專利名稱：沒(méi)有雙極板的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池模塊，它由在陽(yáng)極面和陰極面上具有端板的電池摞組成，具有電壓系統(tǒng)并具有用于氧氣、氫氣和冷卻劑的介質(zhì)接頭并且具有許多單個(gè)電池，它們分別具有膜-電極單元，它們由多孔透氣材料制成的陽(yáng)電極和陰電極和設(shè)置在其間的具有陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑的電解膜組成，并且在陽(yáng)極面和陰極面上具有集電器。
背景技術(shù)：
這種燃料電池模塊由單個(gè)電池組成，它們分別具有陽(yáng)極和陰極和位于其間的電解膜。在陽(yáng)極上氫氣氧化，在陰極上氫核通過(guò)氧氣和在耗電器和電流導(dǎo)體上流動(dòng)的電子轉(zhuǎn)換成水。如果陽(yáng)極和陰極通過(guò)電導(dǎo)體連接，則電流流動(dòng)。此外釋放熱量。整個(gè)過(guò)程可以連續(xù)地運(yùn)行，即，持續(xù)地將水和氧氣輸送到各電極。例如由DE 12 72 678 Al以及EP 0 490 808 Al已知這種燃料電池。在這些已知的燃料電池中使用高多孔率的電極，由此提供大的表面積供電化學(xué)轉(zhuǎn)換使用。這些電極在具有催化作用的膜面上具有微小尺寸的惰性金屬顆粒， 尤其由具有鉬或鉬合金制成的顆粒，以及具有導(dǎo)電層。在常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)中氧氣和氫氣通過(guò)雙極板輸送到電極，其中在這些雙極板中銑出通道，用于使氫氣和氧氣精細(xì)地分布在電極表面上。從那里通過(guò)擴(kuò)散使氧氣和氫氣輸送到反應(yīng)區(qū)。這些雙極板必需設(shè)置在模-電極單元的兩面上并且在加工中是費(fèi)事且昂貴的。上述通道不僅作為參與產(chǎn)生電流過(guò)程介質(zhì)的輸入管道，同時(shí)作為參與產(chǎn)生電流過(guò)程介質(zhì)的排出管道。此外缺陷是，它們不僅必需輸送不混合輸送的氣體，而且必需排出剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品。頂端、保留在通道之間的短臂作為從電極到雙極板的電流傳導(dǎo)，而通道橫截面必需導(dǎo)引所需的氣體量。由此引起結(jié)構(gòu)上的抵觸-大的電流傳遞面積抵制大的通流橫截面-只能難以或者根本不能解決。雙極板浪費(fèi)空間地構(gòu)造并且明顯地影響整個(gè)燃料電池模塊的尺寸。它們還必需是良好導(dǎo)電和導(dǎo)熱的并且必需防止氣體從單個(gè)電池?cái)U(kuò)散到下一電池，例如通過(guò)所謂的由相應(yīng)的材料層組成的氣體柵欄，材料層加入到雙極板里面。難以抑制在雙極板中的氣體擴(kuò)散，由此氣體損失率可能相對(duì)較大， 或者說(shuō)，燃料電池總效率較低。雙極板容納氣體通道，用于能夠通導(dǎo)過(guò)程介質(zhì)。它們要有助于形成電池摞的機(jī)械結(jié)構(gòu)。缺陷是，雙極板不是彈性的，即具有剛性的結(jié)構(gòu)。此外目前需要使雙極板對(duì)于腐蝕性介質(zhì)是化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定的并且在直到200°C的運(yùn)行溫度時(shí)持久耐用的。因此尋找適合的材料或者說(shuō)材料妥協(xié)和加工工藝目前不是令人滿意的并且導(dǎo)致例如雙極板的大壁厚并由此導(dǎo)致不利的總電池摞結(jié)構(gòu)高度。在過(guò)程期間產(chǎn)生的過(guò)程熱量的去耦聯(lián)也是有問(wèn)題的?；蛘邔崃客ㄟ^(guò)輻射從疊摞體輸運(yùn)到環(huán)境并且接受微小的疊摞效率或者在雙極板中加入冷卻通道，伴隨顯著的缺陷和加工成本，尤其在以類似注塑工藝加工的結(jié)構(gòu)中。在此缺陷是由于雙極板材料特性和可能雙層的氣體柵欄造成大的結(jié)構(gòu)高度。因此通常將疊摞結(jié)構(gòu)、冷卻電池設(shè)置在單個(gè)電池之間的確定網(wǎng)目里面，通過(guò)去掉相應(yīng)的單個(gè)電池。這個(gè)結(jié)構(gòu)形式是有意義的，如果要達(dá)到更高的疊摞效率并且排除熱量，但是加大疊摞高度，或者說(shuō)加大單位疊摞體積的功率密度。這種疊摞的雙布線的作用是，通過(guò)單個(gè)電池的串聯(lián)導(dǎo)引相應(yīng)的電流通過(guò)整個(gè)電池，以部分不利的且安全技術(shù)上不允許的電壓水平。接著的電參數(shù)轉(zhuǎn)換(符合實(shí)際的標(biāo)度)只能以昂貴的電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。此外，如果一個(gè)單個(gè)電池失效，則整個(gè)疊摞失效。這種疊摞的維修難以或者根本不能實(shí)現(xiàn)，只有拆卸疊摞、即損壞疊摞才能回收昂貴的原料(催化顆粒)。此外可能自發(fā)地形成電解作用的“巢”，如果零部件如雙極板在酸性介質(zhì)中工作并且電流流動(dòng)的時(shí)候。雙極板的剛性結(jié)構(gòu)的作用是，使疊摞上的零部件(膜-電極單元、雙極板、密封、端板)的加工誤差和不均勻的熱膨脹通過(guò)疊摞橫截面相加并且導(dǎo)致疊摞的傾斜位置。在通過(guò)夾緊裝置的相應(yīng)預(yù)夾緊裝配時(shí)疊摞方向的機(jī)械壓縮導(dǎo)致在一側(cè)上的不密封性和在另一側(cè)上的棱邊擠壓，伴隨各種零部件損傷，尤其損傷密封。缺陷還在于， 整個(gè)疊摞在實(shí)際起動(dòng)前帶到運(yùn)行溫度，需要顯著的能量，它們由為其規(guī)定的能源提供，例如相應(yīng)接通的電池。通過(guò)這種方式可能損傷膜并且在很大程度上避免催化。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，通過(guò)新的結(jié)構(gòu)并且通過(guò)新的零部件在放棄雙極板的條件下實(shí)現(xiàn)良好加工的且小或窄構(gòu)造的燃料電池模塊。按照本發(fā)明這個(gè)目的由此得以實(shí)現(xiàn)，所述介質(zhì)輸入管道和介質(zhì)排出管道附屬于冷卻和介質(zhì)模塊并且與它連接，所述冷卻和介質(zhì)模塊設(shè)計(jì)成只用于提供二次功能空間和形成疊摞并且分別在冷卻和介質(zhì)模塊的兩個(gè)側(cè)面上設(shè)置相鄰單個(gè)電池的膜-電極單元的或者氫氣電極或者氧氣電極。在這樣構(gòu)成的單個(gè)電池中，它如同目前一樣可以與其它單個(gè)電池組合成燃料電池模塊，首次能夠省去雙極板，因?yàn)槔鋮s和介質(zhì)模塊簡(jiǎn)單地構(gòu)成，可以以微少的費(fèi)用加工并且完全實(shí)現(xiàn)功能，盡管它不必導(dǎo)電并且因?yàn)榭梢酝耆∪怏w柵欄。通過(guò)現(xiàn)在能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的布線通過(guò)從屬的電流接片在產(chǎn)生電流的地方截取電流，即，無(wú)需通過(guò)整個(gè)疊摞導(dǎo)引電流， 在現(xiàn)有技術(shù)中是這樣。此外冷卻和介質(zhì)模塊的構(gòu)造比雙極板的構(gòu)造簡(jiǎn)單得多，因?yàn)橹恍韫δ苁?、即介質(zhì)通道，無(wú)需使用特殊的導(dǎo)電材料或者使用氣體柵欄或類似結(jié)構(gòu)。由于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)給出變化性，它給出可能性，建立不僅小結(jié)構(gòu)尺寸的、而且主要是具有微小疊摞高度的燃料電池或燃料電池模塊。與已知的結(jié)構(gòu)相比疊摞高度可以以系數(shù)3降低。這同時(shí)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，可以完全省去浪費(fèi)空間和復(fù)雜的雙極板并且還使每個(gè)單個(gè)電池獨(dú)立連接并且可以任意串聯(lián)、并聯(lián)或單個(gè)或成組或分疊摞地連接，由此例如在電池失效時(shí)在電池組中毫無(wú)問(wèn)題地可以使整個(gè)電池以這種形式繼續(xù)運(yùn)行。此外可以設(shè)有備用電池，它們接通并且當(dāng)然可以正好毫無(wú)問(wèn)題地?cái)嚅_(kāi)有缺陷的電池，直到需要大修。由此實(shí)現(xiàn)冷卻和介質(zhì)模塊與其余功能單元在電池框架里面的準(zhǔn)確配合，使冷卻和介質(zhì)模塊通過(guò)用于氣體的由彈性結(jié)構(gòu)、最好由兩個(gè)或多個(gè)零部件組成的冷卻通道和輸入通道構(gòu)成。這些由允許膨脹的材料或彈性結(jié)構(gòu)制成的零部件易于在各個(gè)模塊的疊摞軸線和功能單元里面固定和調(diào)整，其中對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)首先考慮特種鋼和薄板。如果這些零部件相應(yīng)地膨脹，由此實(shí)現(xiàn)相對(duì)于電池框架或端板的夾緊和膜-電極單元的均勻面頂壓并補(bǔ)償加工誤差和熱膨脹，這導(dǎo)致改善的功能并且避免不密封性和類似問(wèn)題。如果電池疊摞的內(nèi)部疊摞由在疊摞軸線中允許呼吸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，則尤其得到這個(gè)補(bǔ)償。此外在前面已經(jīng)證實(shí)，作為彈性膨脹的材料首先規(guī)定薄板，其中本發(fā)明規(guī)定，冷卻和介質(zhì)模塊或至少七個(gè)零部件由特種鋼制成的薄板、膜或冷帶構(gòu)成。特種鋼的特征尤其是， 通過(guò)氫氣和其它腐蝕性的組成部分不會(huì)產(chǎn)生不利影響，由此實(shí)現(xiàn)模塊的長(zhǎng)使用壽命。
