CN114902456A - 燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池堆(100)，其具有：至少一个燃料电池(101)，所述燃料电池具有用于将所述燃料电池(101)的阳极侧(A)与所述燃料电池(101)的阴极侧(K)分离的膜片(CCM)、阳极侧气体扩散层(GDLA)、阴极侧气体扩散层(GDLK)和用于将所述燃料电池(101)与相邻的燃料电池(101)或壳体分离的双极板(BPP)。为此，根据本发明设置，所述膜片(CCM)在位于所述膜片(CCM)的活性面(AF)外部的边缘区域(R)中突出于所述阳极侧气体扩散层(GDLA)和所述阴极侧气体扩散层(GDLK)，并且所述膜片(CCM)在所述边缘区域(R)中从所述阳极侧(A)或所述阴极侧(K)具有对中坝(10)。

Description

燃料电池堆
技术领域
本发明涉及一种根据独立的设备权利要求的前序部分所述的燃料电池堆以及一种相应的用于制造燃料电池堆的方法。
背景技术
燃料电池堆原则上是已知的。在当今的燃料电池堆中，通常难以将膜片对中，使得膜片的活性面相对于双极板充分地定向。如果在膜片的边缘区域中和在燃料电池堆的端口区域中膜片不与双极板的边缘区域对齐地定向，则会出现问题。膜片和/或膜片的密封层的在这些边缘区域中的落差潜在地导致相继的双极板的不同电势之间的短路。由于燃料电池堆的不够刚性的结构，机械损伤加剧了这个问题。然而，如果膜片或膜片的密封层充分地突出于双极板的边缘区域，则大多可以防止该问题。然而，由于介质流的节流在燃料电池的端口区域中或者在燃料电池堆的要用于在组装燃料电池堆时将膜片和双极板定向的区域上不总是期望这种突出部。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了一种具有设备独立权利要求的特征、尤其是来自特征部分的特征的燃料电池堆。此外，根据第二方面，本发明提供了一种用于制造燃料电池堆的方法。本发明的其它优点、特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的燃料电池堆描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的方法描述的特征和细节，并且反之亦然，从而关于对各个发明方面的公开始终可以相互参考。
根据第一方面，本发明提供一种燃料电池堆，其具有至少一个燃料电池，所述燃料电池具有用于将燃料电池的阳极侧与燃料电池的阴极侧分离的膜片、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层和用于将燃料电池与相邻的燃料电池或壳体分离的双极板。为此，根据本发明设置，膜片的位于膜片的活性面外部的边缘区域(至少在垂直于双极板的通道的方向上)突出于阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层，并且膜片在边缘区域中在阳极侧或阴极侧具有对中坝。
在本发明的意义上，燃料电池堆可以具有一个或多个燃料电池，所述燃料电池可以层状地相互堆叠并且张紧在两个端板之间。
在此，本发明的构思在于，通过对中坝提供膜片的优化的边缘区域，该边缘区域能够实现膜片和双极板在燃料电池堆内的改进的对中，该边缘区域提供了针对改进的漏电保护并且该边缘区域确保了燃料电池的改进的密封。利用对中坝在膜片的边缘区域上集成一个较刚性的区域。对中坝以有利的方式用于将双极板和用于膜片的对中辅助件相对于双极板定向。通过膜片的突出于阳极侧气体扩散层和/或阴极侧气体扩散层的突出区域，可以防止相邻燃料电池的相继的双极板之间的电短路以及相继的双极板的机械损坏。此外，膜片的边缘区域使燃料电池在该区域中对于机械应力是稳固的。这在将燃料电池堆叠成燃料电池堆时可带来显著的优点。膜片的边缘区域可以视期望而定与双极板的边缘区域对齐地实施或者突出于这些边缘区域。因此，能够减少漏电。膜片的错误的定向在边缘区域上可立即通过突出的对中坝看到。以这种方式，可靠地避免了在膜片的对中时的错误。此外，在组装燃料电池堆时，通过对中坝提高了膜片的结构刚性。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，对中坝材料锁合地固定在膜片上。因此，在组装燃料电池堆时，可以使具有固定在其上的对中坝的膜片的处理变容易。此外，通过材料锁合的连接可以提供在膜片与对中坝之间的密封连接。
