双极板、用于双极板的留置样品、系统、以及用于生产和测试双极板的方法与流程

1.本文涉及一种用于电化学系统的双极板、涉及用于双极板或流动板的留置样品、涉及包括留置样品和双极板或流动板的系统、涉及流动板，涉及用于生产双极板或流动板的方法、以及用于测试双极板或流动板的留置样品的方法。该电化学系统可以例如是燃料电池系统、电化学压缩机、氧化还原液流电池、用于电化学系统的加湿器、或者电解器。


背景技术：

2.已知的电化学系统通常包括成堆叠的电化学电池，它们各自被隔板彼此分开。这样的双极板可以用于例如间接地电接触单个电化学电池(例如燃料电池)的电极和/或电连接相邻的电池(电池串联)。双极板通常由结合在一起的两个单独的隔板形成，它们也可以被称为隔板。双极板的隔板可以通过材料结合，例如通过一个或多个焊接接头，特别是通过一个或多个激光焊接接头而结合在一起。
3.双极板和/或隔板可以各自具有或形成这样的结构，这些结构例如构造成对由相邻的双极板界定的电化学电池提供一种或多种介质，和/或从其中去除反应产物。该介质可以是燃料(例如氢或甲醇)或反应气体(例如空气或氧气)。此外，双极板和/或隔板可以具有用于引导冷却介质经过双极板的，特别是经过被双极板的隔板封围的腔体的结构。此外，双极板可以构造成可传递当在电化学电池中转换电能和/或化学能时所产生的废热，并且还相对于彼此和/或相对于外部来密封各种介质通道和冷却通道。
4.此外，双极板通常各自具有多个贯通开口。经过这些贯通开口，介质和/或反应产物可以被传导到由堆叠的邻近的双极板所界定的电化学电池或者进入到由双极板的隔板形成的腔体中，或者可以被传导到电池外或者腔体外。电化学电池单体通常还各自包括一个或多个膜电极组件(meas)。meas可以具有一个或多个气体扩散层，这些扩散层通常定向成朝向双极板，并且形成为例如金属料毡或碳料毡(fleece)。
5.隔板以及流动板可以各自由成型的金属板形成、例如由浮凸或深拉的不锈钢板形成。这种金属板通常的厚度约为60μm至最多150μm。由于这些是非常精致但又相对较大的部件，双极板或隔板在某些情况下可能难以操纵。一方面，由于隔板的较小厚度的缘故，隔板或双极板对机械变形的反应可能很敏感。此外，要避免对尚未涂覆或已经涂覆的区域的污染。然而，由于它们的表面的用于很多种的功能的多样的性质的缘故，隔板或双极板应当通常只在其基本非结构化的边缘区域进行操纵。在实践中发现，由于边缘锋利的缘故，这并不总是可能的，或者并不总是这样做。因此，需要处理这些隔板或双极板的人或机器并不总是能够以适当的方式运输、定位、抓取或操纵隔板或双极板。结果，隔板或双极板经常受到污染，这是例如由人的指纹或自动抓取系统等吸力提升工具的残留物造成的污染，和/或隔板或双极板的变形或者隔板或双极板的定位不准确。
6.另一个问题在于隔板、流动板或双极板的质量保证，因为传统的测量方法只能在有限的范围内或者只能以破坏性的方式用在成品部件上。
7.此外，附加期望的是，例如在投诉的情况下，可以建立起成品双极板或流动板的可追溯性。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了解决至少一个或多个上文提及的问题。
9.该目的通过根据所附独立权利要求的装置和方法实现。本发明的实施例和有利的发展在从属权利要求和以下说明中公开。
10.根据一个方面，提供了一种用于电化学系统的双极板。该双极板包括彼此连接的两个隔板，这些隔板中的至少一个具有板主体和至少一个凸片，至少一个凸片与板主体形成为单一件，并且能经由预定断裂点与板主体分离。
11.凸片可以执行一个或多个功能。特别地，凸片可以简化和/或实现双极板的运输、可追溯性和/或工艺监控。为此，凸片可以特别地具有为此设计的功能元件。在下文的说明中，将更详细地描述凸片和/或这些功能元件的各个方面。
12.凸片通常构造成用于运输、定位、保持和/或抓取双极板或隔板。结果，隔板或双极板可以在凸片处进行操纵，而板主体不会被指纹或提升工具、例如诸如自动抓取系统的吸力提升工具的残留物污染，或被机械地变形。预定断裂点通常构造成使得其在隔板或双极板的重量下不会断裂和塑性变形。另一方面，凸片的变形是允许的，特别是在分离的时候。凸片可以具有保持区，该保持区旨在由人或机器保持，并且优选地被相应地设计尺寸。保持区例如可以在凸片上形成平坦的表面部分。为了定位隔板或双极板，有利的是，凸片具有用于接收对中销的定位开口。如果凸片仅用于运输、定位、保持和/或抓取隔板和/或双极板，则凸片的分离可以在生产工艺期间或结束时的任何合适的时间点进行，或者直到安装期间或之后才进行。
13.至少一个凸片可以设置在双极板上的各个合适的点处。凸片或凸片平面通常在由板主体限定的板面中或平行于该板面延伸。替代地，凸片也可以定向成至少部分地与板平面成一角度。在一个实施例中，凸片被布置在板主体的外边缘上。凸片可以构造成例如作为从板主体横向突伸出的悬垂物。双极板可以具有用作流体通路的至少一个贯通开口。凸片可以布置成例如在这样的贯通开口的内边缘上。凸片和板主体的边缘的共同边缘优选地只占所讨论的板主体的边缘的长度的一部分，例如贯通开口的内边缘的长度的至多三分之一或一半，或者板主体的圆周外边缘的长度的至多二十分之一，或者板主体的一个外边缘，即一个侧边缘的长度的至多八分之一。