按照另一結(jié)構(gòu)規(guī)定，所述冷卻和介質(zhì)模塊由如上所述直到七個(gè)由塑料、最好由塑料膜組成的零部件構(gòu)成。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中除了總體上有利的彈性以外還突出的是，腐蝕性介質(zhì)在燃料電池技術(shù)范圍內(nèi)對(duì)這些塑料不會(huì)產(chǎn)生不利影響。此外彈性是突出的。材料的彈性膨脹由此保證，使用于氣體的冷卻通道和輸入管道通道里面的壓力可以變化并且可以相應(yīng)地在膜-電極單元上調(diào)整所期望的面壓力。對(duì)此指的是內(nèi)部疊摞，它在外部疊摞內(nèi)部由于空隙可以變化。在薄板結(jié)構(gòu)中可以使用最薄壁的薄板，即實(shí)際上的膜，因?yàn)榘凑毡景l(fā)明規(guī)定，電極蓋、密封薄板、彈簧板和冷卻通道和輸入管道的零部件通過(guò)間隔體分開(kāi)。在此這樣選擇間隔體的數(shù)量、形狀和結(jié)構(gòu)，使相關(guān)通道分別在其整個(gè)長(zhǎng)度上可靠地保持開(kāi)孔橫截面。不僅氧氣而且氫氣在電解膜和位于其上面的催化劑部位實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)或氫氣分布和氧氣反應(yīng)，這尤其由此實(shí)現(xiàn)和保證，使用于氣體的輸入管道通道設(shè)計(jì)成具有局部輸入管道并且作為局部氣體分布區(qū)和其它氣體分布區(qū)。由此保證，在電解膜整個(gè)表面上可以實(shí)現(xiàn)所述過(guò)程，而且盡可能在整個(gè)表面上完全均勻。這意味著，從氣體通道氣體組分不只在一個(gè)位置上流出并且通過(guò)電極輸送到電解膜，而且通過(guò)整個(gè)表面分布在多個(gè)位置上，由此可以以氣體供給相同大小和相同構(gòu)成的氣體分布區(qū)。通過(guò)分別具有至少一個(gè)氣體通道的氣體分布區(qū)從氣體通道穿過(guò)電極蓋一直到電極供給電極的各個(gè)分段。由此實(shí)現(xiàn)特別均勻地供給所述的氣體分布區(qū)，在冷卻和介質(zhì)模塊的薄板結(jié)構(gòu)中或者一般地使冷卻和介質(zhì)模塊的氣體通道的電極蓋在面對(duì)陽(yáng)極和陰極的一側(cè)上具有分布設(shè)置的用于氫氣或氧氣的氣體通道以及用于剩余氫氣、剩余氧氣和反應(yīng)產(chǎn)品的排出管道。由此首次保證，使來(lái)自氣體通道的設(shè)計(jì)氣體通過(guò)氣體通道不混合并且可以均勻地在電極上導(dǎo)引并且使反應(yīng)產(chǎn)品與不總是完全充分利用的氫氣以其剩余量混合地有針對(duì)性地這樣排出， 使通過(guò)氣體通道和電極蓋流入的氫氣氣體不產(chǎn)生不利影響并且在處理后可以再使用。這同樣適用于氧氣側(cè)，其中按照現(xiàn)有技術(shù)還存在許多問(wèn)題，作為反應(yīng)產(chǎn)品也一起產(chǎn)生水，它必需被排出。在本解決方案中對(duì)于排出管道設(shè)有單獨(dú)的通道或槽，通過(guò)它們可以無(wú)損害地排出剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品，其中盡可能避免與過(guò)程氣體混合，尤其因此，因?yàn)槭惯^(guò)程氣體在一個(gè)側(cè)面上輸送到電極蓋并且使未消耗的過(guò)程氣體和反應(yīng)產(chǎn)品在另一側(cè)面上單獨(dú)地排出。為了保證，剩余產(chǎn)品從排出管道也能夠完全去除或者自動(dòng)流出而規(guī)定，在由連續(xù)的槽構(gòu)成的排出管道里面的壓力調(diào)整到小于在氣體通道里面的壓力，由此在這個(gè)排出管道里面產(chǎn)生一定的負(fù)壓，它負(fù)責(zé)將剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品可靠地通過(guò)排出管道排出。如同目前通常存在的可能性那樣，使電解膜和電極以及冷卻和介質(zhì)模塊的層平面地以180°的扇形角實(shí)現(xiàn)，即各個(gè)功能層分別平行延伸地實(shí)現(xiàn)并且在電池框架之間固定。按照一個(gè)改進(jìn)方案規(guī)定，單個(gè)電池由扇形層式地構(gòu)成和設(shè)置，具有小于180°的扇形角，這使有效反應(yīng)面積以直到40%的數(shù)量級(jí)比平面布置提高，使模塊扇形和反應(yīng)區(qū)的延伸長(zhǎng)度比其投影的相應(yīng)長(zhǎng)度更長(zhǎng)。按照本發(fā)明提高疊摞中的有效反應(yīng)面積的另一方法是，使單個(gè)電池由疊摞的扇形層式地構(gòu)成和設(shè)置，其中對(duì)此當(dāng)然總是只指的是有效區(qū)域，不是電池框架的區(qū)域。在此扇形頂嵌入到下一電池的扇形凹里面。另一實(shí)施例是平行的扇形，在其中扇形頂放置在下一電池的扇形頂上。此外如上已經(jīng)指出的那樣，能夠簡(jiǎn)單且可靠地裝配燃料電池疊摞或相應(yīng)的模塊，因?yàn)槔鋮s通道和氣體通道或用于氣體的輸送通道由允許彈性膨脹的材料制成。有利的裝配由此實(shí)現(xiàn)，使電池摞設(shè)計(jì)成由零部件環(huán)和密封環(huán)的外部捆束或作為外部疊摞的電池框架以及由膜-電極單元的內(nèi)部疊摞和冷卻和介質(zhì)模塊組成。由此可以使由膜-電極單元和冷卻和介質(zhì)模塊組成的捆束猶如安裝在由密封環(huán)制成的捆束里面，然后通過(guò)導(dǎo)入介質(zhì)和氣體可靠地達(dá)到內(nèi)部疊摞零部件相對(duì)于電池框架或外部疊摞的確定夾緊。有利的是，在裝配時(shí)內(nèi)部捆束通過(guò)外部的環(huán)簡(jiǎn)單地襯入和插入，因此只有在安裝后才達(dá)到配合精度，通過(guò)機(jī)械預(yù)應(yīng)力和/或附加的夾緊力或通過(guò)介質(zhì)壓力施加。特別有利的是，所述內(nèi)部疊摞的長(zhǎng)度與外部疊摞的長(zhǎng)度相比具有確定的尺寸(尺寸不足，過(guò)尺寸)，由此通過(guò)預(yù)應(yīng)力和介質(zhì)壓力的共同作用可以在膜-電極單元部位中建立盡可能均勻的且確定的面壓力。在較小內(nèi)部疊摞高度時(shí)零部件不是夾緊的并且是松動(dòng)的。 只有通過(guò)介質(zhì)壓力才實(shí)現(xiàn)所需的面壓力并匹配于加工誤差和熱引起的膨脹。機(jī)械預(yù)應(yīng)力通過(guò)夾緊系統(tǒng)產(chǎn)生。在冷卻通道薄板或彈性的或錯(cuò)位設(shè)置的間隔體之間的彈簧薄板影響到疊摞軸線里面的彈簧效應(yīng)。所謂的電池框架由膜-電極單元、冷卻和介質(zhì)模塊和相應(yīng)的密封環(huán)構(gòu)成。為了在這里特別靈活地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能室的供給本發(fā)明規(guī)定，所述電池疊摞具有相同長(zhǎng)度和寬度的冷卻通道板，其中冷卻通道薄板通過(guò)位于功能室之間的密封限制單個(gè)的功能室并且由它們形成的電池框架具有必需的供給通道，除此以外設(shè)有橫通道、氣體通道、連接通道、分布通道和分布孔以及其它結(jié)構(gòu)作為功能室的接頭。由此可以通過(guò)簡(jiǎn)單的和可靠的方式和方法建立功能室供給，當(dāng)然尤其也由此實(shí)現(xiàn)，在氣體通道的電極蓋里面設(shè)有氣體通道以及排出通道。因?yàn)殡姵氐睦鋮s和介質(zhì)模塊的這些單個(gè)功能室由相同的供給通道段以氣體而且也以冷卻介質(zhì)供料，由此保證，各個(gè)電池也可以均勻地供料并且持續(xù)保持相同地供料。因?yàn)閱蝹€(gè)功能室不同地以氫氣、氧氣和冷卻介質(zhì)供給，補(bǔ)充地規(guī)定，附屬于電池框架的用于氫氣、氧氣的供給管道和冷卻介質(zhì)以及用于反應(yīng)產(chǎn)品和多余氣體的處理通道平行且正交延伸地構(gòu)成并且為了氣體流和形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的橫截面。因此對(duì)電池框架必需平行延伸地附設(shè)至少六個(gè)這樣的供給通道，但是這由于尺寸毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)，盡管必需考慮單個(gè)電池只具有2-3mm的寬度或厚度。電池壁或整個(gè)單個(gè)電池由于在冷卻介質(zhì)中的不同溫度引起的負(fù)荷由此最小化，使冷卻流在冷卻通道里面從單個(gè)電池到單個(gè)電池逆流地導(dǎo)引并且最好由兩個(gè)斷耦聯(lián)的冷卻系統(tǒng)供給。