电化学电堆的制作方法

本发明涉及一种电化学电堆，尤其涉及一种电解槽电堆，其具有用于分配介质的几何限定结构，所述介质用于操作和/或调温所述电池。

背景技术：

1、de 101 17 572 b4的主题是一种电化学电堆，尤其是燃料电池电堆形式的电化学电堆，其包括交替布置的膜电极组件以及隔板。根据de 101 17 572 b4的装置的隔板具有用于将流体导向至膜电极组件和/或从膜电极组件导出的通道区域。相邻隔板彼此相对旋转180°，其中设置了绕相互平行布置的隔板所在平面的面法线的旋转。根据de 101 17 572b4的教导，这旨在能够将力以无弯矩的方式传递至膜电极组件。

2、de 10 2011 088 992 b4公开了一种用于燃料电池电堆的分配块。该分配块耦接至燃料电池堆模块，其中设置了将分配块固定在燃料电池电堆的端板上的结构。除气体通道外，该分配块还包括一条弯曲的、电绝缘的冷却水通道。电绝缘旨在借助预成型的管状绝缘元件来实现。

3、de 10 2013 216 587 b4详细阐述了一种可设想的用于电解槽的介质分配器几何形状。在此，在介质分配结构外部的两个相对侧上设置供给通道。所述供给通道具有梯形横截面，并包括用于供水、排水、排氧和排氢的通道。

4、ep 0 981 175 b1中描述的一种聚合物电解质燃料电池电堆包括多个借助导电隔板叠置在一起的单元电池。每个单元电池具有聚合物电解质膜和催化反应层。为了导入和导出介质，根据ep 0 981 175 b1的燃料电池电堆尤其具有入口分配器和出口分配器。

技术实现思路

1、本发明所基于的任务在于，提出一种相对于所述现有技术进一步改进的电化学电堆，其中既要考虑制造技术方面，也要考虑流动技术方面，同时力求实现良好的空间利用。

2、该任务通过具有权利要求1特征的电堆根据本发明得到解决。该电堆尤其可以是用于由水制取氢气的电解槽电堆。

3、根据本技术的电堆包括多个电化学电池，尤其是电解槽电池。此外，该电堆包括两个板，所述两个板各自具有至少近似矩形的基本轮廓，即一分配板和一端板。所述电化学电池夹持在所述两个所述板之间。所述分配板具有多个被设置为将介质供给至所述电池或将介质从所述电池排出的通道。术语“介质”在此包括工作介质以及冷却介质。形成在所述分配板中的、介质在其中流动的通道——在对所述分配板的俯视图中——具有直线形状，并且在某些情况下彼此正交而在其他情况下彼此平行地定向。所述通道的开口位于所述分配板的侧表面处，其中所述通道相对于所述侧表面垂直定向，并且每个侧表面将所述分配板的顶侧与所述分配板的下侧连接。存在至少一个平行地位于所述分配板的顶侧与下侧之间的假想平面，该平面与至少两个被设置为输送不同介质的通道相交。与所述分配板相反，所述端板不具有分配结构。

4、在所述分配板中为工作介质和冷却介质设置各种通道，这些通道部分彼此平行、部分彼此成直角地定向，而在所述端板中同时不存在通道，这构成了一种可高效实现的制造方案，其中在所述电堆后续运行期间，可传递沿堆叠方向、即垂直于所述板所在平面的显著力。所述端板可以比所述分配板明显更薄。

5、从贯穿所述分配板的通道出发，各种介质经由所谓主通道供给至各个电化学电池，所述主通道沿垂直于由所述板限定的平面的法向方向定向，即沿堆叠方向延伸。从所述电化学电池导出介质的情况同理。为了经由所述分配板导入和导出介质，例如可以利用所述分配板的两个彼此相对的侧表面。同样，也可以利用三个或全部四个侧表面来导入和导出介质。在极端情况下，仅所述分配板的一个侧表面就足以用于导入和导出介质。在所有这些情况下，背离所述电化学电池的所述分配板的顶侧可以完全不具有任何流体接口。

