用于双极板的电极板和用于燃料电池堆的双极板、用于制造燃料电池堆的方法与流程

本发明涉及一种用于双极板的电极板和用于燃料电池堆的双极板。本发明还涉及一种用于装配双极板的方法和一种用于堆叠双极板的方法。

背景技术：

1、在例如燃料电池车辆的例如燃料电池系统的燃料电池机组(固定式或移动式)的低温聚合物电解质燃料电池中，两种运行介质的两种反应物电化学转化为电能和热。在此，燃料电池包括至少一个隔膜电极单元(mea)。通常，燃料电池构造为具有多个布置成堆叠的隔膜电极单元和布置在它们之间的双极板(燃料电池堆或堆垛)。

技术实现思路

1、用于燃料电池堆的双极板的两个大面积的侧面上的空间是有限的和因此是“宝贵的”。因此，本发明的任务是给出一种双极板，其阴极和/或阳极侧上的电活性面和/或其用于运行介质和/或冷却介质的端口面可以被很好地利用，以便能够提供高性能的双极板和从而高性能的燃料电池堆。

2、本发明的任务借助用于双极板的电极板，即阴极板和/或阳极板，以及借助用于尤其用于燃料电池车辆的燃料电池的燃料电池堆的双极板来解决。此外，本发明的任务通过用于装配双极板的方法以及通过用于将双极板堆叠成用于尤其用于燃料电池车辆的燃料电池的燃料电池堆的方法来解决。本发明的有利扩展方案、附加特征和/或优点由从属权利要求和以下描述得出。

3、根据本发明的电极板包括板定向装置，用于将该电极板相对于与其对应的具有板定向装置的第二电极板定向，用于将两个电极板装配成双极板，其中，板定向装置(时间上在将两个电极板装配成双极板之后)至少部分地形成双极板的双极板定位装置的区域，用于将双极板堆叠入燃料电池堆中。

4、即板定向装置，例如一个电极板(所形成的双极板的阴极板或阳极板)的两个贯通槽口和第二电极板的板定向装置，例如两个对应的贯通槽口(所形成的双极板的阳极板或阴极板)在彼此装配成双极板的状态下形成双极板定位装置。然后，双极板定位装置在将所述双极板与其他双极板堆叠成燃料电池堆时用于双极板的定位。

5、板定向装置的轮廓可以如此设置在电极板中，使得该轮廓仅能够点状地(区域地)或区段地与用于同一双极板的第二电极板的板定向装置的轮廓基本上重合。即(也参见图3至图5)对于双极板的装配，其两个电极板(阴极板和阳极板)仅能够如此相叠，使得两个板定向装置的彼此相关的贯通槽口(定向孔、定向缝(参见下文)的轮廓仅能够点状地或区域地或区段地重合。在此，例如两个电极板的彼此相关的贯通槽口当然至少区段地彼此基本上同心地相叠布置。

6、电极板可以不包括与其板定向装置功能上基本或完全独立的并且至少局部的双极板定位装置，用于双极板。即板定向装置和部分的双极板定位装置(即相关电极板为后续双极板的双极板定位装置提供的区域)至少部分地或完全集成到彼此中(在后一种情况下，它们是相同的)。当然，可以在各电极板中设置附加的定向辅助装置，例如定向卷边，所述定向辅助装置基本上仅用于两个相关电极板在装配成双极板时的彼此定向。

7、板定向装置可以设置在电极板内、基本上完全设置在电极板内或仅设置在电极板内。即板定向装置不通过、尤其也不区段地通过电极板的周向边缘、尤其外周边缘构造。板定向装置可以包括电极板中的至少一个槽口、尤其至少一个贯通槽口。板定向装置可以一方面包括电极板中的定向孔，另一方面包括电极板中的定向缝。定向孔和定向缝可以彼此间隔开地设置在电极板中的彼此相对的纵向端部区段中。优选地，定向孔和定向缝在此优选地直线或对角间隔开地设置在电极板的彼此相对的纵向端部区段中。

8、根据本发明的双极板包括阴极板和与其固定连接的阳极板，其中，阴极板的板定向装置和阳极板的板定向装置(借助这些板定向装置使阴极板和阳极板在双极板中相互定向)一起至少部分地共同(通过它们或在它们之间)形成双极板定位装置，用于将双极板堆叠入燃料电池堆中。即阴极板以及阳极板的板定向装置一起至少部分地形成该双极板的双极板定位装置，用于将该双极板堆叠成燃料电池堆。