14.预定断裂点通常设计成使得可以沿预定断裂点对凸片进行限定的分离。限定的分离可以在很大程度上避免在凸片分离后对双极板和/或凸片的损坏。可以提供的是，这样的加强结构，其至少部分地沿着所述预定断裂点延伸，用于以限定的方式沿着预定断裂点分离凸片，加强结构布置在预定断裂点的至少一侧、最好是在预定断裂点的两侧上。此外，或作为替代，该凸片可以具有用于加强凸片的至少一个进一步的加强结构。在这种情况下，相应的加强结构可以构造成凸压结构、凸边或成组的浮凸部。凸边可以构造成例如半凸边或全凸边。此外，圆顶或小块可以作为浮凸结构设置，例如可以以至少一行来布置。
15.预定断裂点例如可以包括至少一个凹口和/或至少一个穿孔。也可以提供布置成一行的多个隔开的凹口和/或穿孔。在本文的上下文中，穿孔构造成贯通开口，而凹口构造
成不完全穿透的材料弱化部。预定断裂点通常构造成预定断裂线，并且可以例如沿纵向方向以弧形或以直线延伸，或者可以由彼此相邻布置的弧形部分和/或直线部分构成一行。
16.可选地，凸片具有第一编码，其与相应的隔板和/或双极板相关。在这种情况下，凸片的第一编码可以用作对应的双极板的识别特征。通常，隔板和/或双极板具有第二编码，其对应于与凸片上的第一编码。因此，相应的编码(即第一编码和/或第二编码)能够使双极板\特别是在双极板生产之后具有可追溯性。在一些实施例中，相应的编码包括铭文和/或图案。该图案继而可以构造成条形码、诸如数据矩阵码或二维码的2d码、彩色图案、冲压图案和/或浮凸图案。相应的编码也可以包括芯片，诸如rfid芯片。举例来说，可以以这种方式追踪所使用的板材料的批次。
17.可选地，凸片可以具有至少一个工艺监控区。该至少一个工艺监控区可以布置在一侧上、特别是凸片的平坦表面上，或在凸片的两侧上。可以在双极板生产中和/或之后检查并且因此可以监控某些工艺参数的元件(元素)可以包括在或者应用到凸片的工艺监控区中。包括在或者应用到工艺监控区中的元件通常以相同、有代表性或至少类似的形式存在于隔板或双极板的板主体上，因此工艺监控区的测试结果可转移到隔板或双极板上；这一点尤其正确，因为凸片和板主体的其余部分是由同一批次的相同材料制成。举例来说，在生产相关的双极板之后并且在该双极板安装在电化学系统中之前，可以直接测试凸片。这可以防止低质量的双极板被安装在系统中。工艺监控区可以例如具有涂层、表面处理部和/或结构。
18.至少一个工艺监控区可以例如具有涂层，优选地密封涂层、粘合剂涂层、导电涂层或防腐蚀涂层。该涂层可以包括通过筛网印刷敷设的的涂层、通过刀敷设的涂层、喷雾涂层、通过pvd(物理气相沉积)敷设的涂层、通过cvd(化学气相沉积)敷设的涂层，和/或通过铺板印刷敷设的涂层。此外，工艺监控区可以包括冲孔结构或带形状结构，例如诸如凸边浮凸结构或通道结构。带形状结构优选地通过浮凸、深拉或液压成型在凸片中形成。此外，工艺监控区可以具有激光结构，其是借助于激光产生的，或者是熔融结构，其是通过熔化凸片材料产生的。此外，工艺监控区可以利用溶剂、清洁剂或等离子体进行处理。
19.除了结合在或应用到表面的明确元件之外，或者作为一种替代，凸片也可以用来检查金属板材料本身。在这种情况下，工艺监控区的至少一部分可以保持至少未处理和未涂覆，以便测试金属板材料。
20.特别是，可以借助于凸片而在相同的加工条件下在相同的板材材料上复制至少部分甚至全部的加工步骤。
21.如上所述，可以只有一个隔板具有凸片。然而，也可以设置成两个隔板中的每一个都具有上述的至少一个凸片。凸片可以布置在相应的隔板上的不同位置处。可选地，凸片可以沿垂直于双极板的板平面的方向至少部分或完全地重叠。有时，隔板的凸片例如在接触区中可以彼此接触。为了检查两隔板的连接的质量，可分离的重叠凸片也同样可以彼此连接。在分开凸片之后，凸片的连接随后可以提供关于两个隔板之间连接的信息和结论。在一个可能的实施例中，凸片借助于材料粘接而彼此连接。该材料粘接特别可以设置在为此目的提供的工艺监控区中。可能的材料粘接部包括焊接接头、钎焊接头和/或粘合剂粘接部。
22.隔板或流动板中的每一个优选地由金属板制成，诸如不锈钢和/或钛的金属适合用于金属板。至少一个隔板的凸片和板主体由相同的基础材料制成。然而，凸片的表面结构
可以与板主体的表面结构有局部的不同，参见上文有关工艺监控区的说明
23.虽然在隔板或双极板的外边缘上形成的凸片理论上在燃料电池系统运行期间也可以保持在外边缘上，但是在隔板或双极板的贯通开口的内边缘上形成的凸片必须最迟在燃料电池系统调试之前分离。
24.根据另一个方面，提供了一种用于电化学系统的双极板的留置样品。该留置样品包括具有第一断裂边缘的凸片，其可以经由预定断裂点与双极板分离。换句话说，预定断裂点沿着第一断裂边缘延伸。该凸片具有与双极板和/或双极板的隔板相关的工艺监控区和/或第一编码。双极板可以特别对应于上文提及的双极板，该凸片与双极板分离并且用作留置样品。该留置样品可以使双极板在生产后具有可追溯性。特别地，如果成品双极板已经递送到客户或者在客户处安装，留置样品可以在制造商处对双极板的元件进行替代性的代表性分析。因此，双极板无需反回到制造商。
25.根据另一个方面，提供了这样的系统，其包括上述的留置样品和相关的用于电化学系统的双极板。该双极板包括彼此连接的两个隔板，该双极板具有第二断裂边缘，其具形状与第一断裂边缘互补。第一断裂边缘和/或第二断裂边缘在每种情况下都可以具有边缘几何形状，其特征在于所使用的分离类型(激光、电源浪涌、切割等)。