由此實(shí)現(xiàn)，通過(guò)整體導(dǎo)引冷卻介質(zhì)產(chǎn)生基本相同的負(fù)荷或溫度，因?yàn)檎迷诮惶鎮(zhèn)仁咕哂凶畹蜏囟鹊睦鋮s介質(zhì)導(dǎo)入到電池摞里面而且總是這樣以交替方式，使所述補(bǔ)償自動(dòng)地調(diào)節(jié)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中至少八個(gè)這樣的供給通道平行延伸地設(shè)置，用于氧氣側(cè)、氫氣側(cè)、 冷卻循環(huán)1和冷卻循環(huán)2的各輸入管道和排出管道。通過(guò)分開(kāi)的冷卻循環(huán)、用于氧氣側(cè)的管道、用于氧氣側(cè)的管道使擴(kuò)散的剩余氣體含量分開(kāi)地導(dǎo)引并且必要時(shí)制備且使電位分開(kāi)。為了能夠?qū)τ诿總€(gè)單個(gè)的電池實(shí)現(xiàn)適宜的單個(gè)處理特別有利的是，每個(gè)單個(gè)電池具有電流導(dǎo)引層，它分別通過(guò)電池摞的外壁通過(guò)電流接片向外導(dǎo)弓丨。單個(gè)電池的電流接片可以配有插頭或者它們通過(guò)夾緊、焊接、連接、釬焊或粘接布線。通過(guò)插頭或其它布線方式毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)并聯(lián)或串聯(lián)的布線，由此實(shí)現(xiàn)這種燃料電池模塊或整個(gè)單元的各種使用。代替電極本身如果必需導(dǎo)電地構(gòu)成，也存在這種可能性，使陽(yáng)極和陰極表面配有導(dǎo)電的和電流導(dǎo)引層。這不僅帶來(lái)加工時(shí)而且在減少加工成本的優(yōu)點(diǎn)。
介質(zhì)模塊不作為用于通導(dǎo)電流的電流導(dǎo)體，但是兩個(gè)電極蓋用于導(dǎo)出電流。對(duì)此的優(yōu)點(diǎn)是，電極是導(dǎo)引電流的并且導(dǎo)電地且放置在具有相同面壓力的電極蓋上。在此電極蓋是電流導(dǎo)引層，由此可以有針對(duì)性地取出并評(píng)價(jià)產(chǎn)生的電流而且分別對(duì)于每個(gè)單個(gè)電池。用于導(dǎo)引電流的另一實(shí)施例規(guī)定，電流導(dǎo)引層設(shè)置在陽(yáng)極和陰極與冷卻和介質(zhì)模塊之間的平面里面并且通過(guò)這個(gè)導(dǎo)電的平面導(dǎo)出電流。電極是導(dǎo)電的。在電流導(dǎo)引布置在面對(duì)膜的電極側(cè)面上時(shí)電極以適宜的方式不導(dǎo)電，而導(dǎo)熱地、 對(duì)于氣體擴(kuò)散和對(duì)流多孔地且化學(xué)和熱穩(wěn)定地構(gòu)成。為了接收高溫或不造成損害，使電池摞設(shè)置在可以通風(fēng)的疊摞外殼里面，它具有功率極和用于供給介質(zhì)、疊摞通風(fēng)和排風(fēng)的節(jié)點(diǎn)以及電壓和壓力監(jiān)控。通過(guò)疊摞外殼通風(fēng)可以保持在疊摞外殼外壁上的允許溫度。通過(guò)節(jié)點(diǎn)輸送所有用于控制、調(diào)節(jié)和供給模塊所需的功率。電池摞的適宜布線按照本發(fā)明是分疊摞的并聯(lián)布線和電池在分疊摞中的串聯(lián)或各種其他布線，例如并聯(lián)的電池連接。電池摞適宜地由多個(gè)分疊摞組成，其中一個(gè)分疊摞設(shè)計(jì)成作為其它分疊摞的起動(dòng)疊摞并且接通并且與熱交換器連接。加熱分疊摞更簡(jiǎn)單并且只需微少的外部能量，例如電池。在起動(dòng)電池起動(dòng)后，通過(guò)這個(gè)起動(dòng)疊摞可以使其余分疊摞帶到起動(dòng)溫度。它還可以作為冗余的備用電源系統(tǒng)使用。本發(fā)明的特征尤其在于，可以徹底降低疊摞高度，因?yàn)槔绺鱾€(gè)功能室通過(guò)相應(yīng)的薄壁的零部件、最好由特種鋼制成的薄板或膜限制，其中與已知的結(jié)構(gòu)相比能夠減少直到系數(shù)3。還有利的是，這種電池組或燃料電池模塊的各個(gè)電池具有許多必需的可能性，其中特別有利的是，對(duì)于每個(gè)單個(gè)電池分別通過(guò)外壁通過(guò)電流接片向外導(dǎo)引。由此可以實(shí)現(xiàn)任意串聯(lián)或并聯(lián)、單個(gè)或成組或分疊摞的布線，通過(guò)導(dǎo)流接片連接。也有利的是，由此給出這種可能性，每個(gè)單個(gè)電池獨(dú)立地?cái)嚅_(kāi)或接通，例如通過(guò)分開(kāi)或斷開(kāi)布線，如果例如備用電池提前工作的時(shí)候。在這種燃料電池模塊中可以有針對(duì)性地由此提高有效的反應(yīng)面積，使單個(gè)電池由疊摞的扇形或平行的扇形實(shí)現(xiàn)。在平面的疊摞結(jié)構(gòu)中扇形角為180°，S卩，扇形或有效反應(yīng)面積的投影基本等于內(nèi)部疊摞的橫截面面積。如果扇形角減小，例如90°，則有效反應(yīng)面積以約40%大于其投影面積。在整個(gè)燃料電池模塊相同體積時(shí)這種扇形角理論上具有約40%的更大額定功率。由此使氣體室與零部件斷耦聯(lián)，可以避免在電池和燃料電池模塊中的電解效應(yīng)。也特別有利的是，氣體擴(kuò)散區(qū)與用于氣體分布和處理的通道斷耦聯(lián)或分開(kāi)地構(gòu)成，由此保證總是均勻地導(dǎo)引氣體和冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)通過(guò)兩個(gè)斷耦聯(lián)的冷卻系統(tǒng)逆流地導(dǎo)引，由此使電池均勻地負(fù)荷。最后突出的是，通過(guò)加入到電池空間里面的由膜-電極單元和冷卻和介質(zhì)模塊組成的內(nèi)部疊摞根據(jù)所期望的運(yùn)行方式有針對(duì)性地以不足尺寸或過(guò)尺寸實(shí)現(xiàn)，通過(guò)這種可能性徹底簡(jiǎn)化裝配。如果以不足尺寸加工，通過(guò)液壓或氣動(dòng)效應(yīng)新的零部件結(jié)構(gòu)不僅有利地補(bǔ)償加工誤差，而且補(bǔ)償由于熱引起的相關(guān)零部件膨脹造成的傾斜位置。尤其冷卻介質(zhì)在冷卻和介質(zhì)模塊中由于其液壓或氣動(dòng)作用給出這種可能性，修正熱膨脹并且有針對(duì)性且準(zhǔn)確地補(bǔ)償以前的尺寸不足。如果以過(guò)尺寸加工，可以使機(jī)械產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力有針對(duì)性地通過(guò)液壓或氣動(dòng)的作用增強(qiáng)和調(diào)整氣體，由此最佳地配置各個(gè)零部件。由此可以定義，通過(guò)有針對(duì)性地加工過(guò)尺寸在膜-電極單元部位中機(jī)械地達(dá)到并實(shí)現(xiàn)頂壓力，也包括匹配于不同的運(yùn)行狀態(tài)。最后也有利的是，可以在電極表面上實(shí)現(xiàn)電流導(dǎo)出，由此如果需要電流導(dǎo)線可以使它們簡(jiǎn)化地制成。在此多孔的電極以導(dǎo)電層例如由碳基襯底或納米材料覆層，由此總體上簡(jiǎn)化電極加工。


本發(fā)明內(nèi)容的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)由下面的附圖描述給出，在附圖中示出優(yōu)選的實(shí)施例與對(duì)其必需的細(xì)節(jié)。附圖中
圖1以按照現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化視圖示出單個(gè)的燃料電池， 圖2以簡(jiǎn)化的視圖示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有雙極板的燃料電池模塊， 圖3a_3c以側(cè)視圖示出導(dǎo)電層的不同結(jié)構(gòu)， 圖4簡(jiǎn)化地示出平面層中的單個(gè)電池，
圖5以具有由塑料制成的冷卻和介質(zhì)模塊的平面結(jié)構(gòu)示出單個(gè)電池原理圖， 圖6，6a以疊摞扇形形式的簡(jiǎn)視圖示出燃料電池模塊， 圖7示出在薄板、冷帶或薄膜-特種鋼結(jié)構(gòu)中的平面構(gòu)成的單個(gè)電池， 圖7a，7b以放大圖和扇形布置示出按照?qǐng)D7的結(jié)構(gòu)， 圖8以圖7的局部放大圖示出用于氫氣和氧氣的反應(yīng)區(qū)， 圖9，9a示出并聯(lián)扇形形式的燃料電池實(shí)施例， 圖10，10a, IOb以不同的視圖示出燃料電池模塊與外壁側(cè)設(shè)置的插頭， 圖11以簡(jiǎn)化的截面圖示出功能室上的接頭，
圖12，12a, 12b以另一簡(jiǎn)化截面圖示出功能室上的接頭，在這里用于氫氣， 圖13，13a，1 以簡(jiǎn)化的截面圖示出燃料電池模塊與并聯(lián)的電池、冷卻循環(huán)和多個(gè)分
疊摞，
圖14，14a, 14b示出冷卻通道密封上的簡(jiǎn)化圖， 圖15，15a, 15b以簡(jiǎn)化圖示出膜-電極單元的電極蓋， 圖16-16e示出燃料電池模塊的不同視圖， 圖17-17c示出冷卻介質(zhì)、氧氣輸入和氫氣輸入的簡(jiǎn)化圖， 圖18示出電流接片布線， 圖19示出具有冷卻空氣供給的燃料電池模塊。