此外，在燃料电池堆中可以设置，对中坝喷射、硫化或压印在膜片上。由此能够实现对中坝在膜片上的灵活固定。几乎所有塑料都可以通过注塑成型进行加工。通过硫化可以将热塑性塑料、例如天然橡胶或合成橡胶转变成弹性体塑料(橡胶)。通过压印方法可以制造柔性的几何形状。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，在边缘区域中膜片设有弹性的密封层(所谓的子垫片)，其中，对中坝材料锁合地固定在密封层上。因此，对中坝可以用作增强密封件。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，对中坝喷射、硫化或压印在密封层上。这些方法的优点已经在上面描述。在此，这些优点被采纳。
此外可以设想，对中坝通过折叠密封层来制造。密封层可以设置为薄的扁平弹性层，例如由热塑性材料制成的弹性层。通过折叠这种层，可以提供具有密封特性的刚性元件。这种对中坝还可以是有利的，因为不需要附加的材料和/或工具来制造对中坝。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，对中坝具有的高度小于双极板的冷却剂通道的高度(或双极板的高度)。以这种方式，在提供膜片、气体扩散层和/或双极板时的制造公差能够被弥补，这在堆叠膜片和双极板时能够是显著的优点。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，对中坝具有的高度为双极板的冷却剂通道的高度的0.5至0.99、尤其是0.7至0.9倍。以这种方式，在提供膜片、气体扩散层和/或双极板时的制造公差可以以改进的方式被补偿。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，双极板在膜片的边缘区域中具有闭合的冷却剂通道。有利地，闭合的冷却剂通道可以用于贴靠在对中坝上，以便将膜片在燃料电池堆中对中，并且以便密封所述至少一个燃料电池。
有利地，闭合的冷却剂通道可以通过沿相同的方向弯曲双极板的两个板来制造。因此，可以在双极板上提供弯曲的边缘，该边缘可以密封地支承在对中坝上。
根据另一优点，闭合的冷却剂通道可以相对于膜片以0°至90°之间、尤其30°至60°之间、优选45°的角度定向。以这种方式能够以简单的方式实现在对中坝上的密封的支承。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，在膜片的边缘区域中的对中坝与双极板的几何形状相匹配，以便将膜片在燃料电池堆中对中，并且以便密封所述至少一个燃料电池。因此能够实现，通过对中坝在双极板的斜面(或闭合的冷却剂通道)上的贴靠将膜片在边缘区域中居中。此外，由此可以确保，在膜片的边缘区域上可以在膜片和双极板之间制造闭合的和密封的区域。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，对中坝以梯形的形状构造。
在此，梯形的底边有利地贴靠在膜片上或者膜片的密封层上。由此可以实现对中坝在膜片上的稳定的支承并且此外可以实现对中坝在双极板的斜面(或在闭合的冷却剂通道上)上的改进的支承。
此外，本发明可以在燃料电池堆中设置，梯形具有平行于双极板的闭合的冷却剂通道定向的并且密封地贴靠在双极板的闭合的冷却剂通道上的侧边。因此，可以以改进的方式确保燃料电池的密封和膜片相对于双极板的对中。
此外，根据第二方面，本发明可以设置一种制造燃料电池堆的方法，根据该方法，提供至少一个燃料电池，所述燃料电池包括用于将燃料电池的阳极侧与燃料电池的阴极侧分离的膜片、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层和用于将燃料电池与相邻的燃料电池或壳体分离的双极板。为此，根据本发明设置，如此定位膜片，使得膜片的位于膜片的活性面外部的边缘区域(至少在垂直于双极板的通道的方向上)突出于阳极侧气体扩散层和/或阴极侧气体扩散层，并且使得膜片在边缘区域中在阳极侧或阴极侧构造有对中坝。借助于根据本发明的方法实现了与上面结合根据本发明的燃料电池堆所描述的相同的优点。在此完全地参考这些优点。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明及其改进方案以及其优点。附图分别示意性地示出：
图1已知的燃料电池堆的示意图，和
