侧142，它在图2中可见。因此，所示的催化电极143设计为阴极，例如设计为在聚合电解膜上的涂层。在图2中不可见的阳极侧141具有相应的催化电极，在此为阳极。聚合电解膜能够在膜电极装置14的整个延展上延伸，但是至少延伸跨过活性区域AA。在其余的区域中能够安置加强的支承薄膜，它包围所述膜。
在图2中未示出气体扩散层，它被安置在膜电极装置14的两侧并且不仅跨过活性区域AA而且跨过所述两个分配区域DA延伸。根据图2所示的示例，气体扩散层因此具有六边形的设计形式，并且随后延伸跨过活性区域AA和分配区域DA，也就是说，它不会伸入供应区域SA中。气体扩散层由导电的能被气体穿过的材料制成，例如由以碳为基础的材料制成，并且用于将通过双极板14向催化电极143输送的工作介质均匀的分配。气体扩散层能够设计为独立的构件，或者在此优选设计为膜电极装置14的组件，方法是，气体扩散层例如利用轻度重叠通过支承薄膜与膜和催化电极相结合。这种膜电极装置14在活性区域AA和在分配区域DA中的层顺序因此是气体扩散层/电极(阳极)/膜/电极(阴极)/气体扩散层。该气体扩散层会形成对膜、以及双极板15的柔软的分配区域DA的机械支撑。
在图3中所示的双极板15具有两个接合的板半部，即阳极板151和在此视图中被遮盖的阴极板152。两个板半部由导电的碳基础的材料(碳素材料)制成。板151、152材料接合式相互连接，例如通过环形的焊缝或者类似方式连接。双极板15还能够在两个半板151、152上具有密封装置(未示出)，它们例如设计为环绕整个双极板15的密封凸起的样式。此外，单个的供应口154-159还能够分别被密封装置环绕。
在所示的阳极板151上设有工作介质流量场153(阳极流量场)，它通常以开口的槽形通道的系统的形式，该通道将阳极入口154与阳极出口155连接起来。同样地，在此不可见的阴极板152具有配备通道的相应的阴极流量场，该通道将阴极入口156与阴极出口157连接起来。这种用于阳极工作介质的工作介质通道也设计为开口的、槽形的通道结构。在双极板15内部、尤其在两个板半部151、152之间延伸有封闭的冷却剂通道，它将冷却剂入口158与冷却剂出口159相连接。
图4和5分别示出如图3所示的根据本发明的双极板15的局部截面图，尤其示出供应区域SA的输入的入口154、156、158、分配区域DA以及活性区域AA的一部分。还示出了阳极板151的视图。在图4中示出工作介质的流动路线，其中，用实线表示的箭头162代表阳极气流，用虚线表示的箭头163代表阴极气流，并且用点划线表示的箭头164代表冷却剂流。
根据本发明，在双极板15的其中一个短边上的阳极通气口154基本上被布置在阴极通气口156和冷却剂口158之间。阴极通气口156以及冷却剂口158基本上被安置在双极板15的角部区域内。
在图4和5中可见的阳极板151上，在分配区域DA内通过阳极板151的相应的形状形成阳极气体分配通道160。在分配区域DA的内部，阳极气体分配通道160具有方向变化(转向)(参见在图5中的阳极气流162)。在此，阳极气体分配通道160在从阳极气体入口154流出后、首先直线地、朝向双极板15的在图中右侧的长边的方向被导引通过分配区域DA的第一部段DA1。在过渡进入分配区域DA的第二部段DA2时，阳极气体分配通道160被转向，在此例如转向90°，从而阳极气体在第二部段DA2内部直线地朝向双极板15的相对置的一侧、在此也是朝向左侧的长边地延伸。在过渡进入活性区域AA时，阳极气体分配通道160发生另外的方向变化，以便作为阳极流场153的阳极通道161平行于双极板15的长边地穿过活性区域AA。阳极通道在活性区域AA中的另外的实施例，例如弯曲地延伸，同样也是可行的。
在图4和5中被遮盖的阴极板152在分配区域DA通过阴极板152的相互的形状形成阴极气体分配通道。阴极气体分配通道从阴极气体入口156流出并且直线形流过分配区域DA，而不发生转向。在过渡进入活性区域AA中时，阴极气体分配通道过渡进入活性区域AA的阴极流场的阴极通道中(参见在图5中的阴极气流163)。