具體實(shí)施例方式圖1簡(jiǎn)示出按照現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池模塊212的單個(gè)電池207。電解膜202具有陽(yáng)極催化劑203和陰極催化劑204以及放大示出的陽(yáng)極205和陰極206，即電極。所述陰極 206和陽(yáng)極205通過(guò)雙極板208，，208”限制，它在氣體分布-陽(yáng)極側(cè)209上和氣體分布-陰極側(cè)211上具有通道并且分別在端板213或214對(duì)面。在這里以201表示只示意的電池摞。按照?qǐng)D1并且也按照?qǐng)D2的視圖涉及現(xiàn)有技術(shù)。示出氧氣(O2)和氫氣(H2)的輸入。通過(guò)Rl和R2表示用于氫氣或氧氣的反應(yīng)區(qū)。集電器215或216用于導(dǎo)出電流，集電器通過(guò)電流導(dǎo)體218，218’和耗電器219相互連接。氫氣(H2)通過(guò)氣體分布-陽(yáng)極側(cè)209上的氣體分布流到陽(yáng)極205，并且通過(guò)這個(gè)陽(yáng)極擴(kuò)散到反應(yīng)區(qū)R1。陽(yáng)極催化劑203使氫氣分布(H2-氧化物)在氫核和電極上起作用。通過(guò)電解膜202輸運(yùn)氫核，而且從反應(yīng)區(qū)Rl到反應(yīng)區(qū)R2。電子通過(guò)陽(yáng)極205通過(guò)雙極板208’ 一直導(dǎo)引到集電器215。從集電器215電子通過(guò)電流導(dǎo)體218和耗電器219導(dǎo)引到集電器216。氧氣(O2)通過(guò)氣體分布-陰極側(cè)216 流到陰極并且通過(guò)陰極206擴(kuò)散反應(yīng)區(qū)R2。陰極催化劑204起到在來(lái)自反應(yīng)區(qū)Rl的氫核和通過(guò)電流導(dǎo)體218’流動(dòng)的電子的參與下使氧氣還原成水的作用。在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的工藝熱220通過(guò)電子和雙極板208’，208”傳遞到在相應(yīng)的冷卻通道中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)里面。在氣體分布陽(yáng)極側(cè)209和氣體分布陰極側(cè)211上在221，222下面從電極205，206最好通過(guò)對(duì)流產(chǎn)生還原產(chǎn)品和未消耗的剩余氣體。圖2示出燃料電池模塊212的實(shí)施例，該燃料電池模塊由電池摞201組成，具有許多單個(gè)電池207，207 +1, 207i+2，其中在單個(gè)電池207的膜-電極單元210的兩個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置雙極板208。所述電池摞201在每個(gè)側(cè)面上通過(guò)以213和214表示的端板遮蓋。 在這里也示出在一個(gè)雙極板208中的氣體柵欄225。雙極板的正極以2 表示，負(fù)極以227 表示，而冷卻通道具有標(biāo)記符號(hào)228。229是冷卻電池，而用于冷卻介質(zhì)的介質(zhì)輸入管道具有標(biāo)記符號(hào)230，用于氧氣的標(biāo)記符號(hào)241和用于氫氣的標(biāo)記符號(hào)232。冷卻介質(zhì)的排出以 233表示。通過(guò)234表示氧氣側(cè)的排出，具有未消耗的氧氣和反應(yīng)產(chǎn)品221，尤其是水和水蒸氣。以235表示氫氣側(cè)的排出，具有未消耗的氫氣和反應(yīng)產(chǎn)品222。以238表示雙極的電流流動(dòng)，而標(biāo)記符號(hào)210表示MEA，S卩，膜-電極單元。217是常見(jiàn)的電壓電樞。以225表示雙極板208中的氣體柵欄。它能夠防止不期望的氣體(H2，O2)通過(guò)雙極板氣體擴(kuò)散并由此不可控地反應(yīng)，其中阻止電流傳導(dǎo)并且降低導(dǎo)熱能力。圖3示出燃料電池模塊12的實(shí)施例，由單個(gè)電池7，7 +1, 7 +2組成，它們都沒(méi)有雙極板或者其中根本沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)。在這個(gè)燃料電池模塊12中以13，14表示端板并且以 15和16表示集電器。對(duì)于每個(gè)單個(gè)電池7設(shè)有膜-電極單元10，每個(gè)單元以陽(yáng)極5和陰極6表示。對(duì)每個(gè)電極5，6附設(shè)催化劑3，4?？梢钥闯?，在這里在用于氫氣的兩個(gè)陽(yáng)極5’，5”之間設(shè)置冷卻介質(zhì)模塊40’或者在用于氧氣的兩個(gè)陰極結(jié)構(gòu)6，6’之間設(shè)置冷卻和介質(zhì)模塊40。示例地示出，分別在電池7 和7i+l的氧氣側(cè)上設(shè)置冷卻和介質(zhì)模塊40并且已經(jīng)對(duì)于這個(gè)位置敷設(shè)，分別在電池7i+l 和7i+2的氫氣側(cè)上設(shè)置冷卻和介質(zhì)模塊40’并且已經(jīng)對(duì)于這個(gè)位置敷設(shè)。相鄰電池7和7i+l的兩個(gè)(+ )極都位于冷卻和介質(zhì)模塊40 —側(cè)上。兩個(gè)極具有相同的電位，因此在兩者之間沒(méi)有電流流動(dòng)。如果氣體從氣體分布通道通過(guò)冷卻和介質(zhì)模塊40結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到冷卻通道42里面，則這只涉及一種氣體。因此排除形成不可控產(chǎn)生的具有電解特性的區(qū)域。因?yàn)橹灰环N氣體擴(kuò)散到功能室，也排除自發(fā)的氣體反應(yīng)。這一點(diǎn)也按照這個(gè)意義在用于冷卻和介質(zhì)模塊40’的氫氣側(cè)上在電池7i+l和7i2 之間產(chǎn)生，其(_)極與設(shè)置在其間的冷卻和介質(zhì)模塊40’對(duì)置。以標(biāo)記符號(hào)46表示電池7，7 +1和7i+2的布線(_)極，以46，表示布線(+ )極。 這些布線在圖3中示例地規(guī)定了電池相互間的并聯(lián)布線。通過(guò)簡(jiǎn)單的換極也可以使各個(gè)電池的極串聯(lián)。陽(yáng)極5不導(dǎo)電并且例如具有膜側(cè)的表面36，由導(dǎo)電層構(gòu)成。而陰極6導(dǎo)電并且例如具有模塊側(cè)的表面36’，由導(dǎo)電層構(gòu)成。冷卻和介質(zhì)模塊40配有氣體分布通道41和冷卻通道42，其中冷卻和介質(zhì)模塊40不作為電流導(dǎo)體，而是只提供二次功能室、氣體分布通道41和冷卻通道42和形成疊摞、即形成疊摞的幾何結(jié)構(gòu)。代替概念功能室也可以設(shè)想使用概念功能區(qū)，因?yàn)檫@個(gè)功能區(qū)定義在各個(gè)膜和電極單元10與10’之間，它們從電池框架 50導(dǎo)引到對(duì)置的電池框架。此外在圖3中看出，對(duì)于電流導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的實(shí)施例，通過(guò)電流導(dǎo)引層36設(shè)置在反應(yīng)區(qū)Rl和催化劑3的平面里面，其中電流從它產(chǎn)生的那里流出。陽(yáng)極5不必導(dǎo)電， 它只用于氣體擴(kuò)散、排熱和導(dǎo)出反應(yīng)產(chǎn)品，最好通過(guò)對(duì)流。此外看出，電流導(dǎo)引層36’設(shè)置在反應(yīng)區(qū)R2和催化劑4的平面里面，其中電流同樣在它產(chǎn)生的那里排出。電極6必需導(dǎo)電，它還作為氣體擴(kuò)散、排熱和導(dǎo)出反應(yīng)產(chǎn)品，最好通過(guò)對(duì)流。導(dǎo)電層可以通過(guò)各表面覆層產(chǎn)生，例如通過(guò)納米材料或含碳襯底覆層。在圖3中示出的冷卻和介質(zhì)模塊40的實(shí)施例在其表面上具有氣體分布通道42，它們作為工藝氣體輸入管道和剩余工藝氣體和產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)品的排出管道。這樣形成的冷卻和介質(zhì)模塊40最好由塑料制成，使兩個(gè)模塊半體相互間通過(guò)粘接或焊接連接。圖3a示出冷卻和介質(zhì)模塊40，40’的特別有利的實(shí)施例。示出在氫氣側(cè)上的冷卻和介質(zhì)模塊40與兩個(gè)電極蓋72和兩個(gè)冷卻通道板90以及間隔體79，還示出在氧氣側(cè)上的冷卻和介質(zhì)模塊40’與兩個(gè)電極蓋72’和兩個(gè)冷卻通道板91以及一體的間隔體79和例如兩體的間隔體79’。在兩個(gè)冷卻和介質(zhì)模塊40，40’之間設(shè)置膜-電極單元10。以10’表示另一膜-電極單元在冷卻和介質(zhì)模塊40下面標(biāo)明和示出，它使這個(gè)膜-電極單元10’同樣以其氫氣側(cè)密度冷卻和介質(zhì)模塊40。按照這個(gè)意義它在這里不再繼續(xù)構(gòu)成在氧氣側(cè)上的疊摞結(jié)構(gòu)。通過(guò)155表示冷卻通道板在疊摞方向上的彈性變形，通過(guò)間隔體79的錯(cuò)開(kāi)布置 153有助于變形，并且通過(guò)155原則上示出間隔體79在標(biāo)明的疊摞軸線166的彈性變形，其中示例地設(shè)有間隔體79而且錯(cuò)開(kāi)地設(shè)置。通過(guò)零部件的彈性彎曲可以使疊摞結(jié)構(gòu)“呼吸” 并當(dāng)熱引起的長(zhǎng)度變化或者由于加工誤差引起的不同零部件尺寸需要時(shí)可以彎曲。