26.上文所述的不仅施加到如在燃料电池堆叠中使用的多个相同的双极板，而且也施加到堆中的隔板中的相应的最后一对的各个流动板，也就是所谓的单极板。该对隔板中的流动板中的至少一个与上述的隔板相比可以具有一些不同的特性，但同样也可以具有用于上文提及的各种用途的至少一个凸片。
27.根据另一个方面，提出了一种用于电化学系统的流动板，该流动板具有板主体和至少一个凸片，该凸片与板主体形成为单一件，并且可经由预定断裂点与板主体分离。
28.虽然上述的双极板具有彼此连接的两个隔板，但是在此提到的流动板无需设有彼此连接的两个板。特别是，该流动板可以构造成单层板，特别是单层隔板。公开为与双极板和/或隔板相连的(有关的)预定断裂点、凸片和/或留置样品的上文描述的特征，只要它们适应于用在单层单个板中，就也可以与流动板结合。因此，上述的留置样品和上述的系统也可以与流动板一起使用和要求保护。流动板例如可以构造成单极板、双极板、加湿器板和/或隔板。流动板例如可以由金属或塑料制成。
29.还提出了一种电化学系统，其包括多个成堆叠的上述类型的双极板和/或流动板。该电化学系统可以例如是燃料电池系统、电化学压缩机、氧化还原液流电池、用于另一电化学系统的加湿器、或者电解器。
30.还提出了一种用于生产双极板的方法。该方法包括以下步骤：
[0031]-提供板，
[0032]-形成第一隔板，其具有板主体和与板主体形成为单一件的至少一个凸片，
[0033]-在第一隔板中引入材料弱化部，以便形成预定断裂点，凸片可以经由该预定断裂点与板主体分离，
[0034]-提供第二隔板，
[0035]-通过将第一隔板连接到第二隔板来形成双极板。
[0036]
该方法随后可以包括附加步骤：
[0037]-将凸片沿着预定断裂点与第一隔板分离。
[0038]
通过分离凸片，可以获得上述的留置样品。可以通过施加能量，诸如热能，特别是借助于激光辐射、电涌或电感来分离凸片。为此，可以使用合适的能量源，也就是说，特别是激光源、电流源或电感源。上述步骤的一个优点是可以避免尖锐的边缘和毛刺，这在机械分离的情况下通常会发生。替代地，凸片也可以机械或化学地分离。通常，不会将凸片从各自的隔板上分离，直到两隔板已经连接。
[0039]
还提供了一种生产用于电化学系统的流动板的留置样品。该方法包括以下步骤：
[0040]-提供板，
[0041]-形成流动板，其具有板主体和与板主体形成为单一件的至少一个凸片，
[0042]-在流动板中引入材料弱化部，以便形成预定断裂点，凸片可以经由该预定断裂点与板主体分离。
[0043]
随后，凸片特别是以上述的方式而可以沿着预定断裂点与流动板分离。
[0044]
流场通常在流动板中例如通过凸压、液压成型和/或深拉而一体形成。该流场通常包括多个通道和/或腹板，这些通道和/或腹板设计成沿流动板引导流体。通常，不会将凸片与流动板分离，直到流场已经形成。
[0045]
该分离特别可以在流动板、隔板和/或双极板生产工艺中的所有生产步骤已经执行完时进行。然而，也有可能该分离步骤在生产步骤中的一些完成后进行。尽管原则上可能将凸片与一排板(隔板、流动板和/或双极板)分离，而这些板仍在条带材料中连接在一起，但是优选的是，该分离在这些板已经呈单个板的形式，也就是说，板已经与条带材料分离时发生。
[0046]
这些方法特别适用于生产上述的双极板、流动板和/或留置样品。仅与双极板、流动板和/或留置样品有关的所描述的特征也可要求用于本方法，反之亦然。
[0047]
还提出了一种测试双极板或流动板的留置样品的方法。该双极板包括彼此连接的两个隔板，这些隔板中的至少一个具有板主体和至少一个凸片，至少一个凸片与板主体形成为单一件，并且能经由预定断裂点与板主体分离。该流动板包括板主体和至少一个凸片，该凸片与板主体形成为单一件，并且可经由预定断裂点与板主体分离。
[0048]
在双极板或流动板被生产出来时，该凸片连接到板主体，并且随后与板主体分离。特别地，在整个生产期间中，该凸片可以连接到双极板或流动板。
[0049]
此外，分离的凸片设计成作为双极板或流动板的留置样品。该方法包括的以下步骤：
[0050]-测试留置样品的至少一种材料特性或者一种加工参数。
[0051]
在进一步的步骤中，可以根据留置样品得出关于双极板或流动板的性质，特别是其表面的结论。在此应该指出的是，分离和测试的步骤可以直接一个接一个地进行，因此这两个步骤可以在例如一天内或在一小时内或更短的时间内进行。然而，测试的步骤也可以稍后进行，例如在制造商处，同时双极板或流动板位于购买者或客户处。因此，任何投诉都可以跟踪和评估。可追溯的编码(参见上文提及的第一编码)可以进一步有利于对留置样品的时间偏移分析。
[0052]
总体上，留置样品可以提供双极板或流动板的标本，其与双极板或流动板经历了相同的加工步骤。因此，双极板或流动板的性能可以在留置样品的基础上进行检测，而无需对双极板或流动板本身进行检测。可以非破坏性地测试凸片。也可以提供的是对凸片进行
破坏性测试。在破坏性测试的情况下，检测留置样品的优点是，不需要破坏或损坏双极板或流动板。这也适用于在将两个隔板组装成双极板之前的流动板或隔板。
[0053]
可以提供的是，至少一个凸片具有至少一个工艺监控区，该工艺监控区和板主体在流动板、隔板或双极板的生产中各自结构化、处理和/或涂覆。
[0054]
生产方法和测试方法的特征可以彼此结合。双极板、流动板、留置样品和系统的特征也可以与测试方法结合，并且反之亦然。
附图说明
[0055]
下面将根据附图更详细的解释本发明的示例性实施例。在附图中：