9、在此，阴极板和阳极板的板定向装置(整体)的组合可以至少部分地形成双极板的双极板定位装置。此外，阴极板以及阳极板均可以不具有仅用于将阴极板和阳极板和双极板彼此定向的板定向装置。此外，双极板可以不具有与其双极板定位装置分开的板定向装置，尤其既不在其阴极板中区段地、也不在其阳极板中区段地；在这里的例外可能是附加的定向辅助装置(参见上文)。

10、阴极板和阳极板彼此相叠地固定地构造为双极板。在此，阴极板和阳极板的板定向装置的彼此相关的轮廓可以如此设置，使得第一板定向装置的轮廓仅点状(区域地)或区段地与第二板定向装置的轮廓基本上重叠。此外，在双极板的俯视图中，第一板定向装置的轮廓可以内接于或围绕第二板定向装置的轮廓。

11、这尤其涉及板定向装置的各一个定向孔(参见下文以及上文)或双极板定位装置的定向双孔(彼此相叠的定向孔)。在此，例如一个电极板的n角的(凸起)圆形轮廓可以内接于第二电极板的圆形轮廓中(当然仅在俯视图中；参见图3至图5各左侧，定向孔)。优选地，阴极板(电极板)的板定向装置的轮廓至少部分地“内接于”阳极板(其他电极板)的板定向装置的轮廓中，或阳极板(电极板)的板定向装置的轮廓至少区段地“围绕”阴极板(其他电极板)的板定向装置的轮廓。

12、在双极板的俯视图中，第一板定向装置的面可以在双极板中如此设置，使得该面仅区段地与第二板定向装置的面重合。这尤其涉及板定向装置的各一个定向缝(参见下文以及上文)或双极板定位装置的定向双缝(彼此相叠的定向缝)。在此，例如阴极板(电极板)的板定向装置的(区段状或扇形的)部分面与阳极板(其他电极板)的板定向装置的(区段状或扇形的)部分面重合(当然仅在俯视图中；参见图3至图5各右侧，定向缝)。

13、阴极板和阳极板的板定向装置可以形成双极板中的两个板堆叠贯通槽口，用于将双极板堆叠入燃料电池堆。即两个板堆叠贯通槽口至少部分地构造双极板定位装置。不但阴极板的板定向装置而且阳极板的板定向装置可以分别包括两个贯通槽口，其中，这四个贯通槽口形成双极板中的两个贯通槽口作为双极板定位装置。不但阴极板中而且阳极板中的两个贯通槽口可以分别构造为定向孔和定向缝，这两个贯通槽口在双极板中形成定向双孔和定向双缝作为双极板定位装置。

14、一个板定向装置的定向孔可以仅具有圆形轮廓，而另一板定向装置的定向孔可以具有带有凸起的圆形轮廓。圆形轮廓的凸起在此优选地位于规则多边形的角区域中。仅具有圆形轮廓的定向孔优选设置在阳极板中，而具有凸出的圆形轮廓的定向孔优选设置在阴极板中。然而，这当然也可以相反地构造。

15、一个板定向装置的定向缝可以构造为长形孔，而另一板定向装置的定向缝可以构造为变细的或阶梯的长形孔。在阳极板中优选设置作为长孔形的定向缝，在阴极板中优选设置作为变细或阶梯的长形孔的定向缝。然而，这当然也可以相反地构造。具有带有凸起的圆形轮廓的定向孔可以内接于仅具有圆形轮廓的定向孔中，并且作为变细的或阶梯的长形孔的定向缝可以至少部分地内接于作为长形孔的定向缝中(当然又在俯视图中)。

16、在根据本发明的用于装配用于燃料电池堆的双极板的方法中，在该方法的定向步骤中，将所形成的双极板的阴极板和阳极板彼此定向并且在方法的时间上随后的紧固步骤中彼此固定，其中，在定向步骤中，通过阴极板和阳极板的板定向装置将阴极板和阳极板彼此定向，并且板定向装置在正在形成的和已形成的双极板中至少部分地形成双极板定位装置，用于将双极板堆叠入燃料电池堆中。在用于装配双极板的方法中分别将一个优选地单个的阴极板和优选地单个的阳极板接合成相关的双极板。

17、阴极板和阳极板的板定向装置优选地分别包括两个贯通槽口。在定向步骤中，阴极板和阳极板的彼此相关的贯通槽口可以至少区段地彼此基本上同心地布置。此外，在定向步骤中，阴极板和阳极板的两个彼此相关的贯通槽口可以通过板定向装置的成型的定向辅助器件在中间平面(或与该中间平面平行的平面)内彼此对中。用于穿过贯通槽口插入的成型的定向辅助器件在此优选地构造为装配销。定向器件在其中心区域中可以包括具有多边形横截面，尤其优选地规则的三角形、四边形或五边形横截面的优选的直区段。

