一种双极板及其应用，和用于制造该双极板的方法和包含该双极板的电化学系统的制作方法

专利名称：一种双极板及其应用，和用于制造该双极板的方法和包含该双极板的电化学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双极板、用于制造该双极板的方法以及涉及包含该双极板的电化学系统，正如燃料电池系统或电化学压缩机系统。
电化学压缩机系统可以是例如通过施加电势的电解池，其除了例如从水中产生氢和氧外还同时在压力下压缩。
除了这些之外，电化学压缩机系统也是公知的，例如供应气体分子氢的电化学氢气压缩机，并且其通过施加电势来电化学压缩。该电化学压缩尤其使得其本身压缩少量的氢，因为这里氢的机械压缩会更加显著地复杂。
电化学系统是已知的，其中利用若干电化学电池层构成电化学电池堆，该若干电化学电池层在所有情况下均是通过双极板彼此隔离的。同时，该双极板具有若干任务一电连接各个电化学电池的电极，例如燃料电池，以及将电流进一步引导到相邻电池(电池的串联连接)，一给电池供应介质，例如反应气体，以及通过气体分布结构(流场)带走反应产物，一带走在电化学电池生产过程中出现的废热，和一各种介质通道和冷却通道的互相密封，以及到外部的互相密封。
为了从双极板到实际电化学电池供应和除去介质，其中这些例如是具有气体扩散层(例如，金属或碳非纺织的气体扩散层)的MEA(膜电极组件，也就是膜电极单元)，其在任何情况下都是朝向双极板，该双极板可以具有用于冷却或用于供应和除去介质的开口。
在已知的燃料电池系统中，通过双极板两侧上的通道和弯曲结构沿着MEA实现气体分布。该通道结构的设计同时主要涉及在面对MEA的一侧最佳化气体分布。最主要的是具有金属双极板，由此，产生了一个问题，即由于气体分布区域的凸起通道结构，通过连接在每个板之间冷却水的分布和引导仅仅在空腔中产生。通过此冷却水的目标分布/引导在特定情况下是不确定的。此外，由于细小的通道结构，例如通过形成水，而变得阻塞，且因此阻止了例如气态介质的导通使得例如燃料电池系统的效率降低的这一事实，燃料电池系统的操作安全也可能受到损害。
此外，由于已知双极板的通道结构，其部分是很复杂的，对于它们的制造需要大量的凸刻工具。
较早公开的US2003/0162078 A1示出了具有用于电化学系统的一般类型的双极板的燃料电池布置，其包含具有用于介质分布的第一流场的第一板和具有用于介质分布的第二流场的第二板，其中第一板在第一流场区域中至少多个区域包括平面部分，从该平面部分离散凸起彼此间隔并以分布式方式凸起设置。
由此本发明的目的是提供包含一种双极板的电化学系统，或其制造方法，其中与目前工艺水平相比，达到廉价的制造能力和操作安全的优势，和尤其是获得简单和安全的冷却液供应。
该目的通过独立权利要求的主题，特别是根据本发明的双极板，根据本发明的用途和根据本发明的制造方法或根据本发明的电化学系统获得。
根据本发明，用于电化学系统的双极板包括具有用于介质分布的第一流场的第一板和用于介质分布的第二流场的第二板。接着，第一板在第一流场区域中至少多个区域包括平面部分，从该平面部分线性或离散凸起彼此间隔并以分布式方式凸起设置。
这些至少施加到第一板上，但是根据本发明，这些凸起当然也可以同时用于第一和第二板上。制造的这样双极板是有利的，因为首先优选由金属板组成的第一和第二板通过廉价的制造方法例如轧辊凸刻、冲压、液压成形、涡流凸刻等等提供凸起和/或通道结构，随后在相对通道结构和/或凸起的侧面上的第一和第二板通过锡焊、粘合或激光焊彼此连接或结合。