[0056]
图1以立体图示意性地示出了一种电化学系统，该电化学系统包括布置成堆叠的多个隔板或双极板；
[0057]
图2以立体图示意性地示出了根据图1的系统的两个双极板，其中膜电极组件(mea)布置在双极板之间；
[0058]
图3示意性地示出了具有多个可分离凸片的双极板的平面图，其可用在图1的堆叠中；
[0059]
图4示意性地示出了具有多个可分离凸片的双极板的一部分的平面图，其可用在图1的堆叠中。
[0060]
图5示意性地示出了经过图4的双极板的一部分的剖面图；
[0061]
图6示意性地示出了凸片的详细视图，该凸片经由预定断裂点与双极板连接；
[0062]
图7以三个子图7a、7b、7c示意地示出了图6中可能的预定断裂点的剖面图；
[0063]
图8示意性地示出了双极板的一部分的平面图，该双极板带有两个可分离的凸片，部分地一个在另一个上面；
[0064]
图9示意性地示出了沿图8的截面线b-b的剖面，以及用于分离图8的双极板的凸片的方法步骤；
[0065]
图10示意性地示出了双极板的一部分的平面图，该双极板带有两个可分离的凸片，完全地一个在另一个上面；以及
[0066]
图11示意性地示出了沿图10的c-c截面线剖取的的剖面图。
[0067]
在下文的描述和图中，重复出现的和功能相同的特征都有相同的附图标记。
具体实施方式
[0068]
图1示出了包括多个结构相同的金属双极板2的电化学系统1，这些金属双极板2以堆叠6布置并且沿着z方向7堆叠。该堆叠6的双极板2被夹在两个端板3、4之间。z方向7也称为堆叠方向。在本示例中，系统1是燃料电池堆叠。因此，该堆叠的每两个相邻的双极板2在它们之间封围电化学电池单体，该电化学电池单体例如用于将化学能转化为电能。为了形成系统1的电化学电池单体，将膜电极组件(mea)10在每种情况下布置在堆叠的各相邻的双极板2之间(例如参见图2)。每个mea通常包含至少一个膜、例如电解质膜以及电极。此外，气体扩散层(gdl)可以布置在mea的一个或两个表面上。
[0069]
在替代实施例中，系统1还可以构造成电解器、电化学压缩机、用于电化学系统的加湿器或者氧化还原液流电池(redox flow battery)。双极板也可以用在这些电化学系统
中。于是，这些双极板的结构可以对应于本文详细说明的双极板2的结构，但在电解器、电化学压缩机、用于电化学系统的加湿器或氧化还原液流电池的每种情况下，被传导到双极板上和/或穿过双极板的介质可以在每种情况下不同于用于燃料电池系统的介质。
[0070]
z轴7以及x轴8和y轴9构成右手笛卡尔坐标系。双极板2各自限定板平面，隔板的每个板平面都定向成平行于x-y平面，并且因此垂直于堆叠方向或z轴7。端板4具有多个介质端口5，经由这些端口可以将介质供给到系统1，并且经由这些端口可以将介质排出系统1。可以被供给至系统1和从系统1排放的所述介质可以包括例如诸如分子氢或甲醇的燃料、诸如空气或氧气的反应气体、诸如水蒸气或贫化的燃料的反应产物、或诸如水和/或乙二醇的冷却剂。
[0071]
图2以立体图示出图1中的系统1类型的电化学系统的两个相邻的双极板2、2’，以及布置在所述相邻的双极板2、2’之间的现有技术已知的膜电极组件(mea)10，图2中的mea 10在很大程度上被面向观察者的双极板2遮挡。双极板2由通过材料结合在一起的两个隔板2a、2b形成，在图2中只有其中面向观察者的第一隔板2a可见，所述第一隔板遮挡第二隔板2b。隔板2a、2b通常形成为单独的板，它们各自由金属板材制造，例如由不锈钢板制造。隔板2a,2b通常通过材料粘接而彼此连接，并且例如可以通过激光焊接而彼此焊接。
[0072]
隔板2a、2b通常具有贯通开口，这些贯通开口彼此对齐并且形成双极板2的贯通开口11a-11c。当多个如双极板2同样类型的双极板堆叠时，贯通开口11a-11c形成沿着堆叠方向7延伸穿过堆叠6的管线(参见图1)。通常，由贯通开口11a-11c形成的每条管线与系统1的端板4中的端口5之一流体地连接。例如，冷却剂可以经由贯通开口11a形成的管线引入到堆叠或从堆叠排出。相反，由贯通开口11b、11c形成的管线可以构造成对系统1的燃料电池堆叠6的电化学电池单体供应燃料和反应气体，并且从该堆叠中排出反应产物。介质引导用的贯通开口11a-11c基本上平行于板平面。
[0073]
为了相对于堆叠6的内部和相对于周围环境来密封贯通开口11a-11c，第一隔板2a通常具有密封凸边12a-12c形式的密封布置，密封凸边12a-12c分别布置在贯通开口11a-11c周围，并且在每种情况下完全围绕贯通开口11a-11c。在双极板2的背向图2的观察者的后侧上，第二隔板2b具有用于密封贯通开口11a-11c(未示出)的对应密封凸边。
[0074]
在电化学活性区域18中，第一隔板2a在其面向图2的观察者的前侧上具有流场17，该流场17具有用于沿着隔板2a的前侧引导反应介质的结构。在图2中，这些结构由多个腹板(web)和在这些腹板之间延伸并且由腹板界定的通道来限定。该电化学活性区域18在某些区域、例如在腹板的区域或者在整个表面可以有至少一个涂层。特别地，可以在整个表面上提供减少腐蚀的涂层，和/或可以至少在某些区域提供提高导电性的涂层130。在双极板2、2’朝向图2的观察者的前侧，第一隔板2a中的每一个另外具有分配或收集区域20。该分配或收集区域20包括构造成在活性区域18上分配介质和/或收集或汇集介质的结构，被分配的介质为已经从两个贯通开口11b中的第一个引入到分配或收集区域20中的介质，和/或被收集或汇集的介质为从活性区域18流向贯通开口11b中的第二个的介质。在图2中，分配或收集区域20的分配结构同样由腹板以及在腹板之间延伸并且由腹板界定的通道来界定。一般而言，元件17、18、20因此可以理解为介质传导用的浮凸结构。
