的必要性。由此该至少一个介质的低于冷却介质的需要的最低流速的流动速度就已经足够了。相应地还可以把至少一个蛇形沟道18形成得小一些。
[0028]取消借助于通过至少一个蛇形沟道18引导的介质来冷却双极性板10的必要性的另一个优点在于，在沟道入口 20上和在沟道出口 22上存在(大体)相同的温度。常规上在沟道入口 20和沟道出口 22之间往往出现温度差异(达10度开尔文)，这可能导致电解质电池或燃料电池(例如，PEM-堆)在空间上出现不同的退化，因此不必容忍这种情况。此夕卜，由于沟道入口 20和沟道出口 22上温度相同，出现相同的离子扩散速率，由此还给出在各位置上存在的电流相等。以此省去局部较高的电流导致双极性板10局部较强的温升的风险。相应地没有局部较高的电流，免致电解质电池或燃料电池(例如，PEM-堆)局部较尚的退化。
[0029]常规上在电解质电池或燃料电池运行时，电解质电池或燃料电池的寿命由最热位置确定，并影响其可能的工作方式，而借助于通过该至少一个热管12对双极性板10的冷却可以达到各电解质电池或燃料电池的有利的长寿命和比较低的退化速率。此外，不必容忍在它们的可能性下利用电解质电池或燃料电池较冷的位置。因此借助于通过该至少一个热管12对双极性板10的均匀的冷却，可以达到改善电解质电池或燃料电池的效率，这可以有助于减少电解质电池或燃料电池需要的电池面积/需要结构空间。通过借助于有利地用该至少一个热管12冷却双极性板，使电解质电池或燃料电池更均匀地充分利用，以此可以实现较小和较轻的电解质或燃料电池系统，这尤其可以用于移动式应用。
[0030]优选该至少一个热管12用至少一种冷却剂填充。例如，该至少一个热管12可以用二氧化碳、R410a、水和/或酒精作为至少一种冷却剂填充。这里列举的所有冷却剂都保证双极性板10均匀和可靠的冷却。注意，其他冷却剂也可以在该至少一个热管12中用于双极性板10可靠的冷却。用水作为冷却剂便于实施而且完全无危险。此外，可以简单地在该至少一个热管12中设置几毫巴的负压(或在一个接于其上二相冷却循环中)，以便使水的沸腾温度可以降到几度摄氏。然而对于许多应用，例如，双极性板10在高温PEM电池/高温PEM堆(温度高达200°C )不需要给冷却剂水施加负压。
[0031]在图1的实施方式中热交换器24连接在所显示双极性板10的该至少一个热管12上。至少一个热管12可以在各一端上通过第一收集段26，而在各另一端上通过第二收集段28连接到热交换器24。以此双极性板10和热交换器24 (或许与收集段26和28 —起)形成电解质电池或燃料电池用的冷却装置。
[0032]尤其借助于收集段26和28，冷却装置可以实现为压力相等的封闭系统，以便使所有热管12处于相同的压力下。冷却剂可以在封闭的系统作为二相混合物存在。例如，该冷却剂在第一收集段26和在至少一个热管12内以液态存在，而该冷却剂在第二收集段28和在热交换器24中以气态存在。
[0033]在压力相等的封闭系统中，在热交换器24中的热量可以放出，这导致冷却剂在热交换器24内冷凝。通过冷却剂的冷凝在热交换器24内出现局部压力下降，由此气态的冷却剂从至少一个第一收集段26和/或至少一个热管12续流。在该至少一个热管12中蒸发的冷却剂的数量与在热交换器22冷凝的数量相同。特别强调的是，在一个压力相等的封闭系统中，冷却剂总是在最热位置上蒸发。因此借助于这个机制在双极性板10的整个平面上自动调整到相同的温度。
[0034]在压力相等的封闭系统中也无需驱动电能来进行热输送。代之以借助于在前面段落中描述的机制自动进行热输送。此外，自动调整的热输送比在传统的冷却循环中的水输送快约100的因数，因为蒸发点和冷凝点之间的决定性的压力差以所选择的冷却剂的音速进行平衡。
[0035]图2表示电解质电池或燃料电池的示意图。
[0036]图2所示的电解质电池或燃料电池可以称为PEM电池/PEM堆(Proton ExchangeMembrane Stack质子交换膜堆)。该电解质电池或燃料电池包括至少一个对氢离子渗透的膜50。对氢离子渗透的膜50布置在两个电极52之间。此外，该电解质电池或燃料电池还有两个双极性板10。每个双极性板10都布置在电极52的与氢离子可渗透的膜50背离指向的一侧。
[0037]至少一个双极性板10可以形成得带有至少一个集成(未示出)的热管12，后者可以在该双极性板10上和/或在其中形成。例如图1的实施方式可以在该电解质电池或燃料电池中用作双极性板10。然而作为替代方案，还可以在电解质电池或燃料电池至少一个双极性板10附近处布置至少一个(未勾勒出轮廓的)热管12。该至少一个热管12尤其可以接触各双极性板10，而双极性板10和该至少一个热管12不在该电解质电池或燃料电池内形成紧凑的子单元。由此即使在双极性板10上或其中不集成至少一个热管12也能实现前面描述的优点。