6、在恰好利用所述分配板的两个侧表面来导入和导出介质的情况下，例如可将第一介质，即流体，在第一端侧导入并在相对的端侧导出。同时流经所述分配板的第二介质可以并流或逆流引导。这意味着，要么特定侧表面仅用于介质导入而相对侧表面仅用于介质导出，要么——在逆流情况下——两侧均具有至少一个导入部和至少一个导出部用于流动介质。尤其在流动方向彼此相反的情况下，可以利用换热器功能。

7、如果利用所述分配板的全部四个侧表面来导入和导出介质，例如可规定，将其中两个连接所述板的顶侧与下侧的窄侧面仅用于介质导入，而将另外两个侧表面仅用于介质导出，其中介质导入部始终与相应的介质导出部相对布置。备选地，即使在所述分配板的全部四个窄侧表面上都设有接口的情况下，在其中一个表面或多个表面上，尤其是在所有侧表面上，也可以同时设置工作介质和/或冷却介质的导入部和导出部。术语“冷却介质”并不排除在某些运行状态下，例如在外界温度较低的启动阶段中，利用相应介质对所述电堆进行加热。

8、独立于经由所述分配板传导的各种介质的功能，例如，两个由彼此平行的通道构成的两元布置可分别沿所述矩形、非正方形分配板的一长边延伸。例如，每个所述两元布置由一个冷却水通道和一个工艺水通道构成。在此，所述冷却水通道可与所述长边的距离小于所述工艺水通道与所述长边的距离，所述工艺水通道开口于相较于所述长边更短的所述分配板的一窄边。与所述冷却水通道不同，在该实施方式中，所述工艺水通道可经由一通道接管连接至所述长边，并在所述窄边处由一盲塞封闭。

9、除平行于所述矩形分配板的长边延伸的通道之外，例如还可分别设置一个平行于所述分配板的一窄边延伸的介质通道。所述介质通道可分别终止于所述分配板的一长边。备选地，所述介质通道的接口也可设置在所述分配板的窄边处。

10、位于所述分配板中的各种通道——在对所述分配板的俯视图中——可相对于所述分配板的中心点呈中心对称布置。在此，由一组通道可形成l形，所述一组通道由位于所述分配板的一长边处的一对通道和位于所述分配板的一窄边处的一个单独通道构成。以相同方式，另一这样的3通道组同样构成l形。第一l形通道组可通过绕180°的假想旋转转换为第二l形通道组。

11、部分彼此平行而另一部分彼此正交定向、并贯穿所述分配板的用于工作介质或冷却介质的通道，通常布置在两个彼此平行的平面之间，所述平面位于所述分配板内部并且平行于其顶侧和下侧。此处使用“顶侧”和“下侧”这一称谓并不构成对所述分配板在空间中位置的预判。在任何情况下，所述两个平面中的每一个均与至少一个通道相切。两个平面之间的距离可对应于所述分配板厚度的一半或更多。这意味着，由所述顶侧与所述下侧之间距离所确定的所述分配板厚度的大部分被用作用于传导工作介质和/或冷却介质的空间。可选地，在所述两个彼此平行且各自与至少一个通道相切的平面之间存在一层，在该层中，从所述平面的法向方向看，至少两个通道之间存在重叠，该层的厚度对应于所述两个平面之间距离的至少5%。

12、根据一种可能的改进，所述电堆包括一夹紧单元，其中包括所述电化学电池以及所述分配板和所述端板的堆叠状布置以夹层方式容纳在所述夹紧单元的部件之间。所述夹紧单元尤其可构造成用于液压夹紧，其中还可设置对施加于所述电化学电池的预紧力进行调节。

13、关于制造所述夹紧单元所用的材料，可以采用机械工程和设备工程中已知的各种材料。其中，可考虑金属材料，例如耐腐蚀钢，也可考虑非金属材料，尤其是塑料。