图2根据本发明的燃料电池堆的示意图。
具体实施方式
图1用于阐述本发明所基于的问题。图1示出了一种公知的燃料电池堆100，其中，在组装这种燃料电池堆100时可能出现的是，膜片CCM相对于双极板BBP未精确地定向。如果在膜片CCM的边缘区域R和燃料电池堆100的端口区域中膜片CCM不与双极板BPP的边缘区域对齐地定向，则可能出现问题。膜片CCM相对于双极板BPP的在这些边缘区域R内的落差会导致相继的双极板BPP之间的短路。此外，在边缘区域R中膜片CCM相对于双极板BPP的落差会导致膜片CCM和/或双极板BPP的机械损坏和/或燃料电池堆100的不稳定性。然而，如果膜片CCM充分地突出于双极板BPP的边缘区域，则该问题大多能够被克服。然而，膜片CCM突出于双极板BPP的边缘区域的突出部在燃料电池101的端口区域中或在燃料电池堆100的在组装燃料电池堆100时用于定向膜片CCM和双极板BPP的区域上可能是不利的。
图2示出了根据本发明的燃料电池堆100，其具有至少一个燃料电池101或多个燃料电池101，其中，所述燃料电池或每个燃料电池101具有将燃料电池101的阳极侧A与阴极侧K分离的膜片CCM、阳极侧气体扩散层GDLA、阴极侧气体扩散层GDLK、以及将燃料电池101与相邻燃料电池101或壳体(未示出)分离的双极板BPP。
在此，本发明设置，膜片CCM在位于膜片CMM的活性面AF外部的边缘区域R中(至少在垂直于双极板BPP的通道的方向上)突出于阳极侧气体扩散层GDLA和阴极侧气体扩散层GDLK，并且膜片CMM在边缘区域R中在阳极侧A或阴极侧K具有对中坝10。
在此，相邻的燃料电池101的双极板BPP的闭合的冷却剂通道GK在阴极侧K贴靠在膜片CCM上。
在图2中仅示例性地在燃料电池101的阳极侧A示出对中坝10，其中，在燃料电池101的阴极侧K构造对中坝10同样是可能的。在后一种情况下，相邻的燃料电池101的双极板BPP可以在膜片CCM的边缘区域R中沿另一方向弯曲，并且可以在燃料电池101的阳极侧A贴靠在相邻的燃料电池101的膜片CCM上。
膜片CCM可以具有在活性面AF的左侧和右侧的两个边缘区域R。边缘区域R在此能够平行于或基本上平行于双极板BPP中的冷却剂通道KK定向。
因此，对中坝10在此可以平行于或基本上平行于双极板BPP中的冷却剂通道KK定向。在此可以考虑，对中坝10可以隆起状地构造。
借助于对中坝10提供膜片的优化的边缘区域R，该边缘区域能够实现膜片CMM和双极板BPP在燃料电池堆100内部的改进的对中，该边缘区域提供对改进的漏电保护，并且该边缘区域(至少在垂直于双极板BPP的通道的方向上)确保燃料电池堆100的改进的密封。
对中坝10在膜片CMM的边缘区域R处提供了更刚性的区域。对中坝10因此可以用于双极板BPP的定向并且用于膜片CCM相对于双极板BPP的对中。通过膜片CCM在阳极侧气体扩散层GDLA和阴极侧气体扩散层GDLK上的突出区域，可以防止相邻的燃料电池101的相继的双极板BPP之间的电短路以及相继的双极板BPP的机械损坏。如果需要，膜片CCM的边缘区域R可以实施为与双极板BPP的边缘区域对齐或突出于这些边缘区域。
对中坝10能够材料配合地固定在膜片CMM上或膜片CCM的密封层SG、所谓的子垫片上，例如通过喷射、硫化或者压印。
当期望在膜片CCM的整个边缘区域R中有密封层SG时，可以通过折叠密封层SG来制造对中坝10。密封层SG大多是薄的扁平弹性层，该弹性层可以折叠在一起或卷起，用于形成具有密封特性的刚性的对中坝10。
如从图2中可见，对中坝10的高度可以小于双极板BPP的冷却剂通道KK的高度，或换句话说，小于双极板BPP的高度。以这种方式可以补偿制造公差，该制造公差可能在制造膜片CCM、气体扩散层GDLA、GDLK和/或双极板BPP时产生。
如此外在图2中所表明的那样，对中坝10可以具有如下高度，该高度为双极板BPP的冷却剂通道KK的高度的0.5至0.99、尤其是0.7至0.9倍。
如上面已经提及的那样，根据本发明的双极板BPP可以在膜片CCM的边缘区域R中具有闭合的冷却剂通道GK。闭合的冷却剂通道GK用于改进地支承在对中坝10上。
如图2所示，闭合的冷却剂通道GK可以通过双极板BPP的两个板1、2沿相同方向的弯曲来形成。该弯曲相对于膜片CMM以在0°至90°之间、尤其是在30°至60°之间、优选45°的角度进行。