同样地，冷却剂从冷却剂入口158开始流入设在两个板半部151和152之间的和在图中不可见的直线形的冷却剂分配通道中，并且从这里流入活性区域AA(参见在图5中的阴极气流164)。在分配区域DA的第一部段DA1中首先在阴极侧通过阴极板152的相应的形状形成内部的冷却剂分配通道。在第一部段DA1中只安置冷却剂分配通道和阳极分配通道160，并且不安置阴极分配通道。在根据图4和5所示的阳极侧的视图中示出，与冷却剂口158连接的冷却剂分配通道被安置在第一部段DA1的后侧上，并且首先在阳极分配通道160的下方沿着与它相交的方向延伸。在第一部段DA1进入第二部段DA2的过渡位置上，冷却剂分配通道从阴极侧变换到双极板15的阳极侧。因此在第二部段DA2中，冷却剂分配通道30延伸进入阳极板151中，在该阳极板中冷却剂分配通道还是设计为通道形状。阳极气体分配通道和冷却剂分配通道在阳极板151内的部段DA2上尤其相互平行地导引，其中，阳极气体分配通道160的底部构成冷却剂分配通道的侧向边缘，并且反之亦可。因此，冷却剂分配通道30被如此安置在该第二部段DA2中，从而使得它们分别在两个阳极气体分配通道160之间延伸，即基本上在与阳极气体分配通道相同的平面内。在背侧的阴极板152中，在第二部段DA2中只设有阴极分配通道。
阴极气体因此没有转向地直接流入板平面内，并且从板侧到另外的阴极通气口156没有过渡地流入活性区域AA。阳极工作介质从阳极通气口154无干扰地通过在阴极侧延伸的冷却剂分配通道流入到阳极侧的部段DA1中，其中，阳极工作介质与冷却剂分配通道相交。在第二部段DA2中，将阳极气体在冷却剂分配通道之间平行地导入相同的板151中。在该部段DA2中阳极气体与设在阴极板152中的阴极分配通道相交。冷却剂最后从冷却剂口158直线地、在板平面内没有转向地、首先在第一部段DA1中流入阴极板152的内部通道结构，并且随后转换板平面，以便在第二部段DA2中可转移到另外一侧上，并且在具有阳极气体的平面内导入阳极板151的内部通道结构中。
冷却剂供应通道的这种导引能够实现对阳极和阴极工作介质的尽可能小的干扰，并且因此同时实现最低的压力损失。在分配区域DA内部的通道设计还能够实现，两个部段DA1和DA2具有相同的结构高度，即使在第二部段DA2中安置只在两个半板151、152中的三条叠加的介质流。阴极气体和冷却剂的两个最大的体积流还这样在整个分配区域DA内导引，使得它们不会相互损害。
所示的设计方案能够实现总体上的双极板的结构高度的降低。总体上，利用这种设计方案可以实现，双极板15只有1.0mm的整体板厚度，而不会造成机械稳定性上的损伤。借助本发明能够因此利用碳素材料的优点并且能够实现双极板的特别低的结构高度，并由此实现燃料电池组10的特别低的结构高度。
附图标记列表
100 燃料电池系统
10 燃料电池组
11 单个电池
12 阳极空间
13 阴极空间
14 膜电极装置(MEA)
141 阳极侧
142 阴极侧
143 催化电极/阴极
144 供应口/阳极通气口/阳极入口
145 供应口/阳极通气口/阳极出口
146 供应口/阴极通气口/阴极入口
147 供应口/阴极通气口/阴极出口
148 供应口/冷却剂口/冷却剂入口
149 供应口/冷却剂口/冷却剂出口
15 双极板(分离板、流量场板)
151 阳极板
152 阴极板
153 工作介质流场/工作介质流量场/阳极气体流场
154 供应口/阳极通气口/阳极入口
155 供应口/阳极通气口/阳极出口
156 供应口/阴极通气口/阴极入口
157 供应口/阴极通气口/阴极出口
158 供应口/冷却剂口/冷却剂入口
159 供应口/冷却剂口/冷却剂出口
160 阳极气体分配通道(在分配区域DA中)
161 阳极通道(在活性区域AA中)
162 阳极气体流动路线
163 阴极气体流动路线
164 冷却剂流动路线
20 阳极供应装置
21 阳极供应路径
22 阳极废气路径
23 燃料槽
24 调节器件
25 燃料循环管路
26 调节器件
30 阴极供应装置
31 阴极供应路径
32 阴极废气路径
33 压缩器
34 电动机
35 功率电子装置
36 涡轮机
