本發(fā)明涉及一種用于雙極板的電極板和用于燃料電池堆的雙極板。本發(fā)明還涉及一種用于裝配雙極板的方法和一種用于堆疊雙極板的方法。

背景技術(shù)：

1、在例如燃料電池車輛的例如燃料電池系統(tǒng)的燃料電池機組(固定式或移動式)的低溫聚合物電解質(zhì)燃料電池中，兩種運行介質(zhì)的兩種反應(yīng)物電化學(xué)轉(zhuǎn)化為電能和熱。在此，燃料電池包括至少一個隔膜電極單元(mea)。通常，燃料電池構(gòu)造為具有多個布置成堆疊的隔膜電極單元和布置在它們之間的雙極板(燃料電池堆或堆垛)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、用于燃料電池堆的雙極板的兩個大面積的側(cè)面上的空間是有限的和因此是“寶貴的”。因此，本發(fā)明的任務(wù)是給出一種雙極板，其陰極和/或陽極側(cè)上的電活性面和/或其用于運行介質(zhì)和/或冷卻介質(zhì)的端口面可以被很好地利用，以便能夠提供高性能的雙極板和從而高性能的燃料電池堆。

2、本發(fā)明的任務(wù)借助用于雙極板的電極板，即陰極板和/或陽極板，以及借助用于尤其用于燃料電池車輛的燃料電池的燃料電池堆的雙極板來解決。此外，本發(fā)明的任務(wù)通過用于裝配雙極板的方法以及通過用于將雙極板堆疊成用于尤其用于燃料電池車輛的燃料電池的燃料電池堆的方法來解決。本發(fā)明的有利擴展方案、附加特征和/或優(yōu)點由從屬權(quán)利要求和以下描述得出。

3、根據(jù)本發(fā)明的電極板包括板定向裝置，用于將該電極板相對于與其對應(yīng)的具有板定向裝置的第二電極板定向，用于將兩個電極板裝配成雙極板，其中，板定向裝置(時間上在將兩個電極板裝配成雙極板之后)至少部分地形成雙極板的雙極板定位裝置的區(qū)域，用于將雙極板堆疊入燃料電池堆中。

4、即板定向裝置，例如一個電極板(所形成的雙極板的陰極板或陽極板)的兩個貫通槽口和第二電極板的板定向裝置，例如兩個對應(yīng)的貫通槽口(所形成的雙極板的陽極板或陰極板)在彼此裝配成雙極板的狀態(tài)下形成雙極板定位裝置。然后，雙極板定位裝置在將所述雙極板與其他雙極板堆疊成燃料電池堆時用于雙極板的定位。

5、板定向裝置的輪廓可以如此設(shè)置在電極板中，使得該輪廓僅能夠點狀地(區(qū)域地)或區(qū)段地與用于同一雙極板的第二電極板的板定向裝置的輪廓基本上重合。即(也參見圖3至圖5)對于雙極板的裝配，其兩個電極板(陰極板和陽極板)僅能夠如此相疊，使得兩個板定向裝置的彼此相關(guān)的貫通槽口(定向孔、定向縫(參見下文)的輪廓僅能夠點狀地或區(qū)域地或區(qū)段地重合。在此，例如兩個電極板的彼此相關(guān)的貫通槽口當然至少區(qū)段地彼此基本上同心地相疊布置。

6、電極板可以不包括與其板定向裝置功能上基本或完全獨立的并且至少局部的雙極板定位裝置，用于雙極板。即板定向裝置和部分的雙極板定位裝置(即相關(guān)電極板為后續(xù)雙極板的雙極板定位裝置提供的區(qū)域)至少部分地或完全集成到彼此中(在后一種情況下，它們是相同的)。當然，可以在各電極板中設(shè)置附加的定向輔助裝置，例如定向卷邊，所述定向輔助裝置基本上僅用于兩個相關(guān)電極板在裝配成雙極板時的彼此定向。

7、板定向裝置可以設(shè)置在電極板內(nèi)、基本上完全設(shè)置在電極板內(nèi)或僅設(shè)置在電極板內(nèi)。即板定向裝置不通過、尤其也不區(qū)段地通過電極板的周向邊緣、尤其外周邊緣構(gòu)造。板定向裝置可以包括電極板中的至少一個槽口、尤其至少一個貫通槽口。板定向裝置可以一方面包括電極板中的定向孔，另一方面包括電極板中的定向縫。定向孔和定向縫可以彼此間隔開地設(shè)置在電極板中的彼此相對的縱向端部區(qū)段中。優(yōu)選地，定向孔和定向縫在此優(yōu)選地直線或?qū)情g隔開地設(shè)置在電極板的彼此相對的縱向端部區(qū)段中。