这样能够允许廉价制造的能力，尤其是允许大量操作，并可以用特别简单的方式制造彼此相隔的离散凸起，该凸起从平面部分凸出并或呈均匀方式分布在该表面上。因为对于所需要达到的材料没有复杂化和昂贵的成型步骤，因此利用简单凸刻方法，这些通常可以在单个循环(运转)中制造，例如，正如制造U形通道结构或制造复杂弯曲结构的情况。
因此，本发明的主题是用于两个凸刻板的燃料电池的金属双极板，其中至少一个板具有冲压结构；另一方面另一个板例如可能还具有直线通道结构。通过将这两个板连接成双极板，在这些板之间出现了用于冷却介质的通道系统，在任何情况下在外表面上用于分布反应气体的结构与燃料电池中的气流相适应。这种设置尤其适合于具有低工作压力的燃料电池系统和用于燃料电池堆，利用该电池堆，在实际堆外面实现电池的空气供应(所谓的外界空气供应或所谓的“自呼吸器(self-breather)”)。该板的凸刻通过简单、重复结构的应用得到简化。分配器结构对于不同尺寸和板形状的适应是简单的并且在很大的范围内是可能的。
本发明尤其有利的方面在于这样一个事实，通过第一板上的凸起或第二板上的通道结构的组合(或也可以是第一板和第二板上的凸起的组合)，可以在第一和第二板之间设计空腔，使得这里冷却液的目标导入是可能的，且不会负面影响流场的通道特性。
对于此，本发明设计第二板，其包括通道结构，并且在第一板上的凸起和在第二板上的通道结构以某种方式布置，使得在第一板和第二板之间形成用于引入冷却液的空腔，所述空腔例如布置在燃料电池堆的通孔上，例如其垂直于燃料电池堆的板面。
接着，对于在第一板上的凸起和在第二板上的相应通道结构进行设计是尤其有利的，使得这些凸起形成从通道结构的第一通道到通道结构的第二通道的冷却液跨接(连接通道)。例如如果彼此不连接的区域，例如彼此相邻的凹槽形成在第二板上，其没有以液体导通方式彼此连接，则是这种情况。这里，通过第一板到第二板的结合，发生这些凸起形成准″桥″或从例如一凹槽到一邻接凹槽的跨接(连接)。也就是，当其通过这些凸起从第一凹槽的第一空腔变化成第二凹槽的空腔，穿过板面的中央时该冷却液穿过(越过)该板平面的中央。
由于这种准无限冷却液流动路程是可预定的，没有它将导致复杂的介质分配器结构在燃料电池侧的流场上倾向于失败。
通过将分配器结构建议简化为重复，简单的几何形状，金属双极板的制造可以被简化(例如通过轧辊凸刻)。还能够想得到的是通过若干凸刻步骤来制造流场，通过这些步骤工具偏移并且在该板上复制多个相同结构。此外，通过以更均匀和可变的方式设计在板内部的冷却液流动可以发现一种可能性。
该系统优选设计成低压系统，也就是说，对于气体流的供应，其不需要能源密集的气体压缩(压紧)，因为通过具有小功率的风扇或泵的堆引入接近大气压力的反应气体。由于对于该堆的外围需要小功率，这种系统对于移动式应用是特别关心的，因为这里整体系统的高净输出是决定性的。通过例如H冲压设计和在双极板各自侧上的通道结构的巧妙结合，通过可能执行均匀排热可以执行冷却液的限定分布。已经示出，对于燃料电池的可靠性和高输出，均匀冷却是决定性的。这里建议的冲压和通道结构的结合允许在导入冷却液的设计中有大的范围。在横向的直线通道(阴极板后侧)中分布的冷却水还通过例如H冲压(阳极板后侧)的连接网络进一步引入到纵向的下一个直线通道中。通过阳极板上H冲压的目标设置，因此适合于燃料电池的需要可以最佳地引导冷却液沿着双极板流动。
通过利用简单几何形状作为气体分布结构得到许多优势，这些优势简化了双极板的制造或有助于增加燃料电池的输出能力。
在大区域中的流场可以通过简单、重复的分布结构适应双极板的尺寸和形状。各种冲压形状是可以想到的。同时，除了它们的形状之外，冲压还可能适应关于它们高度结构的电池中的需要。
该再现结构很适合于连续的凸刻方法(例如轧辊凸刻)，因为凸刻中材料刻纹低，并且同时均匀实现。此外该结构可以容易地(再)成型，因为其可以避免紧缠绕(U转动)。
