专利名称：内部连接装置和生产燃料电池堆的接触装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃料电池堆的内部连接装置，其可与燃料电池堆 的至少一个电解质膜结构产生导电连接。
此外，本发明还涉及一种生产燃料电池堆的接触装置的方法。
背景技术：
通常可以提供多个单独的燃料电池或者说电解质膜结构组合成所谓 的燃料电池堆用于获得比仅提供单个燃料电池更大的电力。此外，燃料电 池堆的相邻的燃料电池分别通过连接燃料电池的内部连接装置不仅电气 地而且机械地相互连接。因此，通过借助于内部连接装置连接单个的燃料 电池形成相叠堆积的、电串联的燃料电池，这些燃料电池共同形成燃料电 池堆。通常将属于现有技术的内部连接装置设计成气体分布结构，通过该 气体分布结构将工作气体输送给各个电解质膜结构。气体分布结构可以例 如部分地通过内部连接装置的外壳部分构成。为此，在内部连接装置的外 壳部分处通常设置管道状延伸的凹部或者说拱形结构，其形成气体管道的 一段管道壁。另一段管道壁在内部连接装置的安装好的状态下在燃料电池 堆中例如部分地通过电解质膜结构、特别是通过相邻的电解质膜结构的阳 极或阴极形成，从而在外壳部分上方或下方产生由两段管道壁形成的气体 管道。燃料电池堆的这种气体分布结构经常也被称作多支管。通过多支管 将用于每个电解质膜结构的工作介质气体分布到相应的电极室中。
一般来说，燃料电池堆主要由铁素材料制成。铁素材料在高温时具有 极小的机械稳定性，其在变形中可表现为流动或蠕动。这特别发生在这种 情况下，即通过由薄壁的金属板压铸的结构形成空腔，如同前述的具有空 气管道的空气分布结构的情况下。为了避免这种变形，经常在相应的空腔 中使用垫片，垫片设置在内部连接装置的外壳部分和电解质膜结构的外壳 部分之间并且因此有助于燃料电池堆的稳定性。内部连接装置的已经公知的实施方式例如设置有框架，该框架也围绕燃料电池堆延伸到燃料电池堆 的边缘区域中，特别是通过环形的结构延伸到多支管的区域中，多支管至 少部分地直接从内部连接装置的一个或两个外壳部分的金属板中获得。之 后，在张紧的燃料电池堆中力通量主要穿过这些区域，即例如穿过边缘区 域中的环状结构传导。然而，大部分穿过边缘区域中的框架以及很少量穿 过燃料电池堆的多支管的中心区域的这种力通量传导或者说力传递导致 了许多显著的缺点。因此力通量例如穿过密封材料延伸，该密封材料在接 合中分别设置在单个燃料电池和内部连接装置之间，并且大多由玻璃陶瓷 构成。然而玻璃陶瓷特别是在燃料电池堆工作时的高温下容易出现蠕动或 流动。在密封件的相应的应力下，燃料电池堆的张紧通过这种蠕动行为随 时间极大地减小。垫片的使用使得单个内部连接装置变得稳定，然而整个 燃料电池堆的稳定性由于密封件的蠕动行为继续极大地减小。为了尽可能 避免密封件的蠕动，根据现有技术建议使用所谓的混合密封件，其由机械 稳定的陶瓷体或金属体以及玻璃组成。此外，在如同特别结合S0FC-燃料
电池堆的运行发生的温度超过85(TC时几乎没有使用弹性构件的可能性。 由此在燃料电池堆的边缘区域上的密封件以及燃料电池堆(活性表面)的 位于更里面的电接触装置始终通过内部连接装置与边缘处的密封件产生 冲突。由于很难在电解质膜结构的阴极和内部连接装置的外壳部分、特别 是金属板部分之间产生材料配合，故存在对于在活性表面中作用的力通量 的依赖性。如果将燃料电池堆在边缘区域和在多支管中通过使用固体材 料、例如通过垫片得以支撑，在燃料电池堆的活性区域中的材料蠕动会导 致单个燃料电池之间失去电接触以及因此导致整个系统的衰减。
发明内容
因此本发明的目的在于，如此改M类内部连接装置和用于生产内部连接装 置的部件的方法，使得即使在较高的工作温度下也能够确保燃料电池堆的单个燃 料电池的接触。
该目的Mil独立权利要求的特征实现。
本发明的其它有利的设计方案和改进方案从从属权利要求中产生。
根据本发明的接触装置在此类现有技术的基础上如此改进，即内部连接装置
4包括镍泡沫，其设置在内部连接装置的至少一个外壳部分和电解质膜结构之间用 于产生导电连接。镍泡沫优选与电解质膜结构的阳极接触。由此在内部连接^S 面向阳极的一侧上得至购匀的镍表面，其可以理想地连接到阳极的镍上。
根据本发明的内部连接装置可以以有利地方式如此改进，即在镍泡沫中置入 固体铁素铬钢或固体铁素钢，其也可以针对燃料电池堆的其它的部件使用。通过 使用因此而稳定的镍泡沫可以更加有效地传导穿过燃料电池堆的活性区域的力 通量。作为用于置入镍泡沫中的材料可以是结合燃料电池堆的稳定t妙刑吏用的材 料，只要该材料具有所需的电、热、机械和化学的特性。此外，特别雌是这种 材料，其也可以针对燃料电池堆的常见的部件、特别是针对内部连接磁带
