【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于電化學能量轉換器，尤其是燃料電池堆的堆疊結構。本專利技術還涉及一種制造這種堆疊結構的方法。
技術介紹
1、燃料電池堆形式的電化學能量轉換器由大量基本相同地構造的單電池組成，分別由雙極板和膜電極組件(mea)構成，所述單電池層疊成堆。不同的介質或過程流體(通常是燃料、氧化劑和冷卻劑)以不同的層在相應的單電池中引導。過程流體通過沿堆疊方向延伸的歧管或相應的過程流體引導結構供應燃料電池堆，并且通常又通過過程流體引導結構的歧管排出。這意味著過程流體引導結構通常具有向相應的燃料電池導入過程流體的通道以及用于從相應燃料電池導出過程流體的通道。在相應的燃料電池中，活性區域內的所謂的流場或者說流動場可確保過程流體盡可能均勻地分布到單電池的活性面上。
2、雙極板可由兩個或更多個單層組成，這些單層可通過焊接或粘接材料鎖合地互相接合。冷卻介質(例如水)可以引導到兩個接合的單層之間形成的空腔中。過程流體(例如氫氣或空氣)可在相應地背離第二個單層的一側上引導。膜電極單元通常包括一個催化劑涂層膜(ccm)和兩個氣體擴散層(gdl)，所述膜電極單元位于兩個雙極板之間。此外，膜電極單元還可以包括附加的加強框架或由一個或多個薄膜層制成的框架密封部(subgasket，子密封墊)，所述加強框架或框架密封部至少部分地將膜電極單元的催化劑涂層膜在其外周緣上包圍。
3、燃料電池堆的各種介質空間必須相互密封并相對于環境密封。為此，可采用不同的接合和/或密封方法，如焊接、粘接以及應用金屬的和/或彈性體的密封部。例如，雙極板的兩個
4、接合線和/或密封線在流場的過渡區域中相交。在構型為此必要的介質穿引部和密封結構方面，現有技術中已知不同的可行性。
5、de?10?394?231?t5描述了介質穿引部的區域中的密封線可以與堆疊方向正交地偏移布置，這樣介質就可以通過雙極板中的穿口在密封件上引導經過。在上述實施方案中，雙極板必須不對稱地實施，并且在堆疊過程中，雙極板必須相對于相鄰的雙極板繞堆疊軸旋轉180°地放置。在專利申請us2012/0164560a1、us2009/0197147a1和de?10?248?531?a1中描述了可以使用金屬支撐的珠密封部(必要時與安裝到珠上的彈性體密封部相結合)來使陽極和陰極側上的氣體空間相對于子密封墊或框架密封部密封。介質穿引部可以通過珠中的穿口實現，因此必須將雙極板的兩個層之間的空腔向外密封，過程流體流動穿過所述空腔。
6、de?10?2014?104?017?a1中描述了如何在歧管或過程流體引導結構與相應的流動場之間的過程流體供應部的區域內，將雙極板的兩個層彼此隔開間距地實施。過程流體可以在過程流體引導結構和流動場之間相應的雙極板的兩個層之間形成的空間內被導向。對于不在雙極板的兩個層之間，而是在兩層雙極板的外側上在活性面內進行引導的過程流體，可在雙極板的兩個層之一中在密封線內設置穿口，以便過程流體從雙極板的兩個層之間的區域流入到陽極側或陰極側的流動場中。密封部可以附接到氣體擴散層或框架密封部上。在注塑工藝中將密封部附接到雙極板上的變體從制造技術和功能的角度來看是有利的，然而根據這個教導，所述變體是不可實現的，或者只能以高的花費才能實現，因為由兩個層組成的、焊接的雙極板在介質供應部的區域中不提供用于安裝注塑模具的壓緊邊緣的機械支撐。也不能噴射密封部到單層上，因為在后續的焊接過程中，焊接線會與密封線交叉或重疊，從而破壞密封部。密封部附接到氣體擴散層或框架密封部上對部件的處理要求更高，因為這些部件具有小的(彎曲)剛度。
7、總之，在實現過程流體引導結構或歧管與燃料電池的流動場或活性區域之間的流體連接方面，現有技術中已有許多不同的方案，這些方案具有不同的優點，但也有缺點。
技術實現思路
1、在本專利技術的框架內，現提供一種堆疊結構和一種用于制造所述堆疊結構的方法。尤其是，根據權利要求1的堆疊結構和根據權利要求7的用于制造堆疊結構的方法。本專利技術的其他實施方式在從屬權利要求、說明書和附圖中得到。與堆疊結構相關的特征自然也適用于與根據本專利技術的方法相關的特征，反之亦然，因此，在各個專利技術方面的公開中總是可以相互參照。
2、根據本專利技術的第一方面，提出了一種用于電化學能量轉換器的堆疊結構，其具有：
3、-雙極板，
4、-膜電極單元，
