具有流动分配器的燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种燃料电池，特别是聚合电解质燃料电池（聚合物电解质燃料 电池（PEFC)、质子交换隔膜燃料电池（PEMFC))，所述燃料电池具有阳极-阴极堆栈 (Anoden-Kathoden-Stapel)，该阳极-阴极堆栈包括至少一个活性面层，该活性面层设 计为具有第一通道结构，该第一通道结构具有第一通道和至少一个第二通道，以用于在阳 极-阴极堆栈的所述至少一个活性面层上引导第一流体，并且其中，设有第一分配结构以 用于将第一流体分配到通道结构的所述第一通道和所述至少一个第二通道中。此外，本发 明涉及一种用于运行具有阳极-阴极堆栈的燃料电池的方法，该阳极-阴极堆栈包括活性 面层，该活性面层由具有至少两个用于在活性面层上引导第一流体的通道的第一通道结构 形成。
【背景技术】
[0002] 燃料电池，特别是这样的混合动力机动车的燃料电池以已知的方式配设有具有多 个阳极和阴极的阳极-阴极堆栈（双极板堆栈），这些阳极和阴极分别形成堆栈的层并且 借助于其间设置的隔膜分隔。为了在隔膜中可以发生质子运输，必须将氢气（以气体的形 式）和氧气（以空气的形式）以及必要时冷却剂（以液态水的形式）输送到相应的层中。 此外规定，在阳极-阴极堆栈上设有至少一个用于相应的层的通道结构，所述通道结构借 助于多个通道在活性面上引导所述流体。此外，在所述通道结构的边缘上构成分配结构，借 助于该分配结构将相应的流体分配到通道中。
【发明内容】
[0003] 按照本发明，创造一种具有阳极-阴极堆栈的燃料电池，该阳极-阴极堆栈包括至 少一个活性面层，该活性面层构成为具有第一通道结构，该第一通道结构具有第一通道和 至少一个第二通道，以用于在阳极-阴极堆栈的所述至少一个活性面层上引导第一流体， 并且其中，设有第一分配结构以用于将第一流体分配到通道结构的所述第一通道和所述至 少一个第二通道中，其中，第一分配结构设计为具有配设给所述第一通道的第一面区域和 配设给所述第二通道的第二面区域，并且其中，所述两个面区域设计为具有对于在第一分 配结构中分配的第一流体的不同大小的流动阻力。
[0004] 按照本发明的解决方案改善了在燃料电池的阳极-阴极堆栈上要在该燃料电池 的活性面上引导的流体的流体动力的情况。所述解决方案基于如下指示，即，相应的流体在 面层的通道中基本上尽可能层状地流动。如下连续方程适用于这样的流动：
【主权项】
1. 具有阳极-阴极堆栈的燃料电池，该阳极-阴极堆栈包括至少一个活性面层（10)， 该活性面层设计为具有第一通道结构（24)，该第一通道结构具有第一通道和至少一个第二 通道（26)，以用于在阳极-阴极堆栈的所述至少一个活性面层（10)上引导第一流体（30)， 并且其中，设有第一分配结构（40)以用于将第一流体分配到通道结构（24)的所述第一通 道和所述至少一个第二通道（26)中，其中，第一分配结构（40)设计为具有配设给所述第一 通道（26)的第一面区域（42)和配设给所述第二通道（26)的第二面区域（44)，并且其中， 所述两个面区域（42、44)设计为具有对于在第一分配结构（40)中分配的第一流体（30)的 不同大小的流动阻力。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池，其中，借助于对于在第一面区域（42)中和在第二 面区域（42)中流动的流体（30)的不同大小的流动层厚度（50)设计对于在第一分配结构 (40)中分配的第一流体（30)的不同大小的流动阻力。
3. 根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中，在所述第一分配结构（40)上连接有用 于将流体（30)输送至第一分配结构（40)的第一流入导管（52)，第一通道（26)比第二通道 (26)设置在活性面层（10)的与第一流入导管（52)离更远的区域中，并且第一面区域（42) 的流动阻力比第二面区域（44)的流动阻力更小地设计。
4. 根据权利要求3所述的燃料电池，其中，所述第一流入导管（52)居中地设置在第一 分配结构（40)的一侧上，所述第二通道（26)设置在活性面层（10)的所属的中间区域中并 且第一通道（26)与此相对地设置在活性的面层（10)的边缘区域中。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池，其中，为了在第二面区域（44)中产生较大的流动 阻力，在那里规定在第二面区域（44)中流动的流体（30)的流动层厚度（50)在俯视图中呈 V形的减小部。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池，其中，所述第一通道结构（24)相对于第二通道结 构（24)借助于第一双极板（38)界定，该第一通道结构具有至少两个用于在活性面层（10) 上引导第一流体（30)的通道（26)，该第二通道结构具有至少两个另外的用于在活性面层 (10)上引导第二流体（32 ;34)的通道（26)，并且借助于所述第一双极板（38)的拱曲部 (48)在第二面区域（44)中制造流动层厚度（50)在俯视图中呈V形的减小部。
7. 根据权利要求6所述的燃料电池，其中，所述第二通道结构（24)相对于第三通道结 构（24)借助于第二双极板（54)界定，该第二通道结构具有至少两个另外的用于在活性面 层（10)上引导第二流体（32)的通道（26)，该第三通道结构具有再至少两个另外的用于在 活性面层（10)上引导第三流体（34)的通道（26)。
8. 根据权利要求7所述的燃料电池，其中，在第二双极板（54)中同样设有在俯视图中 呈V形的拱曲部（56)。
9. 根据权利要求8所述的燃料电池，其中，在所述第二双极板（54)中的拱曲部（56)在 俯视图中构成在第一双极板（38)中的拱曲部（48)的内部。
10. 用于运行具有阳极-阴极堆栈的燃料电池的方法，该燃料电池包括活性面层（10)， 该活性面层由具有至少两个用于在活性面层（10)上引导第一流体（30)的通道（26)的第 一通道结构（24)形成，所述方法具有如下步骤：将第一流体（30)穿过分配结构（40)分配 到第一通道结构（24)的所述第一通道和所述至少一个第二通道（26)中，其中，第一流体 (30)通过分配结构（40)以与输送至第二通道（26)不同大小的流动阻力而输送至第一通道 (26) 〇
【专利摘要】在具有阳极-阴极堆栈(12、14、20、22)的燃料电池中，该阳极-阴极堆栈包括至少一个活性面层(10)，所述活性面层设计为具有第一通道结构(24)，该第一通道结构具有第一通道和至少一个第二通道(26)，以用于在阳极-阴极堆栈的所述至少一个活性面层(10)上引导第一流体(30)，并且其中，设有第一分配结构(40)以用于将第一流体(30)分配到通道结构(24)的所述第一通道和所述至少一个第二通道(26)中，第一分配结构(40)设计为具有配设给所述第一通道的第一面区域(42、46)和配设给所述第二通道的第二面区域(44)，并且所述两个面区域(42/45、44)设计为具有对于在第一分配结构(40)中分配的第一流体(30)的不同大小的流动阻力，其中，不同的流动阻力通过不同的流动通道高度达到。
【IPC分类】H01M8-10, H01M8-02, H01M8-24, H01M8-04
【公开号】CN104781968
【申请号】CN201380058933
【发明人】M·鲍尔, A·布赫纳, S·哈斯
【申请人】宝马股份公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2013年10月11日
【公告号】DE102012221676A1, EP2926399A1, US20150255804, WO2014082784A1