[0075]
密封凸边12a-12c通常具有通路13a-13c，通路13a-13c在此构造成凸边的局部凸起，其中通路13a形成于上隔板2a(该隔板朝向观察者)的下侧，和下隔板2b(该隔板背向观
察者)的上侧，而通路13b形成于上隔板2a中，并且通路13c形成在下隔板2b中。举例来说，通路13a能够使得冷却剂在贯通开口11a和分配区域之间穿过，使得冷却剂到达隔板之间的分配区域并且被从中引导出来。此外，通路13b能够使氢气在贯通开口11b和上隔板2a的上侧上的分配区域20之间穿过；这些通路13b的特征在于：面向分配区域并且与板平面成一定角度延伸的穿孔。因此，氢气例如从贯通开口11b流动经过通路13b而流到上隔板2a的上侧的分配区域，或者沿相反方向流动。通路13c能够使空气例如在贯通开口11c和分配区域之间穿过，因此空气到达下隔板2b的下侧上的分配区域并且被从中引导出来。相关的穿孔在此是不可见的。
[0076]
第一隔板2a通常还具有在此呈外周凸边12d形式的附加的密封布置，该外周凸边12d围绕活性区域18的流场17、分配或收集区域20和贯通开口11b、11c延伸，并且相对于贯通开口11a将这些密封，即相对于冷却剂回路以及相对于系统1的周围环境将这些密封。第二隔板2b各自包括对应的外周凸边。活性区域18的结构、分配或收集区域20的分配或收集结构、以及密封凸边12a-12d各自被形成为与隔板2a成一件，并且例如以凸压工艺、液压成形工艺或深冲(deep drawing)工艺而整体地形成在隔板2a中。这同样适用于第二隔板2b的对应的分配结构和密封凸边。在每个隔板2a、2b中在外周凸边12b封围的区域之外获得主要为非结构化的外边缘区域22。
[0077]
上述密封凸边中的至少一些可以在它们的表面中的至少一个上至少部分地涂覆、例如至少在凸边顶部处部分地涂敷。可改进微密封性的基于聚合物的涂层，适合于此目的。预处理、例如清洁步骤或表面处理可以在涂层敷设之前。
[0078]
作为与隔板一体形成的上述密封凸边的替代物，也可以使用其他的密封元件，例如插入表面凹陷处的密封型材或涂在表面的密封型材120，如图10和11所示。隔板2a、2b中的每一个通常由金属板材形成，其厚度在60μm和150μm之间。一方面由于单个板2a、2b的较小厚度，而另一方面由于这些板在y方向和x方向的相对较大的尺寸的缘故，板2、2a、2b可以相对容易地机械变形和损坏。然而，由于许多功能区，例如流场17、活性区域18、分配或收集区域20、贯通开口11a-11c和凸边布置12a-12d的缘故，板2、2a、2b应当只在其基本非结构化的边缘区域22中操纵，以避免板2、2a、2b被污染。因此，总的来说，板2、2a、2b可能难以操纵；这适用于人工操纵以及适用于借助自动抓取系统操纵。
[0079]
图3示意性地示出由隔板2a、2b构成的双极板2的平面视图，其可以用在电化学系统1的堆叠6中。在图3中只能看到第一隔板2a，因为它完全覆盖了第二隔板2b。与图2所示的板2’、2a、2b相比，隔板2a包括板主体21和另外至少一个凸片30、31。凸片30、31与板主体21形成为一件，并且可经由预定断裂点33与板主体21分离。
[0080]
在图3-图11的示例性实施例中，凸片30、31平行于由板主体21限定的板平面延伸。在替代实施例中，凸片30、31也可以布置成与板平面成一定角度。凸片30、31可以布置在双极板上的不同位置处。举例来说，凸片30布置在双极板2的外边缘上并且从板主体21横向地突伸出，结果是，为凸片30提供相对较多的空间，并且凸片30的分离和凸片30的操纵也相对容易。凸片31被布置在贯通开口11c的内边缘上。因此，本来在生产贯通开口11c时将被扔掉的金属板的材料可以用来生产贯通开口11c中的凸片31。
[0081]
图5和图7a-图7c示出了穿过各种预定断裂点33的剖面。预定断裂点33具有垂直于预定断裂点33的纵向延伸方向来测量的宽度b。因此，预定断裂点33可以具有凹口34，该凹
口34例如是v形的并且有开口度角α(图7a)或者是u形的并且有最大宽度b(图7b)。凹口34在此设计成最大深度t的材料弱化部，材料的残余厚度由凸片30的厚度d和凹口34的深度t之间的差异形成的。预定断裂点33可以替代地或附加地也具有多个直径为b的贯通穿孔35(图7c)。预定断裂点33可以例如通过雕刻、冲孔、激光辐射或使用电流燃烧来形成。如图3、图4、图6、图8和图10所示，预定断裂点33可以通向到凸片30与板主体21之间的加宽的切口中。预定断裂点33可沿板平面以主要为弧形的方式延伸。
[0082]
为了更容易沿着预定断裂点33分离该凸片并且不损坏双极板2，可以提供至少一个加强结构36、37、12c，其沿着预定断裂点33延伸。在图3的凸片30中，板主体21上设置了加强结构36，而图4、图6和图8的凸片30在预定断裂点33的两侧的板主体21和凸片30上都有加强结构36、37。在图3和图4的凸片31中，贯通开口11c的凸边布置12c形成加强结构。凸片30、31可具有用于加固该凸片30、31的至少一个加强结构38。所述加强结构36、37、38可以设计成浮凸结构，诸如凸边(参见图3-图9)、小块或圆顶(参见图10)。