8、根據(jù)本發(fā)明的雙極板包括陰極板和與其固定連接的陽極板，其中，陰極板的板定向裝置和陽極板的板定向裝置(借助這些板定向裝置使陰極板和陽極板在雙極板中相互定向)一起至少部分地共同(通過它們或在它們之間)形成雙極板定位裝置，用于將雙極板堆疊入燃料電池堆中。即陰極板以及陽極板的板定向裝置一起至少部分地形成該雙極板的雙極板定位裝置，用于將該雙極板堆疊成燃料電池堆。

9、在此，陰極板和陽極板的板定向裝置(整體)的組合可以至少部分地形成雙極板的雙極板定位裝置。此外，陰極板以及陽極板均可以不具有僅用于將陰極板和陽極板和雙極板彼此定向的板定向裝置。此外，雙極板可以不具有與其雙極板定位裝置分開的板定向裝置，尤其既不在其陰極板中區(qū)段地、也不在其陽極板中區(qū)段地；在這里的例外可能是附加的定向輔助裝置(參見上文)。

10、陰極板和陽極板彼此相疊地固定地構(gòu)造為雙極板。在此，陰極板和陽極板的板定向裝置的彼此相關(guān)的輪廓可以如此設(shè)置，使得第一板定向裝置的輪廓僅點狀(區(qū)域地)或區(qū)段地與第二板定向裝置的輪廓基本上重疊。此外，在雙極板的俯視圖中，第一板定向裝置的輪廓可以內(nèi)接于或圍繞第二板定向裝置的輪廓。

11、這尤其涉及板定向裝置的各一個定向孔(參見下文以及上文)或雙極板定位裝置的定向雙孔(彼此相疊的定向孔)。在此，例如一個電極板的n角的(凸起)圓形輪廓可以內(nèi)接于第二電極板的圓形輪廓中(當然僅在俯視圖中；參見圖3至圖5各左側(cè)，定向孔)。優(yōu)選地，陰極板(電極板)的板定向裝置的輪廓至少部分地“內(nèi)接于”陽極板(其他電極板)的板定向裝置的輪廓中，或陽極板(電極板)的板定向裝置的輪廓至少區(qū)段地“圍繞”陰極板(其他電極板)的板定向裝置的輪廓。

12、在雙極板的俯視圖中，第一板定向裝置的面可以在雙極板中如此設(shè)置，使得該面僅區(qū)段地與第二板定向裝置的面重合。這尤其涉及板定向裝置的各一個定向縫(參見下文以及上文)或雙極板定位裝置的定向雙縫(彼此相疊的定向縫)。在此，例如陰極板(電極板)的板定向裝置的(區(qū)段狀或扇形的)部分面與陽極板(其他電極板)的板定向裝置的(區(qū)段狀或扇形的)部分面重合(當然僅在俯視圖中；參見圖3至圖5各右側(cè)，定向縫)。

13、陰極板和陽極板的板定向裝置可以形成雙極板中的兩個板堆疊貫通槽口，用于將雙極板堆疊入燃料電池堆。即兩個板堆疊貫通槽口至少部分地構(gòu)造雙極板定位裝置。不但陰極板的板定向裝置而且陽極板的板定向裝置可以分別包括兩個貫通槽口，其中，這四個貫通槽口形成雙極板中的兩個貫通槽口作為雙極板定位裝置。不但陰極板中而且陽極板中的兩個貫通槽口可以分別構(gòu)造為定向孔和定向縫，這兩個貫通槽口在雙極板中形成定向雙孔和定向雙縫作為雙極板定位裝置。

14、一個板定向裝置的定向孔可以僅具有圓形輪廓，而另一板定向裝置的定向孔可以具有帶有凸起的圓形輪廓。圓形輪廓的凸起在此優(yōu)選地位于規(guī)則多邊形的角區(qū)域中。僅具有圓形輪廓的定向孔優(yōu)選設(shè)置在陽極板中，而具有凸出的圓形輪廓的定向孔優(yōu)選設(shè)置在陰極板中。然而，這當然也可以相反地構(gòu)造。

15、一個板定向裝置的定向縫可以構(gòu)造為長形孔，而另一板定向裝置的定向縫可以構(gòu)造為變細的或階梯的長形孔。在陽極板中優(yōu)選設(shè)置作為長孔形的定向縫，在陰極板中優(yōu)選設(shè)置作為變細或階梯的長形孔的定向縫。然而，這當然也可以相反地構(gòu)造。具有帶有凸起的圓形輪廓的定向孔可以內(nèi)接于僅具有圓形輪廓的定向孔中，并且作為變細的或階梯的長形孔的定向縫可以至少部分地內(nèi)接于作為長形孔的定向縫中(當然又在俯視圖中)。