(IrrterkonnektorkassetterO使用。
此外，还可以如此设计内部连接装置，即将铁素铬钢或铁素钢以至少一^^ 属丝或金属板条的形式置入镍泡沫中。由此能够使通过燃料电池堆的张紧产生的 力通量穿过固体材料、如电解质膜结构(MEA)、极大压縮的镍泡沫、至少一个置 入镍泡沬中的金属丝或金属板条、接触杆件等传导。因此力通量以提高了的大小 穿过燃料电池堆的活性区域传导。镍泡沬的稳定^M过置入固体材料、如铁素 铬钢金属丝或铁素铬钢金属板条实现，其中将金属丝例如滚压在镍泡沫中。
此外，可以如此实现根据本发明的内部连接装置，即金属丝被滚压以及如此 设置在镍泡沫中，使得金属丝的扁平滚压的表面部分分别与外壳部分和电解质膜 结构接触。因此以有禾啲方式在内部连接装置的外壳部分和电解质膜结构之间不 存在线性接触，这是因为金属丝至少在直接位于力通量中的段上被扁平滚压。由 此例如提供了针对内部连接装置的外壳部分和电解质膜结构的金属丝的例如两 个平面的、相互面对面的接触表面或者说表面部分，力通量可以通过该接触表面 延伸。
根据本发明的重复单元具有根据本发明的内部连接装置和电解质膜结构，该 电解质膜结构与根据本发明的内部连接装置存在导电连接。 根据本发明的燃料电池堆具有多个根据本发明的重复单元。 在根据本发明的生产用于燃料电池堆的接触装置的方法中(接触装置具有稳 定的镍泡沫，该镍泡沫特别用于容纳在根据本发明的内部连接装置的外壳部分和 电解质膜结构之间)，首先生产镍泡沬束，紧接着将也针对燃料电池堆的其它的 部件使用的铁素铬钢或铁素钢以至少一根金属丝或金属板条的形式滚压到镍泡沫中。由此结合根据本发明的内部连接，所提到的优点以相同或类似的方式得 出，因此为了避免重复参阅结合根据本发明的内部连接装置所描述的优点。
根据本发明的方法可以以有利的方式如此改进，即稳定后的镍泡沫连同在其 中置入的至少一根金属丝或金属板条被切割成束段。
下面参照附图 喊明本发明的 的实施方式。其中 图1是根据本发明的在燃料电池堆中的内部连接装置的示图以及 图2是用于实施根据本发明的方法的生产线的示图，该方法适合用于生产稳 定的镍泡沫。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的在燃料电池堆34中的内部连接装置10的示图。为 了简化下面的说明仅示出三个电解质膜结构52以及两个内部连接装置。然而燃 料电池堆34可以包括任意多个电解质膜结构52，这些电解质膜结构52具有将其 连接起来的内部连接装置10。在所示的情况下，根据本发明的内部连接装置10 设置在两个电解质膜结构52之间，每个电解质膜结构52包括至少一个阳极12、 一个电解质14以及一个阴极16。此外，每个电解质膜结构52以及一个与电解质 膜结构52的阳极12接触的内部连接装置10构 料电池堆的重复单元。
内部连接装置10包括上面的外壳部分22和下面的外壳部分26。上面的外壳 部分22 m31玻璃陶瓷密封件20与设置在内部连接装置10上方的电解质膜结构 52的电解质14连接。与此相反，下面的外壳部分26 M多个接触杆件30与设 置在该内部连接装置10下方的电解质膜结构52的阴极16连接。此外，可以设 置任意多个接触杆件30。下面的外壳部分26、上面的外壳部分22以及阳极12 构成空腔，其中容纳带有置入其中的金属丝18的镍泡沫28。金属丝18特别是铁 素铬钢金属丝。同时，每根金属丝18都容纳在下面的外壳部分26的拱形结构中 并且分别与其拱形基底接触。此外，金属丝18与上面的电解质膜结构52的阳极 12接触。根据在下面的外壳部分26中的拱形结构的数量可以在拱形结构中设置 任意多1t^属丝18。在下面的外壳部分26的下侧面上，即在下面的外壳部分26 和下面的电解质膜结构52之间，借助于在下面的外壳部分26中形成的拱形结构、接触杆件30以及下面的电解质膜结构52分别构成气体管道32。在这种情况下， tti^将富含氧的气体或纯的氧气穿过气体管道32传导，与此相反，将富含氢的 气体或纯的氢气通过镍泡沫28传导。此外，如lt树每^^属丝18进行滚压，即 仅有金属丝18的扁平滚压的表面部分与上面的电解质膜结构52的阳极12和下 面的外壳部分26、特别是与下面的外壳部分26的拱形结构的基底接触。在这种 情况下，上面的外壳部分22与下面的外壳部分26 M焊缝24相互连接。