[0083]
凸片30、31例如可以有利于双极板2或单个隔板2a、2b的操纵。通常，凸片30、31被构造以用于运输、定位、保持和/或抓取双极板2或单个隔板2a、2b。举例来说，凸片30、31具有基本平坦或结构化的保持区43，在该处可以操纵和保持凸片30、31，而不会使隔板2a、2b的板主体21受到污染或机械变形。这在图4、图6和图8中用指纹来象征。保持区43也可以由抽吸提升工具、其他提升工具或吸盘保持。作为用于运输、保持、定位和抓取的进一步措施，凸片30、31可以具有定位开口45以用于接收对中装置的对中销或者用于检查双极板2的两个隔板2a、2b的相对位置。优选地，预定断裂点33构造成使得其在双极板2的重量下不会断裂或塑性变形。
[0084]
凸片30、31可以设计成作为留置样品(留样)。为此，凸片30、31从双极板2上分离并储存。沿着预定断裂点33的分离导致在凸片30、31的一侧和双极板的一侧都出现断裂边缘。因此，与双极板2分离并且设计成留置样品的凸片30、31具有第一断裂边缘，其形状与双极板2的第二断裂边缘互补。设计成作为留置样品的凸片30、31可以使双极板2有可追溯性。特别地，可以形成由留置样品30、31和双极板2组成的系统，该系统可用于质量控制。
[0085]
为了简化可追溯性，凸片30、31可以具有第一编码41，其与双极板2相关(参见图4、图6和图10)。此外，双极板2可以具有第二编码42，其与凸片30、31相关并且对应于第一编码41。在图4和图10的示例性实施例中，相应的编码41、42构造成铭文，特别是数字编码，但是其也可以替代地或附加地构造为图案、诸如条形码、特别是如图6中的数据矩阵码或者qr码的2d码，或者构造为彩色图案、冲孔图案和/或浮凸图案。相应的编码41、42也可以包括芯片，诸如rfid。
[0086]
在图4、图6和图10的实施例中，凸片30、31包括至少一个工艺监控区44。作为示例，可以在凸片30、31的一侧或两侧设有多个工艺监控区44。至少一个表面处理部141(其在此具有轻微的烧蚀效果)、涂层121、131(在图10和11的示例中，敷设的密封元件也要被视为密封涂层121)和/或结构可以应用于或包含在工艺监控区44中，并且至少在双极板2的一部分中同样地可以进行，即作为表面处理部140、作为轮廓形密封涂层120和作为导电涂层130。合适的涂层包括例如密封涂层120、121(在此为密封轮廓)、粘合剂涂层、导电涂层130、131、或者防腐蚀涂层。至少一个涂层121、131可以是通过筛网印刷(screen printing)敷设的涂层、通过刀敷设的涂层、喷雾涂层、通过pvd(物理气相沉积)敷设的涂层、通过cvd(化学气相
沉积)敷设的涂层、和/或通过铺板印刷(pad printing)敷设的涂层。这种涂层通常在双极板2或隔板2a、2b上进行。合适的结构包括例如浮凸结构、激光结构和/或熔融结构。合适的表面处理部是利用溶剂、清洗剂或等离子体对凸片表面的处理。图10中省略了附图标记44；元件111(激光焊缝)、121(密封涂层、密封轮廓)、131(导电涂层)和141(预处理部)各自代表用于板主体中类似元件的工艺监控区，这些元件在那里由附图标记110(激光焊缝)、120(密封涂层、密封轮廓)、130(导电涂层)和140(预处理部)表示。
[0087]
除了结合在或应用到工艺监控区44的明确元件之外，或者作为一种替代，该工艺监控区44也可用来检查隔板2a、2b的金属片材料。在这种情况下，工艺监控区44的至少一部分可以保持非结构化、未处理和未涂覆，以便测试金属板材料。
[0088]
借助于工艺监控区44，可以对双极板2进行后续的间接分析，而不必去除已经安装在电化学系统1中的双极板2。为此，对凸片30、31的非破坏性分析和破坏性分析两者都是可能的。
[0089]
凸片30、31、32的基础材料和板主体21的基础材料是相同的。然而，凸片的表面结构，特别是工艺监控区44的表面结构，可能与板主体21的表面结构有局部差异。
[0090]
凸片30、31可以只设置在两个隔板2a、2b中的一个中。然而，也可能发生的是两个隔板2a、2b都具有凸片30、31。例如，图8中示出了两个凸片30、32，凸片30是隔板2a的一部分，而凸片32是隔板2b的一部分。凸片32可以具有与凸片30相同的特性；然而，凸片30、32也可以具有不同的特征。例如，每个凸片可以配备不同的功能元件，诸如编码41、工艺监控区44、保持区43和/或定位开口45。如图8和图9所示，凸片30、32被布置在各个隔板2a、2b上的不同位置。凸片30、32可以被布置成使得凸片30、32沿垂直于双极板2的板平面的方向(z方向)部分地重叠。凸片30、32可以在接触区中选择性地焊接在一起，或者以其他方式通过材料粘接而彼此连接。用于此的焊接位置111可以例如设置在各自的工艺监控区44中，因此以后可以检查焊接位置的质量或缺陷，因此可以确认板主体的焊接位置110的质量或缺陷。此外，在这样的情况下，即，从双极板分离的双层凸片39如图10和11所示呈尚未分离的状态，可以经由在这些层中的每一层中的定位元件45检查隔板的板主体是否也处于相对于彼此的正确位置，或者已经处于待连接的正确位置。如果两个凸片30、32的定位元件45的边缘四周平齐，则两个隔板2a、2b相对于彼此处于最佳位置，对应的定位元件45有利地设置在至少两对凸片中。
