电解质电池或燃料电池用的双极性板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电解质电池或燃料电池用的双极性板。本发明还涉及的电解质电池或燃料电池用的冷却装置。另外，本发明涉及的电解质电池和/或燃料电池。
【背景技术】
[0002]从现有技术已知电解质电池或燃料电池用的双极性板，其往往也称为流场板(flow-field plates)。一般这样的双极性板至少有一个在其上形成的蛇形沟道/蛇形凹槽，在设有双极性板的电解质电池或燃料电池运行期间气态或液态介质通过它进行引导。这些气态或液态介质往往是借助于电解质电池或燃料电池进行的反应的离析物，同时用作冷却介质。这样应该可以阻止电解质电池或燃料电池由于其运行时出现的废热而过热。
[0003]在DE 10 2012 019 678 Al中描述了一种双极性板单元用的流场板，其上不仅形成引导离析物/反应介质用的通道，而且形成引导附加地利用的冷却介质用的通道。此外，在流场板的支持壁上还形成泄载通道，借此在形成冰时应该可以阻止流场板开裂。
【发明内容】
[0004]本发明创造一种电解质电池或燃料电池用的双极性板、电解质电池或燃料电池用的冷却装置和电解质电池和/或燃料电池。
[0005]本发明的优点
[0006]按照本发明的双极性板配备至少一个在其上和/或其中形成的热管，使相对于现有技术更均匀地冷却包括双极性板的电解质电池或燃料电池成为可能。相应地在按照本发明的、具有至少一个布置在唯一的双极性板或布置在双极性板中至少一个的附近处的热管的电解质电池或燃料电池的情况下，布置布置，也保证电解质电池或燃料电池的更均匀冷却。
[0007]在这两种情况下，在电解质电池或燃料电池的整个容积上，尤其在双极性板的整个平面上都实现均匀的冷却。借此还不会在各双极性的板流场(flow fields)的输入和输出端之间出现温度差。这样可以保证在各电解质电池或燃料电池的整个容积上存在(几乎)相同的温度。这也使在各电解质电池或燃料电池上达到均匀的电流密度成为可能。由此使各电解质电池或燃料电池获得较低的退化速率和较长寿命。
[0008]除了至少在双极性板上和/或在其中形成的热管以外，或除了布置在唯一双极性板/双极性板中至少一个附近处的热管以外，即使不使用其他冷却元件/冷却剂，也可以实现在前面的段落中描述的优点。此外，应用按照本发明的双极性板，就不需要借助于电解质电池或燃料电池实现的/要实现的化学反应产生的至少一个离析物来冷却双极性板/电解质电池或燃料电池。因为不再需要离析料流来进行冷却，所以至少一个离析物的较小的容积流通过双极性板便已足够。这使按照本发明的双极性板更紧凑的结构方式成为可能，因为引导至少一个离析料流通过的至少一个通道/至少一个凹槽可以做得比较小/比较窄，或者可以在流动上优化。尤其在常规上需要借助于去离子水冷却的电解质电池系统/燃料电池系统上，还可以简化整个系统的结构方式，因为需要制备的水少得多，并因此不再用这样多的零件与去离子水接触。因为在这种情况下去离子水经常是腐蚀性的，而且组分有时溶解于其中，因此借助于本发明还可以可靠地排除点状腐蚀的危险。
[0009]常规上减少作为冷却介质采用的至少一个离析物流过双极性板的流量提高(在要引导至少一个离析物所采用的通道的入口和出口之间的)温度差，而在本发明上免去这个问题。在按照本发明的双极性板上，以此可以把至少一个离析料流的流量减少直至一百的因数。
[0010]例如，该至少一个热管包括至少一个热导管和/或至少一个两相热虹吸管。因此可以使用至少一个热管的成本低廉的实施例，这可以比较简单地在双极性板上和/或在其中形成。(在按照本发明的电解质和/或燃料电池的唯一的双极性板或双极性板中的至少一个附近处，也可以布置至少一个热导管和/或至少一个两相热虹吸管作为至少一个热管。)
[0011]在一个优选的实施形式中，在该双极性板上附加地形成至少一个蛇形沟道，可以通过它引导至少一种气态或液态介质。至少一种气态或液态介质可以是借助于该电解质电池或燃料电池可实施的/要实施的化学反应的至少一个离析物和/或该化学反应的至少一个产物。因此至少一个离析物和/或至少一个产物可以简单地和可靠地引导和/或引出该电解质电池或燃料电池。(在按照本发明的电解质和/或燃料电池的唯一的双极性板或双极性板上中的至少一个处也可以形成至少一个这种蛇形沟道。)