图2示出了用于实施根据本发明的方法的生产线的示图，该方法适合用于生 产稳定的镍泡沫。首先将一个或多个金属丝束36相互平行地通过生产线的设置 有槽的导向滚轮40引导。同时，可以借助于导向滚轮40中的槽确定相互平行延 伸的金属丝束36之间的距离。在经过导向滚轮40之后，金属丝束36承受在其 上侧面和下侧面借助于金属丝辊42的滚压。由此得到滚压后的金属丝束50，其 至少在其上侧面和下侧面上上被扁平滚压。随后金属丝束50通过生产线的另一 个导向滚轮40到达生产线的两^H臬泡沫辊44之间。在该位置上同时在镍泡沫辊 44之间引导镍泡沫束38，该镍泡沫束38具有至少与相互平行设置的滚压的金属 丝束50的数量相匹配的宽度。在经过镍泡沫辊44之后，金属丝束50 M借助 于镍泡沫辊44的滚压置入镍泡沫束38中，由此形成稳定的镍泡沫束。接下来稳 定的镍泡沫束与在其中置入的和滚压的金属丝束50承受借助于切割装置46的切 割过程，从而形成单个与内部连接装置10匹配的或者说为内部连接装置10设计 的稳定的镍泡沫束段48。
在上述的说明书、图例以及在权利要求中公开的本发明的特征可以独 立地或者任意组合，为实现本发明是不可缺少的。附图*射己
12电解质膜结构的阳极 14电解质膜结构的电解质 16电解质膜结构的阴极 18金属丝 20玻璃陶瓷密封件 22上面的外壳部分 24焊缝
26下面的外壳部分
28镍泡沫
30接触杆件
32气体管道
34燃料电池堆
36金属丝束
38镍泡沫束
40导向滚轮
42金属丝辊
44镍泡沫辊
4&切割装置
48稳定的镍泡沫束段
50滚压的金属丝束
52电解质膜结构
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权利要求
1.一种用于燃料电池堆(34)的内部连接装置(10)，其能够与燃料电池堆(34)的至少一个电解质膜结构(52)导电连接，其特征在于，所述内部连接装置(10)包括镍泡沫(28)，所述镍泡沫(28)设置在内部连接装置(10)的至少一个外壳部分(22、26)和电解质膜结构(52)之间，用于产生导电连接。
2. 按照权利要求l所述的内部连接装置(10)，其特征在于，将固体铁 素铬钢(18)或固体铁素钢置入镍泡沫(28)中，所述固体铁素铬钢(18) 或固体铁素钢也用于燃料电池堆(34)的其它的部件。
3. 按照权利要求2所述的内部连接装置(10)，其特征在于，所述固体 铁素铬钢(18)或固体铁素钢以至少一根金属丝(18)或金属板条的形式 置入镍泡沫(28)中。
4. 按照权利要求3所述的内部连接装置(10)，其特征在于，所述金属 丝(18)被滚压以及如此设置在镍泡沫(28)中，即所述金属丝(18)的 扁平滚压的表面部分分别与外壳部分(26)以及电解质膜结构(52)接触。
5. —种具有按照权利要求1至4中任一项所述的内部连接装置(10) 以及电解质膜结构(52)的重复单元，所述电解质膜结构(52)与内部连 接装置导电连接。
6. —种具有多个按照权利要求5所述的重复单元的燃料电池堆。
7. —种用于生产燃料电池堆(34)的接触装置的方法，所述接触装置 具有稳定的镍泡沫(28)，所述镍泡沫特别用于容纳在内部连接装置(10) 的外壳部分(26)和电解质膜结构(52)之间，其中，所述方法包括以下 步骤-生产镍泡沫束以及-将铁素铬钢或铁素钢以至少一根金属丝(18)或金属板条的形式滚压到 镍泡沫(28)中，所述铁素铬钢或铁素钢也用于燃料电池堆(34)的其它 的部件。
8. 按照权利要求7所述的方法，其特征在于，稳定的镍泡沫(28)连 同在其中置入的至少一根金属丝(18)或金属板条被切割成束段。
全文摘要
本发明涉及一种用于燃料电池堆(34)的内部连接装置(10)，其可与燃料电池堆(34)的至少一个电解质膜结构(52)导电连接。根据本发明，内部连接装置(10)包括镍泡沫(28)，其设置在内部连接装置(10)的至少一个外壳部分(22、26)和电解质膜结构(52)之间，用于产生导电连接。此外，本发明还涉及一种用于产生针对燃料电池堆(34)的接触装置的方法。
文档编号H01M8/02GK101663783SQ200880011156
公开日2010年3月3日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年4月2日
发明者安德烈亚斯·莱纳特 申请人:斯塔克塞拉有限公司