37 放气阀管路
38 调节器件
39 加湿模块
AA 活性区域(反应区域，activearea)
SA 供应区域(supplyarea)
DA 分配区域(distributionarea)
DA1 分配区域DA的第一部分部段
DA2 分配区域DA的第二部分部段

Claims (11)

1.一种用于燃料电池(10)的双极板(15)，包括阳极侧和阴极侧，其中，所述双极板(15)在阳极侧或者阴极侧的俯视图方面具有：
-工作介质流场(153)，包括安置在阳极侧上的阳极气体流场(153)、安置在阴极侧上的阴极气体流场和设在内部的冷却剂流场，
-第一供应区域(SA)和第二供应区域(SA)，它们被安置在所述双极板(15)在工作介质流场(153)侧面的相互对置的部段上，
-安置在供应区域(SA)中并且设计为通孔的供应口(154-159)，其中，在第一供应区域(SA)和第二供应区域(SA)中分别安置至少一个用于输入或输出阳极气体的阳极通气口(154,155)、至少一个用于输入或输出阴极气体的阴极通气口(156,157)、以及至少一个用于输入或输出冷却剂的冷却剂口(158,159)，其中，在供应区域(SA)内分别在阴极通气口(156,157)和冷却剂口(158,159)之间安置阳极通气口(154,155)，和
-其中，所述双极板(15)包括以碳为基础的导电的材料或者由这种材料组成。
2.根据权利要求1所述的双极板(15)，其特征在于，所述双极板(15)具有最大为1.2mm，尤其最大为1.1mm，优选最大为1.0mm的整体板厚度。
3.根据权利要求1或2所述的双极板(15)，其特征在于，所述以碳为基础的导电的材料是石墨材料，尤其是石墨或者石墨塑料复合物。
4.根据上述权利要求之一所述的双极板(15)，其特征在于，所述双极板(15)由两个相互接合的经过造型的半板(151,152)，即阳极板(151)和阴极板(152)构成，在所述半板中构成相应的工作介质流场(153)。
5.根据上述权利要求之一所述的双极板(15)，其特征在于，所述工作介质流量场(153)具有中央的活性部段(AA)和两个在两侧与所述活动部段连接的分配部段(DA)，所述分配部段被安置在活性部段(AA)和供应口(154-159)之间，并且阳极气体分配通道(160)、阴极气体分配通道和冷却剂分配通道在分配部段内延伸。
6.根据权利要求4或5所述的双极板(15)，其特征在于，在分配部段(DA)的第一部分部段(DA1)中只有所述阳极气体分配通道(160)和冷却剂分配通道延伸，并且在所述第一部分部段(DA1)中所述冷却剂分配通道通过阴极板(152)的造型通道构成，并且所述阳极气体分配通道(160)通过所述阳极板(151)的造型通道构成。
7.根据权利要求4或5所述的双极板(15)，其特征在于，所述阳极气体分配通道(160)、阴极气体分配通道和冷却剂分配通道在分配部段(DA)的第二部分部段(DA2)中延伸，并且在所述第二部分部段(DA2)中所述冷却剂分配通道和阳极气体分配通道(160)通过阳极板(151)的造型通道构成，并且所述阴极气体分配通道通过所述阴极板(152)的造型通道构成。
8.根据权利要求7所述的双极板(15)，其特征在于，在分配部段(DA)的第二部分部段(DA2)中所述阳极气体分配通道(160)和冷却剂分配通道相互平行地延伸，尤其以相互嵌套的形式延伸。
9.根据权利要求6至8之一所述的双极板(15)，其特征在于，所述第一部分部段(DA1)和第二部分部段(DA2)具有相同的结构高度。
10.一种燃料电池组(10)，包括膜电极装置(14)和根据上述权利要求之一所述的双极板(15)，它们相互交替地堆叠。
11.根据权利要求10所述的燃料电池组(10)，燃料电池组(10)还包括分别安置在膜电极装置(14)和双极板(15)之间的气体扩散层，所述气体扩散层在全部阳极气体流场(153)、全部阴极气体流场和全部冷却剂流场上延伸，尤其只在所述的工作介质流场(153)上延伸。
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