[0038]膜50对于氢离子的渗透性可以用来实施电解或实施燃料电池功能。为了实施电解质电池功能，电极52—般施加一个电压。所施加的电压，例如可以用来使分子(例如，水分子)分裂为单个原子。在这种情况下阳离子(例如，氢离子/氢原子)集合在阴极上，而阴离子(例如，氧离子/氧原子)附在阳极上。(作为离析物，去离子水可以通过双极性板10的至少一个蛇形沟道18给入。)
[0039]为了实施燃料电池功能，向电极52输入不同的离析物。例如在阳极填充氢，而阴极输入氧。在这种情况下氢离子通过膜50漫游并在阴极上反应成为水。在该阳极上释放的电子产生电流，可供电气仪器运行使用。
[0040]不仅在实施电解时，而且在实施燃料电池功能时，借助于图2示意地显示的电池，在电极52和膜50之间都出现废热。若这个废热在这两个过程中都通过流过的电流产生，该电流必须克服膜50、电极52和连接于其上的触点的电阻。(下降的热功率由电流强度的平方乘以电阻给出。)此外，在燃料电池运行时向进行的放热反应的能量作为附加的热量释放。借助于该至少一个热管12，它或者布置在至少一个双极性板10附近处，或者集成在双极性板10中的至少一个中，然而在这两种情况下都可以保证电解质电池或燃料电池的均匀冷却。以此不必担心电解质电池或燃料电池由于其温度提高而损坏。
【主权项】
1.电解质电池或燃料电池用的双极性板(10)， 其特征在于 至少一个在双极性板(10)上和/或在其中形成的热管(12)。2.按照权利要求1的双极性板(10)，其中，该至少一个热管(12)包括至少一个热导管和/或至少一个二相热虹吸管。3.按照权利要求1或2的双极性板(10)，其中在双极性板(10)上附加地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。4.按照上述权利要求中任一项的双极性板(10)，其中该至少一个热管(12)用至少一种冷却剂填充。5.按照权利要求4的双极性板(10)，其中该至少一个热管(12)用二氧化碳、R410a、水和/或酒精作为至少一种冷却剂填充。6.按照上述权利要求中任一项的双极性板(10)，其中该双极性板(10)有一个有源侧(14)，它在把双极性板(10)布置在电解质电池或燃料电池中之后面向另一个双极性板(10)定向，并且该至少一个热管(12)垂直于有源侧(14)通过双极性板(10)连续地延伸。7.根据权利要求1至5中任一项的双极性板(10)，其中该至少一个热管(12)与有源侧(14)平行地通过双极性板(10)连续地延伸。8.电解质电池或燃料电池用的冷却装置，带有 至少一个按照上述权利要求中任一项的双极性板(10)，和 连接在该至少一个双极性板(10)的至少一个热管(12)上的热交换器(24)。9.电解质电池和/或燃料电池，带有至少一个根据权利要求1至7中任一项的双极性板(10)或根据权利要求8的冷却装置。10.电解质电池和/或燃料电池，带有 至少一个双极性板(10)， 其特征在于 至少一个热管(12)，它布置在靠近电解质电池或燃料电池的唯一的双极性板(10)处或双极性板(10)中的至少一个双极性板处。
【专利摘要】本发明涉及一种电解质电池或燃料电池用的双极性板(10)，带有至少一个在双极性板(10)上和/或在其中形成的热管(12)。本发明还涉及一种电解质电池或燃料电池用的冷却装置，带有至少一个这种类型的双极性板(10)和一个连接在至少一个双极性板(10)的至少一个热管(12)上的热交换器(24)。此外，本发明还涉及一种带有至少一个相应的双极性板(10)或配有双极性板的冷却装置的电解质电池和/或燃料电池。另外，本发明还涉及一种带有至少一个双极性板(10)的电解质电池和/或燃料电池，其中该电解质电池和/或燃料电池附加地包括至少一个热管(12)，它布置在靠近该电解质电池或燃料电池的唯一的双极性板(10)处或至少一个双极性板(10)处。
【IPC分类】H01M10/613, H01M8/02, H01M10/6556, H01M10/04, H01M8/04
【公开号】CN105186026
【申请号】CN201510311933
【发明人】K·韦贝尔
【申请人】罗伯特·博世有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年4月22日
【公告号】DE102014207594A1