尤其由這個(gè)結(jié)構(gòu)得到內(nèi)部疊摞109不僅在裝配時(shí)的有利彈性特性，因?yàn)榭梢院?jiǎn)單地補(bǔ)償參與形成疊摞的零部件的加工誤差而且同樣得到在疊摞運(yùn)行期間熱膨脹的有利彈性特性。此外通過(guò)相應(yīng)地設(shè)計(jì)在疊摞軸線中的間隔體尺寸在疊摞軸線111中實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的整個(gè)疊摞的機(jī)械預(yù)應(yīng)力，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)的疊摞與壓簧類似地作用于軸向起作用的外部和內(nèi)部力。由圖3a對(duì)此補(bǔ)充地示出，從冷卻和介質(zhì)模塊40，40’的兩側(cè)銑出中心設(shè)置的 MEA10、即膜-電極單元。通過(guò)42或43，44表示冷卻通道或氣體通道，其中在這里也還標(biāo)明氧氣96，96’或氫氣95，95’的流動(dòng)方向和第一冷卻循環(huán)的冷卻介質(zhì)86和第二冷卻循環(huán)的冷卻介質(zhì)86’的逆流流動(dòng)方向。通過(guò)72，72’表示電極蓋，而且在膜-電極單元10的兩側(cè)上。通過(guò)105，105’表明在電極蓋中在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)上通過(guò)相應(yīng)標(biāo)記符號(hào)的電流導(dǎo)引平按照在圖北中的視圖示出在電極5，6與電極蓋72之間在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的電流導(dǎo)引平面106，106’，而按照?qǐng)D3c這個(gè)導(dǎo)引電流的平面107，107’設(shè)置在催化劑3，4與電極 5，6之間的膜部位2里面。36和36’表示例如由納米材料制成的導(dǎo)電的電極表面。在圖3d中以放大示出的圖3a局部補(bǔ)充地示出示例地用于氫氣側(cè)，氫氣氏如何通過(guò)氣體通道73進(jìn)入電極5并且通過(guò)氣體排出槽74將反應(yīng)產(chǎn)品和未消耗的剩余氣體、在這種情況下剩余氫氣從電極5排出去并且通過(guò)氫氣側(cè)35上的排出管道從疊摞排出。顯然在此分開(kāi)地導(dǎo)引介質(zhì)，通過(guò)使工藝氣體從在電極蓋72 —個(gè)側(cè)面上為其規(guī)定的通道43輸入并且在電極蓋72的另一側(cè)面上輸送剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品。按照意義同樣也適用于氧氣側(cè)。圖4示出燃料電池或電池摞1，其中單個(gè)電池7上下平放并且從電池框架50銑出地設(shè)置在平面層里面。通過(guò)40，40’表示冷卻和介質(zhì)模塊的緊湊結(jié)構(gòu)，以10表示膜-電極單元。53是框架窗口，在其中對(duì)這個(gè)捆束可以附設(shè)其它這種單個(gè)電池。以M表示面角度， 在這里180°，由此有效反應(yīng)面積等于框架窗口面積。在圖5中在兩個(gè)膜-電極單元10，10’之間設(shè)置一個(gè)冷卻-介質(zhì)模塊40。這個(gè)冷卻和介質(zhì)模塊40由兩個(gè)相互連接的、在這里由塑料制成的零部件60，60’組成，在其中不僅設(shè)有冷卻通道63，而且設(shè)有用于產(chǎn)品氣體的輸入通道65。通過(guò)標(biāo)記符號(hào)64表明，冷卻通道63或整個(gè)冷卻和介質(zhì)模塊40彈性地構(gòu)成或者允許彈性膨脹，如果在冷卻通道63中存在或相應(yīng)地調(diào)整相應(yīng)的氣體壓力的時(shí)候。通過(guò)這個(gè)冷卻介質(zhì)壓力64使可以彈性變形的冷卻和介質(zhì)模塊40或相應(yīng)連接的零部件60，60’這樣變形，使得在膜-電極單元10部位中能夠?qū)崿F(xiàn)有利的氣體分布區(qū)67或局部的氣體分布區(qū)68。還示出，通過(guò)輸入通道65的橫通道 66，66’使氣體均勻地帶到膜-電極單元10的部位。以69表示過(guò)程氣體壓力，通過(guò)它正好與通過(guò)冷卻通道63和在那里存在的冷卻介質(zhì)模塊64 —樣可以實(shí)現(xiàn)彈性變形。由此起到的作用是，通過(guò)彈性膨脹這樣補(bǔ)償疊摞的功能部件的加工誤差以及熱膨脹，使得在膜-電極單元10，10，上作用最佳的面壓力。面壓力近似地等于壓力差pF=pKM-pPG，pKM>pPG?？梢酝ㄟ^(guò)改變冷卻介質(zhì)壓力64 (pKM)或過(guò)程氣體壓力69 (pPG)根據(jù)燃料電池的運(yùn)行點(diǎn)匹配面壓力(壓力差)。由通過(guò)介質(zhì)起作用的力和在疊摞軸線中通過(guò)疊摞的機(jī)械預(yù)應(yīng)力施加的那些力給出派生的面壓力。局部的輸入管道或排出管道66或相應(yīng)的橫通道66影響到局部的氣體分布區(qū)68，使得可以最佳地形成氣體分布區(qū)68中的介質(zhì)流。圖6和6a示出電池摞1，具有疊摞的扇形結(jié)構(gòu)的冷卻和介質(zhì)模塊40，最好由兩個(gè)塑料零部件組成，它們相互粘接或焊接并且具有氣體分布通道41，冷卻通道42。以56表示這個(gè)疊摞的扇形，具有相互彎曲的扇形頂58，尤其由圖6a可以看出，在那里表明，扇形角 47達(dá)到約90°。冷卻和介質(zhì)模塊40在這里也不作為電流導(dǎo)體，只是其表面，它配有相應(yīng)的導(dǎo)電層45。通過(guò)電流接片130和-在這里示例示出的插頭80排出電流。冷卻和介質(zhì)模塊 40只提供二次功能室或功能平面41 (即43和44)和42，作為導(dǎo)電層(45)和形成疊摞的載體，即總體上也是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。冷卻通道42和氣體分布通道41或氣體通道43，44也可以以90°旋轉(zhuǎn)，即，不設(shè)置在扇形平面里面，如同所示的那樣。在圖6中過(guò)程氣體示例地在扇形軸線中導(dǎo)引。圖7示出平面結(jié)構(gòu)的電池摞1，S卩，扇形角a為180°。冷卻和介質(zhì)模塊40，40’多體地構(gòu)成，即，它們分別由2個(gè)電極蓋72，72’和2個(gè)用于構(gòu)成冷卻通道42，42’的零部件 90，90’、冷卻通道板以及多個(gè)間隔體79組成。以10表示膜-電極單元，它在兩個(gè)側(cè)面上被冷卻和介質(zhì)模塊40，40’包圍。形成各個(gè)冷卻通道43，44的壁體或板由薄板組成，其中這些薄板通過(guò)間隔體79相互支承。冷卻和介質(zhì)模塊40，40’例如由三個(gè)薄板或金屬膜組成，在那里存在外部的電極蓋72和內(nèi)部的冷卻板90。這些間隔體79不僅設(shè)置在冷卻通道側(cè)78上而且設(shè)置在氧氣側(cè)和氫氣側(cè)上。在冷卻通道43，43’中存在的冷卻介質(zhì)壓力在這里也以64 表示。間隔體79可以以不足尺寸制成，因此使整個(gè)面壓力通過(guò)介質(zhì)壓力產(chǎn)生，該面壓力為了達(dá)到良好的效率必需在膜-電極單元10中起作用。有利的是，在膜-電極單元10上均勻地頂壓，也在不相同的零部件尺寸或在燃料電池模塊12運(yùn)行中不均勻的熱膨脹的時(shí)候。間隔體79可以以過(guò)尺寸制成，由此在疊摞裝配期間產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力。間隔體79也可以有針對(duì)性地這樣設(shè)置和成形，直到以確定的程度使間隔體79彈性地反應(yīng)不相同的零部件尺寸或不均勻的熱膨脹并且可以彎曲，例如通過(guò)間隔體79錯(cuò)位。通過(guò)各個(gè)零部件的彈性彎曲可以使疊摞結(jié)構(gòu)“呼吸”并且彎曲，如果熱引起的長(zhǎng)度變化或由于加工誤差引起的不同零部件尺寸需要彎曲的時(shí)候。如果間隔體79 “緊湊”地構(gòu)成，則在疊摞軸線中得到剛性的結(jié)構(gòu)。圖7a示出燃料電池模塊12，具有180°的扇形角、平面的零部件結(jié)構(gòu)，具有冷卻和介質(zhì)模塊40。在這個(gè)結(jié)構(gòu)形式中有效反應(yīng)面積的投影基本等于其在框架窗口 53上的投影尺寸，該面積基本等于內(nèi)部疊摞109的橫截面。電池摞1分別通過(guò)半個(gè)冷卻和介質(zhì)模塊單元40”封閉并且分別通過(guò)端板13，14覆蓋。圖7b示出局部電池摞1，具有小于180°、在這種情況下約90°的扇形角47。在這個(gè)結(jié)構(gòu)形式中有效的反應(yīng)面積大于其在框架窗口 53上的投影，它大于內(nèi)部疊摞109的橫截面。以相互彎曲的扇形頂58疊摞的這個(gè)扇形的單個(gè)電池7具有膜-電極單元10和冷卻和介質(zhì)模塊40。在這里未示出密封。與圖6類似過(guò)程氣體可以在扇形軸線中導(dǎo)引。該結(jié)構(gòu)提供了過(guò)程氣體也垂直于扇形軸線導(dǎo)引的可能性。圖8放大地示出圖7的局部，用于表明，在膜-電極單元10中在哪里構(gòu)成用于氫氣和氧氣的反應(yīng)區(qū)Rl和R2。在這里也定位電解膜2并且在兩側(cè)提供氧氣70或氫氣71的管道的電極蓋72，72’限制這個(gè)膜-電極單元10。在電極蓋72，72’里面設(shè)有氣體通道73 和氣體管道槽74。