用于制造电化学电池单元的方法与流程

文档序号:37023315发布日期:2024-02-09 13:18阅读:8326来源:国知局
用于制造电化学电池单元的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于制造电化学电池单元的方法以及一种根据权利要求15前序部分的电化学电池单元。


背景技术:

1、作为伽伐尼电池的燃料电池单元借助氧化还原反应将连续地供应到阳极和阴极的燃料和氧化剂转换成电能和水。燃料电池被使用在不同的固定应用和移动应用中,例如在无电网连接的房子中或者在机动车中、在轨道交通中、在航空中、在航天中以及在航海中。在燃料电池单元中布置作为反应堆的堆叠中的多个燃料电池。

2、在燃料电池单元中布置呈燃料电池堆的大量燃料电池。在燃料电池内部相应地存在用于氧化剂的气体空间,即用于引导氧化剂、例如来自周围环境的具有氧气的空气的流动空间。用于氧化剂的气体空间由双极板上的通道和用于阴极的气体扩散层构成。通道由此由双极板的相应的通道结构构成,并且氧化剂、即氧气通过气体扩散层到达燃料电池的阴极。以类似的方式存在用于燃料的气体空间。

3、由堆叠地布置的电解电池构成的电解电池单元类似于在燃料电池单元的情况下那样例如用于从水电解获得氢气和氧气。此外公知了下述燃料电池单元,所述燃料电池单元可以作为可逆的燃料电池单元并且由此作为电解电池单元运行。燃料电池单元和电解电池单元构成电化学电池单元。燃料电池和电解电池构成电化学电池。

4、在制造燃料电池单元时,燃料电池的层状部件,即质子交换膜、阳极、阴极、气体扩散层和双极板,被堆叠成具有燃料电池的反应堆。气体扩散层和/或膜电极组件在此基于布置被放置到双极板上。气体扩散层和/或膜电极组件具有小的质量和小的比重。出于这种原因,气体扩散层和/或膜电极组件在放置到双极板上之后可能例如由于空气流动而容易滑落,从而在一方面气体扩散层和/或膜电极组件与另一方面双极板之间在平行于从层状的部件展开的假想平面的方向上发生相对运动。这意味着,在将气体扩散层和/或膜电极组件放置到双极板上之后并且在布置另外的层状部件之前需要气体扩散层和/或膜电极组件相对于双极板的附加的费事的准确定向。


技术实现思路

1、根据本发明的用于制造电化学电池单元的方法,所述电化学电池单元用于作为燃料电池单元将电化学能转换成电能和/或用于作为电解电池单元将电能转换成电化学能,所述电化学电池单元具有堆叠的电化学电池,所述方法具有以下步骤:提供电化学电池的层状的部件、即优选质子交换膜、阳极、阴极、优选膜电极组件、优选气体扩散层和双极板;将层状的部件堆叠成电化学电池并且堆叠成电化学电池单元的反应堆,其中,提供双极板,从而在双极板中分别构造至少一个抽吸开口并且在制造期间借助抽吸开口中的负压吸住电化学电池的部件,使得借助负压将在抽吸开口处被吸住的部件固定在双极板上。以有利的方式,由此基于抽吸开口中的负压产生由此引起和导致的、双极板的接触面与被吸住的部件的接触面之间的压力,从而由此借助由此引发的力锁合和/或形状锁合的、双极板与部件之间的连接来实施将被吸住的部件固定在双极板上。由此以有利的方式可以在制造期间排除双极板与被吸住的部件之间的相对运动,从而由此确保被吸住的部件在双极板上精确的定位。

2、在一个补充的变体中,将被吸住的部件放置到双极板上并且在放置之前和/或期间和/或之后在抽吸开口中产生负压。

3、在一个另外的实施方式中,负压借助至少一个真空泵产生。

4、在一个补充的构型中,在每个双极板中构造多个抽吸开口,并且优选抽吸开口与集成到所述每个双极板中的空气通道以引导空气的方式彼此连接。

5、在一个补充的变体中,空气通道通到所述每个双极板的外侧上的特别是仅一个的连接开口中,从而借助连接开口处的负压在所述每个双极板的抽吸开口、特别是所有抽吸开口处产生负压。以有利的方式可以由此通过双极板的连接开口处的负压在该双极板的所有抽吸开口中产生负压或空气抽吸。