尤其是，该冲压结构引起气体分布结构的硬度增加，假定避免了堆体的高挤压，通过该方法气体分布器挤压在一起。此外，均匀地和易变地可分配结构允许适应燃料电池的活性区域(MEA)需要的受压，通过该方法在组件之间的过渡电阻可以最小化。此外，通过冲压结构的可变性，两个独立板之间的接触点可以适应位置和分布，通过该方法两个板结合成双极板被显著地简化，最后该双极板可以关于该板之间的稳定性和接触电阻得到最佳化。
通过正交结合设置在阴极侧的纵向通道之间的小高度的横向通道，可以将″流体中断器″结合到空气通道中，借此增加空气电极的输出。因此还使得在双极板内部出现导入冷却液的可能性。
这里建议的冲压和通道结构的结合特别适于用低燃料气体压力操作的系统。存在于阳极和阴极上的多个气体通道或可能的气体通路导致相对于累积在电极上冷凝水的低敏感性。尤其是该冲压流场适于在没有持续氢气流通下工作的燃料电池(该系统具有很高的H2转化，例如＞90-95％)。在阴极上简单的线性通道系统通过风扇或鼓风机允许从外部向堆体供应(所谓的外界空气供应或岐管)。通过替换另外需要具有内部空气供应的泵和压缩机，堆体外围的消耗可以显著地降低和系统的总性能可以增加。
在相关的权利要求中说明了另外有益的形式。
根据本发明的双极板的一个有益实施例设想第一板包括用于分布燃料介质的凸起例如燃料电池阳极侧的分子氢，以及双极板的第二板包括用于分布介质的通道例如双极板阴极侧的空气或氧。尤其是在阳极侧上其形成离散结构，其提供了这样的优势，例如大于90-95％的引入氢实际上被消耗了。首先通过允许若干流动方向和因此大表面分布的离散结构，可以避免例如经过液体累积的结构阻塞。此外通过这个事实，即氢实际上完全消耗并且未消耗的氢不需要导出，可以构成所谓的“尽头”设置，其仅仅准备氢的供应，而不需要用于氢的回收等等。
双极板还有一个有益的实施例设想第二板，同样包括通道结构，其中这些至少在多个区域中线性地形成或以类似通道的方式形成。因此例如其使得设计许多凹槽平行放置并彼此紧挨成为可能，其不会引起复杂例如弯曲的结构，但是各通道彼此相邻和彼此隔离。同时该通道结构可能还具有高度差，也就是说通道结构的深度是不同的或垂直于平滑面的通道结构的凸起的程度是不同的。因此在板的平面之外优选地在常数0.3到0.7mm范围内的标准高度可以上升(相对于非变形平板，该测量涉及通道结构的最大高度)。然而这里为了例如形成“流动中断器”在高度上的变化是可能的，并且总的来说燃料电池由操作介质提供(其在尽可能大的表面上并且均匀)也变得可能。
根据本发明的凸起可以具有不同的形状，其从双极板的板的平面部分凸起。因此，这使得在板平面的平面图中的这些凸起具有例如C型、I型、U型、L型、H型、X型、V型或例如0型成为可能。这里可以轻易示出结构的情况由简单冲程组成和其相对于制造工艺可以轻易地制造。优选的是从表面部分离散凸起的同样类型的凸起在平面表面部分上实质上是均匀地分布。因此，例如在先前100cm2的纯平面上，在彼此离散间隔开的凸起凸刻之后，例如结合150到220个凸起，其中最初的100cm2，由凸起覆盖18到25cm2，剩余区域显示了纯平面表面部分。
在这里有利的是，关于它们最高延长的凸起，也就是说垂直于该板面，相对平面表面部分的该最远间隔表面具有0.3到0.7mm的高度，优选是0.4到0.6mm。同时，当然对于凸起也可能具有高度差。通过这些和通过轻微减小的凸起，这里例如可以增加朝向燃料电池聚合物电解质薄膜的有效接触面，或对于流场中发生的流动中断，其可以同样地用作改善介质的使用。