通過(guò)氣體通道73使各過(guò)程氣體在膜-電極單元10部位中流動(dòng)，由此使以74’表示的剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品通過(guò)氣體管道74從功能部位排出。這在下面也適用于氧氣和氫氣側(cè)。清楚的是，只有氫氣的分流75進(jìn)入到膜-電極單元10部位，而其它分流通過(guò)其它氣體通道73靠近膜-電極單元10導(dǎo)引。在這里明確的是，在電極蓋72，72’前面和后面實(shí)現(xiàn)具有結(jié)構(gòu)的清楚分開(kāi)的氣體流。通過(guò)各自的管道或氣體通道70，71使過(guò)程氣體不混合地流動(dòng)并且從那里繼續(xù)通過(guò)氣體通道73到電極5，6。在電極5，6里面氣體擴(kuò)散到各自的反應(yīng)區(qū)Rl，R2。從那里未消耗的剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品、例如水或水蒸氣一直流動(dòng)到管道或其它管道槽74，74’，最好通過(guò)對(duì)流。其它管道槽74，74’里面的壓力低于在多孔電極 5，6里面的壓力，由此有利于排出氣體和反應(yīng)產(chǎn)品。還示出過(guò)程熱20從反應(yīng)區(qū)Rl，R2脫離通過(guò)電極5，6和氣體通道43，44直到冷卻介質(zhì)82和冷卻通道63，63’。在此流入到氣體通道70 (02)和71(H2)里面的過(guò)程氣體被加熱，因?yàn)橥ㄟ^(guò)“冷的”過(guò)程氣體不能實(shí)現(xiàn)良好的電池效率。還示出在冷卻通道63，63’中的逆流流動(dòng)86，86’，這意味著，在這里在電池橫截面上可靠地實(shí)現(xiàn)均勻的溫度輪廓。冷卻和介質(zhì)模塊90，90’，72，72’ 79的各個(gè)零部件最好由特種鋼板制成。按照本發(fā)明在使用相應(yīng)的薄壁塑料零部件的條件下形成結(jié)構(gòu)。圖9示出電池摞1、尤其是冷卻和介質(zhì)模塊40的結(jié)構(gòu)，其中實(shí)現(xiàn)由兩個(gè)塑料部件 60，60’組成的結(jié)構(gòu)，它給出具有扇形角47<180°的并聯(lián)扇形57。在這里也可以看到通過(guò)下面還要解釋的電池框架50側(cè)面包圍膜-電極單元10。在這個(gè)視圖中冷卻和介質(zhì)模塊40 由兩個(gè)彈性塑料部件組成，它們已經(jīng)在接合面60”里面相互粘接或焊接。示出介質(zhì)導(dǎo)引的形狀和位置，具有用于氫氣的氣體通道43、用于氧氣的氣體通道65、用于過(guò)程氣體從氣體通道65導(dǎo)引到膜-電極單元10、冷卻通道63”的橫通道66，66’，在這里示例地示出具有附加的組合的類似管狀的套并且流體管道在這里示例地具有插頭。在扇形軸線里面導(dǎo)引過(guò)程氣體。圖9a示出平面的扇形57的原理結(jié)構(gòu)，其中在這里各個(gè)膜-電極單元10，10’分別這樣構(gòu)成，通過(guò)使扇形頂58相互面對(duì)給出所述的并聯(lián)扇形。按照?qǐng)D10燃料電池12由許多單個(gè)電池7組成，它們形成一個(gè)電池摞1。在這個(gè)電池摞1中在這里不再能夠看到的、但是在圖3和5中示出的電流導(dǎo)向45，46導(dǎo)引超出外壁 48，用于在那里可以安置插頭80，通過(guò)它能夠以所期望的形式布線。圖10示出立體的簡(jiǎn)化的燃料電池模塊12視圖，其中在這里示例地示出電池或分疊摞與突出的電流接片或插頭的并聯(lián)接線。圖IOa示出示意圖，具有突出的電流接片130，131，它們是電極蓋的一部分并且在其間標(biāo)明平面81，相關(guān)電池的膜-電極單元位于其中。圖IOb還示出整個(gè)疊摞外殼100的簡(jiǎn)化截面圖，其中在這里看不到功率極115。示出用于介質(zhì)極、功率極和控制器和調(diào)節(jié)器的不同節(jié)點(diǎn)。表明疊摞外殼100的通風(fēng)。燃料電池模塊可以在外壁108上一直加熱到溫度200°C。通風(fēng)的疊摞外殼100在其外壁108上具有室溫，通過(guò)通風(fēng)起作用，特征在于進(jìn)風(fēng)口 101和排風(fēng)口 102。在疊摞外殼100上的功率電極以103表示，控制器-調(diào)節(jié)器節(jié)點(diǎn)以104表示，介質(zhì)節(jié)點(diǎn)以104’表示并且外壁如上所述以108表示。通過(guò)節(jié)點(diǎn)104導(dǎo)引所有用于控制和調(diào)節(jié)燃料電池模塊所需的電、液和氣的連接管線和元件。通過(guò)節(jié)點(diǎn)104’導(dǎo)引所有用于燃料電池模塊運(yùn)行所需的連接管線和元件，尤其用于過(guò)程氣體和冷卻介質(zhì)的輸入管道和用于未消耗的過(guò)程氣體和反應(yīng)產(chǎn)品的排出管道。圖11，Ila和圖12和12a示出電池摞的簡(jiǎn)化截面圖。通過(guò)40，40’表示在緊湊結(jié)構(gòu)中的冷卻和介質(zhì)模塊，其中在這里可以看出，冷卻和介質(zhì)模塊40，41的各個(gè)功能室或功能面通過(guò)供給通道92供給各自的介質(zhì)。在圖11中冷卻介質(zhì)82穿過(guò)供給通道92導(dǎo)弓丨，它通過(guò)孔產(chǎn)生，它們不僅在密封 83，84，85而且在設(shè)置在其間的薄板90，91里面構(gòu)成。這個(gè)供給通道92在相應(yīng)的“工作平面”中具有橫通道93，通過(guò)它冷卻介質(zhì)82或按照?qǐng)D12也包括氫氣95或氧氣導(dǎo)引到各自的平面或冷卻通道42或氣體分布通道41里面。所示密封83，84，85和相應(yīng)的薄板90，91段給出上述的電池框架50，它具有多個(gè)、最好至少六個(gè)上述的供給通道92，用于一方面輸入并再排出氫氣、氧氣并另一方面輸入并再排出冷卻劑。圖Ila示出供給通道92和從其分出的橫通道93，它在這里在密封83中構(gòu)成。當(dāng)然，相應(yīng)的孔覆蓋單個(gè)密封83，84，85和83’地構(gòu)成并且當(dāng)然也在薄板90，91里面構(gòu)成。通過(guò)99 (圖11)表示投影的反應(yīng)面，它例如為150x150mm。圖12，12a和12b示出氫氣95的流動(dòng)。氫氣95從通道92通過(guò)橫通道93和氣體通道一直流動(dòng)到反應(yīng)區(qū)。通過(guò)79，79’表示間隔體，它們使各個(gè)薄板91，90相互間隔。以94 表示的波表示彈性結(jié)構(gòu)，它通過(guò)薄板91，90和間隔體79實(shí)現(xiàn)。可以使用形成結(jié)構(gòu)的薄板， 其結(jié)構(gòu)還加大疊摞的縱向彈性，例如以溝槽的形式。圖1 還示出氣體通道密封83’的截面圖，具有供給通道92、供給通道接頭87”、 橫通道93和氫氣95的箭頭。在圖12b中以放大圖表明，不同的間隔體70或79’如何構(gòu)成。可以設(shè)想不同的間隔體方案，例如剛性的、柔性的在電極蓋中由凸起或者沖壓的溝槽給出的間隔體。在圖12b的放大圖中表明，不同的間隔體70或79’如何構(gòu)成?？梢栽O(shè)想不同的間隔體方案，例如剛性的、柔性的在電極蓋中由凸起或者沖壓的溝槽給出的間隔體79，79’。在那里使用在圖Ila中的標(biāo)記符號(hào)87，用于表明，可以設(shè)想通過(guò)密封或相應(yīng)的薄板完全精細(xì)地通過(guò)其它連接通道分布介質(zhì)。圖12b_e示出不同的變化，如何在內(nèi)部疊摞中確定地產(chǎn)生彈性，直到預(yù)應(yīng)力，內(nèi)部疊摞如同壓簧一樣起作用。圖12f示出平衡和分布槽156的截面圖，當(dāng)間隔體79由長(zhǎng)形拱曲成形的時(shí)候需要分布槽。在各個(gè)通道部位之間氣體可以自由運(yùn)動(dòng)。圖12g示出KMM結(jié)構(gòu)，具有由蜂窩板165制成的電極蓋。在這里也需要平衡和分布槽156。通過(guò)160表示冷卻通道板，以161表示保護(hù)板，162表示壓力平衡孔，163表示保護(hù)板的彎曲線。圖Ia1從氣體通道側(cè)示出電極蓋165和氣體如何通過(guò)氣體通道流入到電極里面。 電極蓋165通過(guò)疊摞軸線中的壓力擠入到電極5，6里面并且在“谷底”露出槽，它用于排出剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品(也見(jiàn)氣體排出槽)。圖12i從電極側(cè)示出電極蓋165?？梢钥闯?，從氣體通道流出的氣體和流回的剩余氣體和反應(yīng)產(chǎn)品。圖13給出燃料電池模塊1的簡(jiǎn)化截面圖。示出具有端板13，14的電池摞12，在那里示例地示出并聯(lián)的電池布線112。在內(nèi)部疊摞109里面由于相關(guān)零部件尤其是膜-電極單元10的加工誤差和不同的熱膨脹不能在各種情況下以所期望的理想疊摞軸線或疊摞取向111裝配。以110表示外部疊摞。由于上述問(wèn)題經(jīng)常嘗試，通過(guò)機(jī)械夾緊調(diào)回產(chǎn)生的錯(cuò)位。結(jié)果是棱邊擠壓、不密封、氣體擴(kuò)散和自發(fā)的、不可控的過(guò)程氣體副反應(yīng)，通過(guò)按照本發(fā)明構(gòu)成的燃料電池模塊1不是這種情況。112是并聯(lián)的電池布線，115是功率極。圖13a示出，要通過(guò)兩個(gè)冷卻循環(huán)116，117工作，分別用于氧氣側(cè)和氫氣側(cè)。