[0012]有利地，(按照本发明的双极性板或按照本发明的电解质电池或燃料电池的)至少一个热管用至少一种冷却剂填充。(按照本发明的双极性板或按照本发明的电解质电池或燃料电池的)至少一个热管例如可以用二氧化碳、R410a(ASHRAE级)、水和/或酒精作为至少一种冷却剂填充。因此可以使用大量有利的冷却剂来冷却按照本发明的双极性板和按照本发明的电解质电池或燃料电池。
[0013]在一个有利的实施例中，该双极性板有一个有源侧，在将双极性板布置在电解质电池或燃料电池之后，该有源侧向着另一个双极性板定向，和至少一个热管垂直于有源侧穿过双极性板连续延伸。这使均匀地冷却双极性板或配有双极性板的电解质电池或燃料电池成为可能。
[0014]在另一个有利的实施方式中，至少一个热管与有源侧平行地穿过该双极性板连续延伸。在这种情况下也借助于至少一个热管来保证有利的均匀地冷却双极性板/电解质电池或燃料电池。
[0015]在电解质电池或燃料电池用的冷却装置的情况下也实现上面列举的优点，它包括至少一个相应的双极性板和热交换器，后者连接在至少一个双极性板的至少一个热管上。
[0016]相应地在带有至少一个这种类型的双极性板或相应的冷却装置的电解质电池或燃料电池也保证这些优点。
[0017]另外，带有至少一个双极性板和至少一个热管的电解质电池和/或燃料电池也实现上述优点，该热管布置在该电解质电池或燃料电池的唯一的双极性板或双极性板中的至少一个附近处。该电解质电池和/或燃料电池还可以具有按照本发明的双极性板的几个上述特征。
【附图说明】
[0018]现将参照附图阐述本发明的其他特征和优点。附图中:
[0019]图1是双极性板的一个实施方式的示意图
[0020]图2是电解质电池或燃料电池的示意图。
【具体实施方式】
[0021]图1表不双极性板的一个实施方式的不意图。
[0022]图1所示双极性板亦可以称为流场板(flow-field plate)。双极性板10不仅可以用于电解质电池，而且可以用于燃料电池。双极性板10尤其可以用于PEM电池(ProtonExchange Membrane 质子交换膜)，它往往称为 PEM-堆(proton exchange membrane Stack质子交换膜堆)。双极性板10还适用于其他也可以称为实施化学反应和/或发电的电池的电化学组件中。
[0023]在双极性板10上和/或在其中形成至少一个热管12 (以此双极性板10与至少一个热管12形成一个紧凑的单元)。该至少一个热管12可以理解为一个传热体，它在利用介质/冷却剂的蒸发热下，允许高的热流密度。因此可以在至少一个热管12的一个比较小的截面积上输送大量的热量。例如，该至少一个热管12可以包括至少一个热导管和/或至少一个两相热虹吸。尤其在这里列举的实施例中，对于至少一个热管12，介质/冷却剂的输送一般可以在没有附加的辅助的机械设备，例如，栗(循环栗)下实现。以此双极性板10借助于至少一个热管12可靠的冷却比较节能。此外，在双极性板10配备至少一个热管12时，由于借此取消栗，例如循环栗而节省成本。
[0024]—般每个双极性板10都可以定义一个有源侧14，它在把双极性板10布置在电解质电池或燃料电池之后相对于另一个双极性板和/或半渗透膜定向。有源侧14还可以作为反应配对侧面解释。(在双极性板10布置在电解质电池或燃料电池中之后与其他双极性板和/或半渗透膜相离开地指向的一侧往往称作无源侧16。)在图1的实施方式中，双极性板10有多个热管12，它们与有源侧14平行(并与无源侧16平行)通过双极性板10连续延伸。只要该至少一个热管12垂直于有源侧14(和垂直于无源面16)通过双极性板10延伸，就可以实现希望的均匀地冷却双极性板10。
[0025]图1所示的5热管12的数目只作为示例解释。双极性板10的热管12的数目可以这样简单地选择，使得借助于至少一个热管12实现双极性板10的均匀冷却。
[0026]有利地，(除了该至少一个热管12以外附加地)在双极性板10上形成至少一个蛇形沟道18，通过它可以引导至少一种气态或液态介质。该至少一个蛇形沟道18还可以称为至少一个蛇形凹槽。通过至少一个蛇形沟道18 (或至少一个蛇形凹槽)至少一个借助于该电解质电池或燃料电池可实现的/要实现的化学反应的离析物和/或至少一个化学反应产物可以作为至少一个气态或液态介质运输或引走。例如，氧和/或水可以作为至少一种气态或液态介质通过该至少一个蛇形沟道引导。该至少一个蛇形沟道18可以具有至少一个沟道入口(离析物入口 /产物入口)20和/或至少一个沟道出口(离析物出口 /产物出口)22。
[0027]由于双极性板10有利地配备至少一个热管12，免去使用至少一种气态或液态介质(它可以通过至少一个蛇形沟道18引导)来冷却双极性板10