可能有利的是，设计在第一板上的凸起和在第二板上的相应通道结构使得在空洞中形成一个或多个冷却回路以引入冷却液。因此例如有可能通过在第一板上的凸起通过合适的连接通道将通道结构的一部分或者全部通道结构连接到大冷却回路中。而且提供各自不同的冷却液区域或设计在其中交织的弯曲冷却回路是可能的。
根据本发明，对该双极板尤其有利的是该双极板是例如钢、不锈钢、镍、铝或钛的金属材料，其中由于成本的原因，例如提供的是无腐蚀薄钢板。在准备好安装双极板的条件中，这里第一或第二板在所有情况下都具有0.1到0.6mm的厚度，优选是0.075到0.3mm。
通过凸刻、冲压、液压成形或涡流凸刻提供具有凸起或通道结构的第一和第二板并且随后将第一和第二板彼此连接来是有可能的。
根据本发明，板可能的用途在使用权利要求中通过实例进行说明。因此作为“介质分布板”的板使得它用于大量变化的电化学系统，例如电化学压缩机，而且用于燃料电池系统，尤其是高温燃料电池系统。不完全限制术语“双极板”的具体运用。因此在彼此远离的双极板的两个大表面上给予的不同电极对于所有的应用不是绝对必要的。因此它可以是单极板的情况。然而尤其有益和大范围的用途总是低压聚合物电解质薄膜燃料电池领域。
因此例如根据本发明的系统设想的是具有至少一个燃料电池的聚合物电解质薄膜系统，其中至少一个燃料电池由电解质薄膜组成，该电解质薄膜优选在两侧上具有气体扩散层，在其远离聚合物电解质薄膜的一侧，布置双极板的流场。
例如，这个燃料电池可以以具有外界空气的自我呼吸方式进行设计，例如在阴极侧。例如通过鼓风机也可以实现额外的通风。根据本发明，优选在燃料电池阳极侧布置凸起，对于分子氢的消耗同样具有廉价和“自调整”方式的问题，因为这通过一个或多个供给管引入到燃料电池的电化学活性区域中，但是由于这个燃烧气体相对有利地使用，所以不必将未燃烧的H2排出。因此提供上述的“尽头”设计还是可能的。相应构建的燃料电池的优势是相对低的工作压力，不需要复杂的控制电子设备和更高的H2转化。同时燃料电池系统效率通过冷却液的创造性引入得到进一步地增加。
在剩下的从属权利要求中说明了另外有利的实施例。现在通过若干附图来解释本发明。这里示出了

图1是根据本发明的电化学系统，图2是根据本发明的一系列各种可能的凸起的形状，图3a和3b是双极板的第一和第二板的平面图，图4a和4b是根据本发明在双极板中可能的冷却液流动路径。
图1示出了根据本发明的电化学系统，该例子是燃料电池系统。其包括第一燃料电池6.1和第二燃料电池6.2，其通过双极板1隔开。这里的燃料电池6.1和6.2由中心布置的聚合物电解质薄膜组成(例如，从DuPont公司的商品名为NAFION获得的)，其通常在两侧覆盖有气体扩散层。在任何情况下，燃料电池的阳极侧显示在薄膜的左侧，(例如对于燃料电池6.1的6.1a)，一个阴极侧显示在右面(例如对于燃料电池6.2的6.2b)。
根据本发明，在燃料电池6.1和6.2之间提供双极板1。其由第一板2和第二板3组成。第一板2具有第一流场2a，第二板3具有第二流场3a。这些流场适于介质分布，尤其适于在阳极或阴极侧上分布气态介质。这里的第一流场2a确保尽可能均匀地将分子氢分布到邻近燃料电池6.1，其作用在阳极侧6.1a上，其中将该燃料电池设计成所谓的“尽头”系统，其在阳极侧6.1a上仅仅包含供给管而没有用于未使用的气态氢的回流管。
这里该流场在燃料电池6.1的电化学活性表面上延伸使得实现均匀分布在此供应的介质(分子氢)。
在双极板1的燃料电池相对侧示出了燃料电池6.2的阴极侧6.2b。这里流场也在燃料电池6.2的电化学活性区域上延伸。然而在阴极侧上该空间没有以气密方式靠近外界。这里“自我呼吸”燃料电池的情况，其自身从外界空气获得氧气。当然通过鼓风机另外地获得空气耗用的增加是可能的。总的来说可以确定的是，这里示出的在低压下工作的系统，一方面具有高效率，另一方面相对控制工艺操作成本低，并以安全方式运行。这里甚至进一步可以增加燃料电池系统的效率，因为在第一板2和第二板3之间结合的空腔8中实现冷却液的引入，所述冷却液降低了燃料电池的工作温度并因此增加了能量效率。