6、在一个另外的实施方式中,在制造期间借助抽吸开口中的负压吸住作为电化学电池的膜电极组件的部件。

7、符合目的地,在将膜电极组件放置到双极板上之后,抽吸开口布置在膜电极组件的副衬垫上,从而借助抽吸开口中的负压吸住膜电极组件的副衬垫。副衬垫对于空气具有小的可通过性,从而由此小的负压已经足够用于将副衬垫并且由此也将膜电极组件可靠地固定在双极板上。

8、在一个另外的构型中,在双极板和膜电极组件之间布置气体扩散层,其中,这对于不同的双极板、膜电极组件和气体扩散层优选时间上依次地实施。优选,在各一个双极板和各一个膜电极组件之间分别布置一个气体扩散层,其中,对于双极板、膜电极组件和气体扩散层优选实施这种做法。

9、在一个补充的实施方式中,在将膜电极组件放置到双极板上期间,双极板基本上水平地定向,膜电极组件被放置到第一双极板的上侧上并且借助抽吸开口中的负压被吸住,和/或膜电极组件被放置到第二双极板的下侧上并且借助抽吸开口中的负压被吸住。基本上水平地定向优选是指,双极板以与水平面小于30°、20°、10°或5°的偏差定向。

10、优选,每至少一个双极板与每至少一个被吸住的部件构成一个中间装配单元。中间装配单元由此包括一个双极板或多个双极板以及一个部件或多个部件。

11、在一个另外的构型中,中间装配单元在已经部分地堆叠的、具有堆叠的电化学电池的反应堆之外制造,并且然后将中间装配单元放置到已经部分地堆叠的、具有堆叠的电化学电池的反应堆上。

12、在一个补充的实施方式中,中间装配单元借助机器人被移动到已经部分地堆叠的、具有堆叠的电化学电池的反应堆处并且被放置到已经部分地堆叠的反应堆上。

13、在一个附加的变体中,部件和/或中间装配单元借助至少一个机器人通过至少一个机器人上的机械式抓取器和/或抽吸抓取器被移动。机械式抓取器例如构造为具有两个能运动的抓取臂或者构造为框结构用于放置至少一个部件和/或至少一个中间装配单元。

14、在一个补充的构型中,在移动中间装配单元期间,双极板的连接开口与至少一个机器人上的抽吸管以引导流体的方式连接,由此借助抽吸管中的负压在双极板的抽吸开口中产生负压。

15、一种根据本发明的电化学电池单元,所述电化学电池单元用于作为燃料电池单元将电化学能转换成电能和/或用于作为电解电池单元将电能转换成电化学能,所述电化学电池包括堆叠地布置的电化学电池,并且电化学电池包括分别堆叠地布置的层状的部件,并且电化学电池的部件优选是质子交换膜、阳极、阴极、优选是膜电极组件、优选是气体扩散层和双极板,其中,电化学电池单元借助在本保护申请文件中所述的方法制造,和/或在双极板中构造抽吸开口用于在制造期间借助负压吸住部件。

16、在一个补充的实施方式中,抽吸开口构造为贯通开口,所述贯通开口将双极板的上侧与双极板的下侧以引导流体的方式彼此连接。因此,为了在双极板的上侧上吸住层状的部件而需要的是,将负压施加给双极板的通到下侧中的贯通开口。因此,对于每个由贯通开口在上侧上的通入口形成的抽吸开口,分开地对于每个在下侧上的贯通开口相应地施加负压,例如借助作为抓取器的框结构上的抽吸管路施加。

17、优选,膜电极组件由各一个质子交换膜、各至少一个副衬垫、各一个阳极和各一个阴极构成,特别是构造为在阳极和阴极中具有催化剂材料的ccm(catalyst coatedmembran,催化剂涂层膜)。

18、优选,膜电极组件由各一个质子交换膜、各至少一个副衬垫、各一个阳极和各一个阴极构成,特别是构造为在阳极和阴极中具有催化剂材料的ccm(catalyst coatedmembran),并且附加地在膜电极组件上优选材料锁合地各固定有两个气体扩散层,在阳极上和在阴极上各一个,并且优选在制造期间将具有两个气体扩散层的膜电极组件放置到双极板上。