有利地，膜片CCM的边缘区域R中的对中坝10可以匹配于双极板BPP的几何形状，尤其是双极板BPP的闭合的冷却剂通道GK的几何形状，以便使膜片CMM在燃料电池堆100中对中并且密封至少一个燃料电池101。在此，膜片CMM可以通过将对中坝10贴靠在双极板BPP的闭合的冷却剂通道GK的斜面上来在边缘区域R中对中。此外，通过在膜片CCM的边缘区域R上的对中坝10，能够在膜片CCM和双极板BPP之间建立闭合和密封的区域。
在本发明的范围内，对中坝10可以构造为梯形和/或隆起状。在此，梯形的底边有利地贴靠在膜片CMM上或者贴靠在膜片CMM的密封层SG上。在此，梯形的贴靠在双极板BPP的闭合的冷却剂通道GK的斜面上的侧边可以平行于双极板BPP的闭合的冷却剂通道GK定向。
附图的上述描述仅仅在示例的范围内描述了本发明。当然，只要技术上有意义，实施方式的各个特征可以自由地相互组合，而不离开本发明的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆(100)，其具有：
至少一个燃料电池(101)，所述燃料电池具有用于将所述燃料电池(101)的阳极侧(A)与所述燃料电池(101)的阴极侧(K)分离的膜片(CCM)、阳极侧气体扩散层(GDLA)、阴极侧气体扩散层(GDLK)和用于将所述燃料电池(101)与相邻的燃料电池(101)或壳体分离的双极板(BPP)，
其特征在于，
所述膜片(CCM)在位于所述膜片(CCM)的活性面(AF)外部的边缘区域(R)中突出于所述阳极侧气体扩散层(GDLA)和所述阴极侧气体扩散层(GDLK)，并且
所述膜片(CCM)在所述边缘区域(R)中在所述阳极侧(A)或所述阴极侧(K)具有对中坝(10)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述对中坝(10)材料锁合地固定在所述膜片(CCM)上，和/或
所述对中坝(10)喷射、硫化或压印在所述膜片(CCM)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
在所述边缘区域(R)中，所述膜片(CCM)设有弹性密封层(SG)，其中，所述对中坝(10)材料锁合地固定在所述密封层(SG)上。
4.根据权利要求3所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述对中坝(10)喷射、硫化或压印在所述密封层(SG)上，或者
所述对中坝(10)通过折叠密封层(SG)来制造。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述对中坝(10)具有的高度小于所述双极板(BPP)的冷却剂通道(KK)的高度，和/或
所述对中坝(10)具有的高度为所述双极板(BPP)的冷却剂通道(KK)的高度的0.5至0.99、尤其是0.7至0.9倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述双极板(BPP)在所述膜片(CCM)的边缘区域(R)中具有闭合的冷却剂通道(GK)。
7.根据权利要求6所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述闭合的冷却剂通道(GK)通过所述双极板(BPP)的两个板(1，2)在相同方向上的弯曲来制造，和/或
所述闭合的冷却剂通道(GK)相对于所述膜片(CCM)以0°至90°之间、尤其30°至60°之间、优选45°的角度定向。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述对中坝(10)在所述膜片(CCM)的边缘区域(R)中匹配于所述双极板(BPP)的几何形状，以便使所述膜片(CCM)在所述燃料电池堆(100)中对中，并且以便密封所述至少一个燃料电池(101)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述对中坝(10)以梯形的形状构造，其中，尤其是所述梯形的底边贴靠在所述膜片(CCM)上或所述膜片(CCM)的密封层(SG)上。
10.根据权利要求6和9所述的燃料电池堆(100)，其特征在于，
所述梯形具有平行于所述双极板(BBP)的闭合的冷却剂通道(GK)定向并且密封地贴靠在所述双极板(BBP)的闭合的冷却剂通道(GK)上的侧边。
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