再一次详细说明双极板1。在这里是用于电化学系统的双极板1的情况，其包含具有用于介质分布的第一流场2a的第一板2和具有用于介质分布的流场3a的第二板3，其中首先在第一流场的区域中至少部分区域具有平面部分4，从该平面部分以分布方式设置彼此间隔的离散凸起5。
这里是具有至少一个燃料电池(6.1)的聚合物电解质薄膜系统的情况，其中至少一个燃料电池由电解质薄膜组成，该电解质薄膜优选在其两侧具有气体扩散层，在其远离聚合物电解质薄膜(PEM)的一侧布置至少一个双极板的流场。
图2示出了可能凸起的多种实施例，其以成平面的方式将分布式平面离散地延伸在流场2a上并彼此间隔。这些具有可朝各种方向开口的例如“U”型形状(参见从左侧起四个第一实施例的形状)。随后是从左侧第五个的“O”形结构，最后“X”形状和到最右边的“V”形状。
因为这里是从“杆状”构造的结构的情况，在此这些凸起的每一个都可以容易地制造。图2中示出的杆还可以每个具有不同的高度。通过这，简化了气体流动到布置在阳极侧的电极。当然图2中示出的凸起的实例不是决定性的。该凸起可以设计为例如C形、I形、L形或包括其它简单几何结构的形状。
图3a和3b示出了所有情况下根据本发明的双极板1的平面图。
接着(图3a)，在平面图中示出了第一板2的外侧(也就是面对阳极侧的侧面)。在边缘区域中该板2包括密封，其没有更详细地示出，而且在角落，所有情况下具有拉长式孔形状，用于介质通道的连接通路。在中心示出了流场2a，其实质上以矩形的方式在燃料电池6.1的电化学活性区域的表面上延伸。燃料气体例如分子氢的供给管通过在顶部左侧或底部右侧示出的气体供给开口来实现。实质上将流场2a设计成平面部分4，从该平面部分设置在大面积上分布的彼此间隔的离散凸起5。这些离散凸起以彼此间规则的距离布置并具有实质上为字母″H″的形状。在100cm2的流场表面上提供近200个凸起。这些凸起的最小间距优选是在0.5mm和3mm之间。这里通过凸起覆盖的流场表面(这可以理解为在其上已经存在最小凸起的表面，因而不属于平面部分的任何东西)是流场总面积的20％到40％，优选是20到25％。
从平面部分4开始，在薄片平面外部凸出的该凸起在它们最高位置具有0.3到0.7mm的最大高度，优选是0.4到0.6mm。
图3b示出了包括通路结构7的第二板3。将这些通路结构7设计成彼此邻近放置的直线通路并彼.此不连接。这里是彼此邻近放置的类似准凹槽形式的情况。相对平面基底通常凸起0.3到0.7mm的这些通路结构也可以具有不同的高度(也就是第二板的平面，这里0.3到0.7是优选的正常高度)。
图3a和3b中示出的第一和第二板在远离凸起或通路结构的一侧是彼此刚性连接的。同时每个第一和第二板采用薄钢板进行设计。在平坦未成形部分的第一或第二板的厚度是0.1到0.2mm。这里将平钢板通过轧辊凸刻或冲压来制造第一和第二板，随后优选通过焊接、粘合或激光焊等等在相对通路结构或凸起的一侧上实现第一和第二板的结合。
图4a和4b示出了在第一板2和第二板3之间形成的空腔8的细节，并且其表示用于引入冷却液来冷却双极板1的闭合空腔。因此这里第二板3包括通路结构7，并且在第一板上的凸起5以及在第二板上的通路结构7以某种方式设置，使得在第一板2和第二板3之间形成用于引入冷却液的空腔。
这里图4a和4b示出了通过双极板1的“透视图”，有些是在X射线照片的情况下，其中所指示的空腔中可能的流动路径每种情况下以箭头表示。