在每個(gè)銜接的冷卻和介質(zhì)模塊40中流動(dòng)方向在冷卻通道中變換。逆流的冷卻循環(huán)116，117在通過(guò)儲(chǔ)存容器1 和制備以及壓縮機(jī)118加入到循環(huán)里面以前，最好通過(guò)熱交換器120導(dǎo)引。相反，冷卻介質(zhì)通過(guò)熱交換器120給到另一循環(huán)的儲(chǔ)存容器123和壓縮機(jī)119，其中從熱交換器120排出廢熱121。在熱交換器120里面有針對(duì)性地利用并且必要時(shí)排出從燃料電池或燃料電池模塊1脫離并且通過(guò)冷卻介質(zhì)輸運(yùn)到熱交換器120的過(guò)程熱量。S卩，熱量也可以用于，例如預(yù)熱過(guò)程氣體或在固定的用于耦出有效熱的設(shè)備中加熱。此外在循環(huán)封閉的系統(tǒng)中在熱交換器120后面存在儲(chǔ)存容器122，123，具有可選擇的介質(zhì)制備。圖1 示出由多個(gè)分疊摞IM組成的疊摞125結(jié)構(gòu)。在這里電池也串聯(lián)并且配備兩個(gè)逆流的冷卻循環(huán)116，117。各個(gè)具有自身冷卻循環(huán)和自身功率極、控制器和調(diào)節(jié)器的分疊摞1 運(yùn)行對(duì)于燃料電池模塊的運(yùn)行總體上是有利的。各個(gè)分疊摞1 的加熱比加熱這個(gè)疊摞125需要明顯更少的外部能量費(fèi)用，例如來(lái)自電池。在達(dá)到分疊摞124的運(yùn)行溫度以后，可以起動(dòng)分疊摞。首先利用分疊摞1 的能量，用于使其余冷的分疊摞帶到起始溫度。各個(gè)分疊摞也作為起動(dòng)分疊摞，這帶來(lái)明顯的優(yōu)點(diǎn)。此外分疊摞124也可以作為冗余的緊急供電系統(tǒng)，例如為了保證控制和調(diào)節(jié)功能或者提供剩余能量。各個(gè)分疊摞124，125最好并聯(lián)并且配備兩個(gè)逆流的冷卻循環(huán)，各個(gè)疊摞和分疊摞 125的冷卻循環(huán)與多個(gè)分疊摞IM分開(kāi)，由此這樣長(zhǎng)時(shí)間地加熱起動(dòng)疊摞。然后耦聯(lián)介質(zhì)流。這同樣適用于電布線。
這只在小的電池容量對(duì)于起動(dòng)是必需的。小的單元提供能量，用于使其余疊摞帶到運(yùn)行溫度。在圖14所示的變化中重要的是，橫通道和分布通道92’，127’，128，128’分別在各個(gè)結(jié)構(gòu)板中加工出來(lái)，而密封83，84，85只具有用于縱向通道的開(kāi)孔。示出用于分布冷卻介質(zhì)82的通道92。在其后面可以看到冷卻通道板和在冷卻通道板里面示例加工出來(lái)的一部分分布通道128，128’。圖1 是局部放大圖，其中詳細(xì)示出，冷卻介質(zhì)如何從縱向通道或供給通道92通過(guò)連接通道1 和橫通道127以及分布通道1 流動(dòng)。按照意義這也適用于冷卻介質(zhì)的輸入管道和排出管道。圖14b給出冷卻通道細(xì)節(jié)。兩個(gè)冷卻通道板最好配備連接通道126，橫通道127和分布通道128。有利的是，由此可以降低內(nèi)部阻力。示出通道，它們類似于通孔地加工(敞開(kāi))并且其它部分不敞開(kāi)(封閉)并且在薄板里面加工出來(lái)，沒(méi)有完全敞開(kāi)。圖15示出電極蓋71的膜-電極側(cè)的視圖，在這里具有氣體通道73。在這里清楚地示出從氣體通道73，73’流出的氣體和到氣體排出槽74的氣體流。用于分布?xì)怏w的通道以127,1 表示。此外可以看出，許多上述的氣體通道73分布在電極蓋上，由此實(shí)現(xiàn)非常均勻的分布。在其后面可以看到冷卻通道板和在冷卻通道板里面示例地加工出來(lái)的一部分分布通道128，128’。圖1 示出，最好在兩個(gè)電極蓋72(氧氣側(cè)和氫氣側(cè))里面加工出來(lái)連接通道126、 橫通道127、分布通道1 和氣體排出槽74。這些通道在這里以敞開(kāi)的通道126，127表示， 而128以封閉的通道示出。圖15b示出封閉的通道結(jié)構(gòu)129。所有通道1 ”，127”和槽 1 都是封閉的，只有供給通道92是敞開(kāi)的。圖15c和d示出在電極蓋電極側(cè)上的附加氣體分布157，157’，它們作為最細(xì)的氣體分布。圖16示出燃料電池模塊1在疊摞軸線111中在端板13或14上的燃料電池模塊 1。在這里重要的是，用于冷卻介質(zhì)的橫通道133的垂直布置。130，131是電流接片并且以 132表示疊摞橫截面。以109表示內(nèi)部疊摞，以110表示外部疊摞。冷卻介質(zhì)從供給通道139流到橫通道133并且從那里通過(guò)連接通道138流到系統(tǒng)里面，而橫通道134，135表示過(guò)程氣體的入口和過(guò)程氣體的出口，它們通過(guò)連接通道136和分布通道137連接。以140和140’表示用于過(guò)程氣體的供給通道和處理通道以及以141 表示氣體排出槽。圖16a和圖16b示出燃料電池模塊1在局部部位中的側(cè)視圖和俯視圖， 而圖16cxl給出氧氣輸入管道的橫截面。通道是敞開(kāi)的縫隙或孔，其中符合意義地構(gòu)造氫氣輸入管道，但是以獨(dú)立的供給通道140。在截面圖中清楚地示出，氫氣橫通道134不與氧氣(O2)縱向通道連接。圖16f示出電極蓋72與電流接片131。圖16dX2給出氧氣排出管道的截面圖，其中在這里氣體排出管道141以在薄板中加工出來(lái)的槽給出。通道是縫隙或孔。符合意義地構(gòu)造氫氣輸入管道。在這里也可以看出，氫氣橫通道不與用于氧氣的縱向通道連接。標(biāo)記符號(hào)142，142’是穿過(guò)電極蓋72的連接孔。143是排出通道，144是用于過(guò)程氣體、在這里是氧氣的處理通道140’的分流。圖16ex3是用于冷卻介質(zhì)輸入管道的截面圖。通道也是敞開(kāi)的縫隙和孔。在截面圖中可以看出，冷卻通道138通過(guò)兩個(gè)橫通道133，133’入流。符合意義地構(gòu)造排流，只是成鏡像的。圖16g示出截面圖16dX2的另一變化，在這里在電極蓋72與MEA密封84之間將保護(hù)板176接合到電池框架里面，主要用于使流動(dòng)的氣體遠(yuǎn)離MEA密封84，如果結(jié)構(gòu)在電極蓋72中在這個(gè)位置需要斷口或通道的時(shí)候。圖17至17c給出以冷卻介質(zhì)以及氫氣和氧氣供給各個(gè)電池的俯視圖。圖17給出冷卻循環(huán)116，圖17a給出冷卻循環(huán)117，其中清楚地示出，它們相反地導(dǎo)引。標(biāo)記符號(hào)30表示用于冷卻介質(zhì)的介質(zhì)輸入管道，標(biāo)記符號(hào)33表示用于排出管道。類似地參見(jiàn)圖17b和17c的視圖，其中示出用于氫氣的輸入或介質(zhì)輸入管道32和以35表示在氫氣側(cè)上的排出管道。圖17c以31表示用于氧氣的介質(zhì)輸入管道并且以34表示排出管道。這些視圖清楚地示出，如何均勻地以這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在內(nèi)部疊摞109表面上的分布。圖18給出電流接片電路的不同變化。按照A例如電位的相鄰電流接片例如(+ )包括插頭。在B中電流接片彎曲到一起并焊接、粘接、夾緊等。在C中使它們彎曲到一起并且焊接。圖19示出燃料電池模塊12，具有冷卻空氣供給(壓縮機(jī))和使加熱的冷卻空氣排出到環(huán)境。所有上述特征，也包括僅僅從附圖中給出的特征可以單獨(dú)并且組合地都視為本發(fā)明的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一個(gè)燃料電池模塊，它由在陽(yáng)極面和陰極面上具有端板(13，14)的電池摞(1)組成，所述陽(yáng)極面和陰極面具有電壓系統(tǒng)(17)并具有用于氧氣、氫氣和冷卻劑的介質(zhì)接頭 (30-35)并且具有許多單個(gè)電池(71，71+1，71+2)，它們分別具有膜-電極單元(10)，它們由多孔透氣材料制成的陽(yáng)電極和陰電極(5，6)和設(shè)置在其間的具有陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑(3，4)的電解膜(2)組成，并且在陽(yáng)極面和陰極面上具有集電器(15，16)，其特征在于，所述介質(zhì)輸入管道(30，31，32)和介質(zhì)排出管道(33，34，35)附屬于冷卻和介質(zhì)模塊(40)，所述冷卻和介質(zhì)模塊(40)只設(shè)計(jì)成用于提供二次功能空間(42，43，44)和形成疊摞并且分別在冷卻和介質(zhì)模塊(40)的兩個(gè)側(cè)面上設(shè)置相鄰單個(gè)電池(7i，7i+l，7 +2)的膜-電極單元 (10)的或者氫氣電極(5，5’ )或者氧氣電極(6，6’)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述冷卻和介質(zhì)模塊(40)通過(guò)冷卻通道(42)和用于氣體的輸入管道通道(65)構(gòu)成，該輸入管道通道由彈性結(jié)構(gòu)、最好由兩個(gè)或多個(gè)零部件(60，60’)組成(圖9)。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，一個(gè)電池摞(1)的內(nèi)部疊摞(109)設(shè)計(jì)成由允許在疊摞軸線(111)中呼吸的結(jié)構(gòu)組成(圖3a，13)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述冷卻和介質(zhì)模塊 (40)被設(shè)計(jì)成具有冷卻通道(63)和氣體通道(42，43，44)，它們由特種鋼或塑料薄膜制成的薄板、薄膜或冷軋帶組成(圖3e，7，7a，7b，8)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述冷卻和介質(zhì)模塊 (40)被設(shè)計(jì)成具有冷卻通道(63)和氣體通道(65)，它們由塑料、最好是塑料薄膜組成(圖 3，5，6，9)。