19、在一个另外的变体中,电化学电池单元包括至少50个、100个或200个堆叠的电化学电池。

20、在一个另外的变体中,借助在本保护申请文件中所述的方法制造在本保护申请文件中所述的电化学电池单元。

21、此外,本发明包括一种计算机程序,其具有被存储在计算机可读的数据载体上的程序代码模块,以便当计算机程序在计算机或相应的计算单元上被执行时执行在本保护申请文件中所述的方法。

22、此外,本发明的组成部分是一种计算机程序产品,其具有被存储在计算机可读的数据载体上的程序代码模块,以便当计算机程序在计算机或相应的计算单元上被执行时执行在本保护申请文件中所述的方法。

23、在一个补充的构型中,电化学电池单元是作为燃料电池堆的用于将电化学能转换成电能的燃料电池单元和/或用于将电能转换成电化学能的电解电池单元。

24、符合目的地,双极板构造为隔离器板并且在各一个阳极和各一个阴极之间布置电绝缘层、特别是质子交换膜,并且优选,电解电池分别包括用于分开地引导作为第三过程流体的冷却流体的第三通道。

25、在一个附加的变体中,电解电池单元附加地构造为燃料电池单元、特别是在本保护申请文件中所述的燃料电池单元,从而电解电池单元构成可逆的燃料电池单元。

26、在一个另外的变体中,第一物质是氧气,并且第二物质是氢气。

27、在一个另外的变体中,电解电池单元的电解电池是燃料电池。

28、在一个另外的变体中,电化学电池单元包括壳体和/或接线板。堆叠被壳体和/或接线板包围。

29、根据本发明的特别是用于机动车的燃料电池系统包括作为燃料电池堆的具有燃料电池的燃料电池单元、用于存储气态燃料的压力气体存储器、用于将气态氧化剂供应到燃料电池的阴极的气体供应装置,其中,燃料电池单元构造为在本保护申请文件中所述的燃料电池单元和/或电解电池单元。

30、根据本发明的电解系统和/或燃料电池系统包括作为电解电池堆的具有电解电池的电解电池单元、优选用于存储气态燃料的压力气体存储器、优选用于将气态氧化剂供应到燃料电池的阴极的气体供应装置、用于液态电解质的存储容器、用于供应液态电解质的泵,其中,电解电池单元构造为在本保护申请文件中所述的电解电池单元和/或燃料电池单元。

31、在一个另外的构型中,在本保护申请文件中所述的燃料电池单元附加地构成电解电池单元并且优选反之亦然。

32、在一个另外的变体中,电化学电池单元、特别是燃料电池单元和/或电解电池单元包括至少一个连接装置、特别是多个连接装置和夹紧元件。

33、符合目的地,用于电化学电池、特别是燃料电池和/或电解电池的部件优选是绝缘层、特别是质子交换膜、优选是膜电极组件、阳极、阴极、优选是气体扩散层和双极板、特别是隔离器板。

34、在一个另外的构型中,电化学电池、特别是燃料电池和/或电解电池相应地优选包括绝缘层、特别是质子交换膜、阳极、阴极、优选膜电极组件、优选至少一个气体扩散层和至少一个双极板、特别是至少一个隔离器板。

35、在一个另外的实施方式中,连接装置构造为螺栓和/或杆状地构造和/或构造为夹紧带。

36、符合目的地,夹紧元件构造为夹紧板。

37、在一个另外的变体中,气体供应装置构造为鼓风机和/或压缩机和/或具有氧化剂的压力容器。

38、电化学电池单元、特别是燃料电池单元和/或电解电池单元尤其包括至少3个、4个、5个或6个连接装置。

39、在一个另外的构型中,夹紧元件板状地和/或盘状地和/或平坦地构造和/或构造为格栅。

40、燃料优选是氢气、富含氢气的气体、重组气体或天然气。

41、符合目的地,燃料电池和/或电解电池基本上平坦地和/或盘状地构造。

42、在一个补充的变体中,氧化剂是具有氧气的空气或纯氧气。

43、优选,燃料电池单元是具有pem燃料电池的pem燃料电池单元或具有sofc燃料电池的sofc燃料电池单元或碱性燃料电池(afc)。

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