这里图4a示出了包括根据图3a和3b的板的双极板1的流动路径。这里第一板包括图3a中所示的“H”形状截面，其中第二板(参见图3b)包括彼此邻接放置的类似凹槽截面，因此例如第一类似凹槽通路7.1和第二类似凹槽通路7.2。这里“H”的垂直组件彼此以与第一通路7.1或第二通路72相同的距离间隔，使得图4a中所示的位置部分重叠。通过这，对于第一通路7.1中引入的液体通过第一通路7.1中的″H″横向构件而引入到第二通路72中，而不从空腔8中引出变为可能。具有图4a中所示的结构，在相当大空间和以均匀方式在双极板1的空腔8中分布液体是可能的。因此通过以简单方式在阳极板上的H冲压的目标设置，冷却液流量适于燃料电池的需要，其在X或Y方向以优选的方式沿着双极板引导。
因此这里在双极板的情况，其中在第一板2上的凸起5和在第二板3的相应通路结构7被设计，使得凸起5形成从通路结构的第一通路7.1到通路结构的第二通路7.2的冷却液连接通道。
最后图4b示出了根据本发明的双极板空腔形状的另一实施例。这里在图4b的左侧示出了冷却液的弯曲导通。对于此，再次示出彼此邻近放置的类似凹槽通路(为了断开流体其也具有高度变化)，其通过连接网10在不规则的位置彼此连接(这里连接网10由第一板2上的“I”形凸起5形成)。在图4b的左侧，示出了冷却液的弯曲导通，其中给出了单个弯曲结构，其形成完全闭合的空腔8。
在图4b的右侧还示出了一种可能性。这里通过凸起5的另一个布置，例如其设计为″I″形凸起10，引导冷却液的另一个方式是可能的。这里，形成表明独立冷却回路的两个弯曲结构。因此8.1示出了与8.2分离的冷却回路，其中这些可以依次彼此相互交织。
因此这里示出了双极板，其中在第一板2上的凸起和在第二板3上的相应通路结构7被设计，使得为引入冷却液在空腔中形成一个或多个冷却回路8.1、8.2。
根据本发明，用于电化学系统的双极板还有一个重要的优势是从一侧完全凸起来设计这些凸起，该双极板包含具有用于介质分布的第一流场的第一板和具有用于介质分布的第二流场的第二板，其中在第一流场区域的第一板至少部分区域包括平面部分，从该平面部分以分布式方式彼此间隔设置离散凸起。这样，使用尤其简单和廉价的压花模来制造单个板是可能的，而且处理简单，因为其不是在两侧上凸刻板的情况，对于板平面安装，在任何情况下需要装载一个凸起，但是该板可以在“稳定”平坦侧上沉积。
通过在每种情况下在一个方向凸刻，获得具有等同功能的可能最薄的双极板。此外，通过仅仅在一个方向上进行凸刻，因此形成尽可能薄的双极板并因此在不影响功能安全情况下节约体积。
权利要求
1.一种用于电化学系统的双极板(1)，其包括具有用于介质分布的第一流场(2a)的第一板(2)和具有用于介质分布的第二流场(3a)的第二板(3)，其中第一板在第一流场区域中至少多个区域具有平面部分(4)，从该平面部分离散凸起(5)彼此间隔并以分布式方式凸起设置，其特征在于第二板包括通路结构(7)，以某种方式设置第一板上的凸起(5)和第二板(3)上的通路结构(7)，使得在第一板(2)和第二板(3)之间形成用于引入冷却液的空腔(8)，在第一板(2)上的凸起(5)和在第二板(3)上的相应通路结构(7)被设计，使得该凸起(5)形成从通路结构的第一通路(7.1)到通路结构的第二通路(7.2)的冷却液的跨接。
2.根据权利要求1的双极板，其特征在于至少第一板(2)包括用于在燃料电池(6.1)阳极侧(6.1a)上分布燃料介质的凸起(5)，以及设计双极板(1)的第二板(3)用于分布介质，例如双极板(1)阴极侧(6.2)上的空气或氧。
3.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于第二板(3)包括通路结构(7)，其中这些至少在多个区域中被设计成线性地和/或类似凹槽和/或第二板同样地包括彼此间隔的离散凸起。