[0091]
还提出了一种生产双极板2的方法。该方法包括以下步骤：
[0092]-提供板，
[0093]-形成第一隔板2a，其具有板主体21和与板主体21形成为单一件的至少一个凸片30、31，
[0094]-在第一隔板2a中引入材料弱化部，以便形成预定断裂点33，凸片30、31可以经由该预定断裂点33与板主体21分离，
[0095]-提供第二隔板2b，
[0096]-通过将第一隔板2a连接到第二隔板2b来形成双极板2，该连接通过材料粘接进行。
[0097]
于是凸片30、31可以沿着预定断裂点与第一隔板2a分离。该分离可以在热能的作用下进行，例如借助于激光辐射、电涌或电感。替代地，凸片30、31可以与板主体21机械地分
离，例如通过将其切割下或撕下。
[0098]
第二隔板2b也可以具有对应的凸片32。图9中的箭头示出了图8的双极板2的凸片30、32的结合以及部分重叠的凸片30、32的材料粘接。此后，可以沿逆时针方向(参见箭头)将凸片30、32分别从双极板2上撕下。如果两个凸片30、32(或凸片31和32)在分离之前是连接的，则它们形成双层凸片39，如图10和11所示；焊接接头111在所述附图中明确示出。
[0099]
在生产工艺中，一方面是板主体21并且另一方面是凸片30、31、32、39的工艺监控区44可以经历相同的加工步骤，特别是涂覆、表面处理和/或结构化，因此随后分离的凸片30、31、32、39可以用于例如质量控制或质量保证。
[0100]
还提出了一种用于测试双极板2的留置样品30、31、32、39的方法。首先，仍然连接到板主体21的凸片30、31、32和板主体21都各自以相同或至少相似的方式来结构化、表面处理、刻写、涂覆、凸压、冲孔和/或焊接。此后，留置样品30、31、32、39与板主体21分离。该方法包含至少以下步骤：
[0101]-测试留置样品30、31、32、39的至少一种材料特性或者一种加工参数。
[0102]
凸片30、31、32、39的工艺监控区44特别适合测试。由于工艺监控区44如板主体21那样经历相同的加工步骤，因此可以使用留置样品30、31、32、39对双极板2的特性进行检测，而不必对双极板2本身进行检测。在图10的示例中，敷设的密封元件121、导电涂层131、焊缝111和表面预处理部141被应用于或结合在板主体21、上隔板2a的凸片30和下隔板2b的凸片32中。
[0103]
例如，可以对留置样品30、31、32、39进行破坏性测试，而不必破坏双极板2本身。当然，也可以进行非破坏性测试。
[0104]
上述方法的特点可以与双极板2和隔板2a、2b的特点相结合，并且反之亦然。
[0105]
上面描述的和图中所示的被公开为与双层双极板2和隔板2a、2b有关的预定断裂点33、凸片30、31和/或留置样品30、31的特征，只要能适应于用在单层流动板中，也可以与单层流动板(未示出)结合因此，上述的留置样品30、31和上述的系统也可以与流动板一起使用和要求保护。流动板例如可以构造成单极板、双极板、加湿器板和/或隔板，并且例如可以由金属或塑料制成。
[0106]
附图标记列表：
[0107]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电化学系统
[0108]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
双极板
[0109]2’ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
双极板
[0110]
2a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
隔板
[0111]
2b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
隔板
[0112]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
端板
[0113]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
端板
[0114]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
介质端口
[0115]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
堆叠
[0116]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
z方向
[0117]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
x方向
[0118]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
y方向
[0119]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
膜电极组件
[0120]
11a-11d
ꢀꢀꢀꢀ
贯通开口
[0121]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸边布置