5、-過程流體引導結構，用于沿堆疊方向引導過程流體，
6、-框架密封部，所述框架密封部分別在膜電極單元的邊緣區域中緊固在膜電極單元上，其中，雙極板和框架密封部在堆疊方向上相疊地布置，
7、-過程流體密封部，用于密封過程流體引導結構的邊緣區域，其中，過程流體密封部分別具有內密封區段，所述內密封區段在橫向方向上看定位在過程流體引導結構和膜電極單元之間，所述橫向方向與堆疊方向正交并且從過程流體密封部分別朝向膜電極單元的方向延伸，
8、-邊緣密封部，用于密封框架密封部的邊緣區域和/或雙極板的邊緣區域，和
9、-間隔元件，所述間隔元件在堆疊方向上分別定位和/或構型在兩個內密封區段之間，并且分別具有穿通口，用于在橫向方向上引導過程流體從過程流體引導結構至相應的膜電極單元。
10、為了考慮到描述說明書引言中提到的問題，建議以根據本專利技術的間隔元件來實施堆疊結構的構造。為此，可以將過程流體密封部或過程流體密封區段分別定位在間隔元件上，與不直接定位在間隔元件上的過程流體密封部或過程流體密封區段相比，所述間隔元件構型有在堆疊方向上減小的厚度。過程流體可通過間隔元件或穿通口分別可靠地在過程流體引導結構和膜電極單元或相應的燃料電池的活性區域之間傳輸。
11、本專利技術的另一優點是，由于所述間隔元件，在過程流體引導結構和活動區域之間的分配器或過渡區域中，雙極板的所有單層都可以平鋪地相互放置或相應地構型。由此，所述單層可以容易地互相焊接。在后續的過程步驟中，過程流體密封部(包括內密封區段)可以例如以注塑的方式分別附接到已經焊接的雙極板上。在此，用于注塑模具的壓緊邊緣可被穩定地套裝或支撐。此外，過程流體密封部可以以僅僅一個過程步驟制造。而在開頭提到的現有技術中，為此通常需要兩個過程步驟。
12、通過使用注塑，密封部可以快速并且容易地形廓化制造。因此，與迄今的解決方案相比，相應的過程流體密封部所需的裝配力以及相應的過程流體密封部在堆疊方向上的可覆蓋的功能和/或公差范圍可以增加，由此還可以實現整個電池的相對有利的機械構造。這尤其適用于氣體的過程流體供應，例如空氣形式的氧化劑和例如氫氣形式的燃料。對于通常在雙極板的單層之間引導的冷卻劑，可以選擇稍有不同但基本相似的構造。
13、間隔元件可以分別構型電池部件的組成部分，即構型為堆疊結構的功能構件的一部分。不過，間隔元件也本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于電化學能量轉換器(80)的堆疊結構(10)，其具有：
2.根據權利要求1所述的堆疊結構(10)，
3.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
4.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
5.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
6.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
7.一種用于制造電化學能量轉換器(80)的堆疊結構(10)的方法，其具有下述步驟：
8.根據權利要求7所述的方法，
9.根據權利要求7至8中任一項所述的方法，
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法，
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種用于電化學能量轉換器(80)的堆疊結構(10)，其具有：
2.根據權利要求1所述的堆疊結構(10)，
3.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
4.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，
5.根據前述權利要求中任一項所述的堆疊結構(10)，<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：P·施塔爾，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發明
國別省市：
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