18、此外，在定向步骤中，用于成型的定向辅助器件的两个彼此相关的贯通槽口可以构造为仅具有圆形轮廓的定向孔和具有带有凸起的圆形轮廓的定向孔。在此，在俯视图中，具有带凸起的圆形轮廓的定向孔内接于仅具有圆形轮廓的定向孔中。在对中时，成型的定向器件一方面以其外角或者说外边缘在阴极板/阳极板内部抵靠在具有凸起的圆形轮廓的凸起上，另一方面成型的定向器件以这些外角或者说外边缘抵靠在阳极板/阴极板的圆形轮廓的内部(参见图4左侧)。

19、此外，阴极板和阳极板的两个彼此相关的贯通槽口可以通过板定向器件的定向器件以一个或恰好一个平移或旋转自由度在中间平面内彼此定向、即被抑制(其他自由度可以有条件地实现)。用于穿过贯通槽口插入的优选柱形或截锥形的定向器件在此优选地构造为装配销。

20、此外，用于定向器件的两个彼此相关的贯通槽口作为定向缝可以构造为长形孔以及作为定向缝构造为变细的或阶梯的长形孔。在此，定向缝作为变细的或阶梯的长形孔在俯视图中至少部分地内接于作为长形孔的定向缝中。在彼此定向时，优选柱形或截锥形的定向器件一方面以其外周抵靠在阴极板/阳极板上的长形孔的内部，另一方面，优选柱形或截锥形的定向器件以其外周抵靠在阳极板/阴极板的变细或阶梯的长形孔(优选较大直径)的内部(参见图4右侧)。在此，长形孔和变细或阶梯的长形孔在彼此相关的区域中具有基本上相同的直径。

21、时间上在定向步骤之后，阴极板和阳极板可以在装配方法的紧固步骤中彼此紧固、尤其相互焊接。阴极板和/或阳极板可以构造为根据本发明的电极板。此外，可以时间上在装配方法的紧固步骤之后根据本发明构造双极板。

22、在根据本发明的用于将双极板堆叠成燃料电池堆(堆垛、堆叠结构)的方法中，借助双极板堆叠器件将多个在其之间具有隔膜电极单元的双极板相叠地堆叠成燃料电池堆，其中，将双极板堆叠入燃料电池堆中通过双极板中的双极板定位装置实现，并且该双极板定位装置由双极板的板定向装置至少部分地构造，通过所述板定向装置将电极板彼此定向，以将其装配成双极板。

23、双极板定位装置可以包括两个板堆叠贯通槽口。在此，单个板堆叠贯通槽口可以通过电极板的板定向装置的双贯通槽口形成。此外，电极板的两个彼此相关的贯通槽口中的单个贯通槽口可以通过双极板堆叠器件的堆叠器件对中或定位，其中，双极板定位在燃料电池堆中。为此，堆叠器件优选地具有用于穿过相关的板堆叠贯通槽口插入的柱形区段。

24、此外，对应的板堆叠贯通槽口可以由双极板的电极板的板定向装置的定向双孔和定向双缝形成。此外，定向双孔的单个定向孔可以通过双极板堆叠器件的堆叠器件有效地对中，其中，该定向孔优选地具有带有凸起的圆形轮廓(参见图5左侧)。此外，单个定向缝可以通过双极板堆叠器件的堆叠器件有效地对中或定位，其中，该定向缝优选地构造为变细的或阶梯的长形孔(参见图5右侧)。在此，长形孔的变细或者说变窄的区段优选地通过堆叠器件对中或定位。

25、在堆叠双极板时可以将具有在其上设置的隔膜电极单元的双极板堆叠或可以将双极板和隔膜电极单元交替地堆叠。在将双极板堆叠入燃料电池堆中时定位双极板可以通过双极板的仅一个单个的电极板进行。在此优选比同一双极板的其他电极板更厚的电极板。这通常是阴极板。双极板可以构造为根据本发明的双极板。此外，可以通过根据本发明的方法装配双极板。

26、尤其应注意的是，在该方法的范畴内提到的特征、尤其在那里提到的装置特征(电极板(阴极板、阳极板)、双极板)能够转移到要求保护的装置上。此外，在装置的范畴内提到的特征、尤其在那里提到的方法特征(装配方法、堆叠方法)能够转移到所要求保护的方法上。这也适用于本发明的下面的描述。