[0122]
12
’ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸边布置
[0123]
12a-12d
ꢀꢀꢀꢀ
凸边布置
[0124]
13a-13c
ꢀꢀꢀꢀ
通路
[0125]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流场
[0126]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电化学活性区域
[0127]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分配和/或收集区域
[0128]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
板主体
[0129]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
非结构化的外部区域
[0130]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可分离的凸片，可选地也是留置样品
[0131]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可分离的凸片，可选地也是留置样品
[0132]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可分离的凸片，可选地也是留置样品
[0133]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
预定断裂点
[0134]
34
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹口
[0135]
35
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
穿孔
[0136]
36
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加强结构
[0137]
37
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加强结构
[0138]
38
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加强结构
[0139]
39
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
留置样品或可分离的双层凸片
[0140]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一编码
[0141]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二编码
[0142]
43
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保持区
[0143]
44
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工艺监控区
[0144]
45
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定位开口
[0145]
110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焊缝(板主体)
[0146]
111
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焊缝(凸片)
[0147]
120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
密封元件(板主体)
[0148]
121
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
密封元件(凸片)
[0149]
130
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导电涂层(板主体)
[0150]
131
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导电涂层(凸片)
[0151]
140
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表面预处理部(板主体)
[0152]
141
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
表面预处理部(凸片)
[0153]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹口的深度
[0154]dꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸片的厚度
[0155]bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
预定断裂点的宽度