6.如權(quán)利要求3所述的燃料電池模塊，其特征在于，在冷卻通道(42)和用于氫氣和氧氣的氣體通道(43，44)中壓力是可以變化的并且相應(yīng)地在膜-電極單元(10)上調(diào)整所期望的面壓力(圖7)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電極蓋(72，72’) 與冷卻通道(42)的零部件(90，90’)通過(guò)間隔體(79)隔開(kāi)。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述用于氣體的輸入管道通道(65)設(shè)計(jì)成具有局部輸入管道(66，66’)和作為局部氣體分布區(qū)(67)和局部氣體分布區(qū)(68)(圖5)。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述冷卻和介質(zhì)模塊 (40)的電極蓋(72，92’)在面對(duì)陽(yáng)極和陰極(5，6)—側(cè)上具有用于氫氣或氧氣的氣體通道(73)和用于剩余氫氣、剩余氧氣和反應(yīng)產(chǎn)品的排出管道(74)(圖7)。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池模塊，其特征在于，在由連續(xù)的槽構(gòu)成的排出管道(74)里面的壓力調(diào)整到小于在氣體通道(43，44)里面的壓力。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述單個(gè)電池(7i， 7 +1, 7 +2)由疊摞的扇形(56)層式地構(gòu)成和設(shè)置。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述單個(gè)電池(7i， 7i+l，7i+2)由平行的扇形(57)層式地構(gòu)成和設(shè)置。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電池摞(1)設(shè)計(jì)成由零部件環(huán)和密封環(huán)(83，84，85)的外部捆束或作為外部疊摞(11)的電池框架(50)以及由膜-電極單元(10)的內(nèi)部疊摞(109)和冷卻和介質(zhì)模塊(40)組成(圖11、13)。
14.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述內(nèi)部疊摞(109) 的長(zhǎng)度與外部疊摞(110)的長(zhǎng)度相比具有確定的尺寸(尺寸不足，過(guò)尺寸)。
15.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電池疊摞(1)具有相同長(zhǎng)度和寬度的冷卻通道板(90，91)，其中薄板(90，91)通過(guò)位于功能室之間的密封 (83，84，85)限制單個(gè)的功能室(42，43，44)并且由它們形成的電池框架(50)具有必需的供給通道(92，92，，139，140，140，)，除此以外設(shè)有橫通道(93，133，133，，134，135)、連接通道(136，138)、分布通道(1；34)、連接孔(142，142，)和作為功能室(41，42)接頭的排出通道 (143)(圖 3a 和圖 11a)。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料電池模塊，其特征在于，附屬于電池框架(50)的用于氫氣、氧氣和冷卻介質(zhì)的供給管道(92)以及用于反應(yīng)產(chǎn)品和多余氣體的處理通道(92’)平行且正交延伸地構(gòu)成。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述冷卻流在冷卻通道(42，42’)里面從單個(gè)電池(7)到單個(gè)電池(7i+l，7i+2)逆流地導(dǎo)引并且最好由兩個(gè)斷耦聯(lián)的冷卻系統(tǒng)供給(圖13a)。
18.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，每個(gè)單個(gè)電池(7i， 7i+l，7i+2)具有電流導(dǎo)引層(45，45’)，它分別通過(guò)電池摞(1)的外壁(48)向外導(dǎo)引并且配有插頭(80)和布線(圖6，圖10 (塑料))。
19.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述陽(yáng)極和陰極 (5，6)的表面(36)配有導(dǎo)電的電流導(dǎo)引層(45，45，，105，105，，106，107)(圖3a-c-塑料和薄板)。
20.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電流導(dǎo)引層 (107, 107')設(shè)置在反應(yīng)區(qū)(Rl，R2)和陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑(3，4)的平面里面。
21.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電流導(dǎo)引層 (106, 106')設(shè)置在陽(yáng)極和陰極(5，6)與冷卻和介質(zhì)模塊(40)之間的平面里面。
22.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述陽(yáng)極和陰極 (5，6)不導(dǎo)電而導(dǎo)熱地、在氣體擴(kuò)散和對(duì)流方面多孔的且化學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定地構(gòu)成。
23.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電池摞(1)安置在通風(fēng)的疊摞外殼(100)里面，它具有用于供給介質(zhì)和處理介質(zhì)的和疊摞外殼(100)的通風(fēng)和排風(fēng)(101，102)的以及用于監(jiān)控電壓和壓力的節(jié)點(diǎn)(104)(圖10b)。
24.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電池摞(1)具有平行布線的單個(gè)電池(7)(圖13)。
25.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電池摞(1)由分疊摞(1M，125)組成，其中分疊摞(IM)設(shè)計(jì)成作為其它分疊摞(125)的起動(dòng)疊摞并且接通并且與熱交換器(120)連接(圖13b)。
26.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述分疊摞 (124，125)并聯(lián)，其中其單個(gè)電池(7)分別串聯(lián)。
27.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池模塊，其特征在于，所述電極蓋 (72，72，，158)配有電流接片(130，131)，它們作為從反應(yīng)室通過(guò)電極(5，6)和電極蓋(72)到疊摞(1)外側(cè)面(48)的電流導(dǎo)線并且在那里相互連接，而且通過(guò)焊接電流接片、粘接或與插頭接線。
全文摘要
本發(fā)明涉及沒(méi)有雙極板的燃料電池，由所述燃料電池構(gòu)成的燃料電池模塊由在陽(yáng)極面和陰極面上具有端板(13,14)的電池摞(1)組成，具有電壓系統(tǒng)(17)并具有用于氧氣、氫氣和冷卻劑的介質(zhì)接頭(30-35)并且具有許多單個(gè)電池(7i，7i+1,7i+2)，它們分別具有膜-電極單元(10)，它們由多孔透氣材料制成的陽(yáng)電極和陰電極(5,6)和設(shè)置在其間的具有陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑(3,4)的電解膜(2)組成，并且在陽(yáng)極面和陰極面上具有集電器(15,16)，其特征在于，所述介質(zhì)輸入管道(30,31,32)和介質(zhì)排出管道(33,34,35)附屬于冷卻和介質(zhì)模塊(40)，所述冷卻和介質(zhì)模塊(40)只設(shè)計(jì)成用于提供二次功能空間(42,43,44)和形成疊摞并且分別在冷卻和介質(zhì)模塊(40)的兩個(gè)側(cè)面上設(shè)置相鄰單個(gè)電池(7i，7i+1,7i+2)的膜-電極單元(10)的或者氫氣電極(5,5’)或者氧氣電極(6,6’)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102282707SQ200980154502
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者布呂內(nèi) B. 申請(qǐng)人:特朗普夫機(jī)床有限責(zé)任兩合公司