4.根据权利要求3的双极板，其特征在于将通路结构(7)设计成彼此邻近放置的直线通路。
5.根据权利要求3或4之一的双极板，其特征在于通路结构(7)具有高度差。
6.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于该凸起是C、I、U、L、H、X、V、O形。(图2)
7.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于该凸起(5)相对平面部分(4)具有0.3到0.7mm的高度，优选是0.4到0.6mm。
8.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于该凸起(5)具有高度差。
9.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于在第一板(2)上的该凸起(5)和在第二板(3)上的相应通路结构(7)被设计使得在空腔中形成用于引入冷却液的一个(8.1)或多个冷却回路(8.1、8.2)。
10.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于其是例如钢、不锈钢、镍、铝或钛的金属。
11.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于该双极板(1)是薄钢板或不锈钢薄钢板。
12.根据以上权利要求之一的双极板，其特征在于在任何情况下第一或第二板的材料厚度在它们未成形部分是0.05到0.6mm，优选是0.075到0.3mm。
13.一种用于制造根据以上权利要求之一的双极板的方法，其特征在于第一板(2)和第二板(3)通过轧辊凸刻、冲压、液压成形、涡流凸刻提供凸起和/或通路结构，随后在相对通路结构和/或凸起的侧面上的第一和第二板优选通过焊接、粘合或激光焊彼此结合。
14.电化学系统(9)，其包含根据权利要求1到12之一的至少一个双极板。
15.根据权利要求14的系统，其特征在于其是具有至少一个燃料电池(6.1)的聚合物电解质薄膜系统，其中该至少一个燃料电池由电解质薄膜组成，该电解质薄膜优选在两侧具有气体扩散层，在远离聚合物电解质薄膜的一侧，布置至少一个双极板(1)的流场。
16.根据权利要求15的系统，其特征在于在阴极侧(6.2b)上具有外界空气的燃料电池(6.2)是自我呼吸或强制通风式。
17.根据权利要求1到12之一的板在电化学系统例如燃料电池、电解池和电化学压缩机中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种用于电化学系统的双极板(1)，包括具有用于介质分布的第一流场(2a)的第一板(2)和具有用于介质分布的第二流场(3a)的第二板(3)。第一板在第一流场区域中至少多个区域包括平面部分(4)，从该平面部分离散凸起(5)以分布方式彼此间隔开凸起设置。此外，提出一种用于制造该双极板的方法以及包含该双极板的电化学系统。根据本发明，可以以一种廉价的方法来制造双极板，其允许燃料电池结构具有低外围消耗(泵、压缩机)的作用并且其相对于它们的操作更安全。
文档编号H01M8/02GK101019259SQ200580010213
公开日2007年8月15日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月30日
发明者S·索默, B·高格勒, C·孔茨, R·斯特罗贝尔, C·施莱尔, J·舍里 申请人:莱茵兹-迪茨通斯-有限责任公司