16、在根據(jù)本發(fā)明的用于裝配用于燃料電池堆的雙極板的方法中，在該方法的定向步驟中，將所形成的雙極板的陰極板和陽極板彼此定向并且在方法的時間上隨后的緊固步驟中彼此固定，其中，在定向步驟中，通過陰極板和陽極板的板定向裝置將陰極板和陽極板彼此定向，并且板定向裝置在正在形成的和已形成的雙極板中至少部分地形成雙極板定位裝置，用于將雙極板堆疊入燃料電池堆中。在用于裝配雙極板的方法中分別將一個優(yōu)選地單個的陰極板和優(yōu)選地單個的陽極板接合成相關(guān)的雙極板。

17、陰極板和陽極板的板定向裝置優(yōu)選地分別包括兩個貫通槽口。在定向步驟中，陰極板和陽極板的彼此相關(guān)的貫通槽口可以至少區(qū)段地彼此基本上同心地布置。此外，在定向步驟中，陰極板和陽極板的兩個彼此相關(guān)的貫通槽口可以通過板定向裝置的成型的定向輔助器件在中間平面(或與該中間平面平行的平面)內(nèi)彼此對中。用于穿過貫通槽口插入的成型的定向輔助器件在此優(yōu)選地構(gòu)造為裝配銷。定向器件在其中心區(qū)域中可以包括具有多邊形橫截面，尤其優(yōu)選地規(guī)則的三角形、四邊形或五邊形橫截面的優(yōu)選的直區(qū)段。

18、此外，在定向步驟中，用于成型的定向輔助器件的兩個彼此相關(guān)的貫通槽口可以構(gòu)造為僅具有圓形輪廓的定向孔和具有帶有凸起的圓形輪廓的定向孔。在此，在俯視圖中，具有帶凸起的圓形輪廓的定向孔內(nèi)接于僅具有圓形輪廓的定向孔中。在對中時，成型的定向器件一方面以其外角或者說外邊緣在陰極板/陽極板內(nèi)部抵靠在具有凸起的圓形輪廓的凸起上，另一方面成型的定向器件以這些外角或者說外邊緣抵靠在陽極板/陰極板的圓形輪廓的內(nèi)部(參見圖4左側(cè))。

19、此外，陰極板和陽極板的兩個彼此相關(guān)的貫通槽口可以通過板定向器件的定向器件以一個或恰好一個平移或旋轉(zhuǎn)自由度在中間平面內(nèi)彼此定向、即被抑制(其他自由度可以有條件地實現(xiàn))。用于穿過貫通槽口插入的優(yōu)選柱形或截錐形的定向器件在此優(yōu)選地構(gòu)造為裝配銷。

20、此外，用于定向器件的兩個彼此相關(guān)的貫通槽口作為定向縫可以構(gòu)造為長形孔以及作為定向縫構(gòu)造為變細的或階梯的長形孔。在此，定向縫作為變細的或階梯的長形孔在俯視圖中至少部分地內(nèi)接于作為長形孔的定向縫中。在彼此定向時，優(yōu)選柱形或截錐形的定向器件一方面以其外周抵靠在陰極板/陽極板上的長形孔的內(nèi)部，另一方面，優(yōu)選柱形或截錐形的定向器件以其外周抵靠在陽極板/陰極板的變細或階梯的長形孔(優(yōu)選較大直徑)的內(nèi)部(參見圖4右側(cè))。在此，長形孔和變細或階梯的長形孔在彼此相關(guān)的區(qū)域中具有基本上相同的直徑。

21、時間上在定向步驟之后，陰極板和陽極板可以在裝配方法的緊固步驟中彼此緊固、尤其相互焊接。陰極板和/或陽極板可以構(gòu)造為根據(jù)本發(fā)明的電極板。此外，可以時間上在裝配方法的緊固步驟之后根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造雙極板。

22、在根據(jù)本發(fā)明的用于將雙極板堆疊成燃料電池堆(堆垛、堆疊結(jié)構(gòu))的方法中，借助雙極板堆疊器件將多個在其之間具有隔膜電極單元的雙極板相疊地堆疊成燃料電池堆，其中，將雙極板堆疊入燃料電池堆中通過雙極板中的雙極板定位裝置實現(xiàn)，并且該雙極板定位裝置由雙極板的板定向裝置至少部分地構(gòu)造，通過所述板定向裝置將電極板彼此定向，以將其裝配成雙極板。

23、雙極板定位裝置可以包括兩個板堆疊貫通槽口。在此，單個板堆疊貫通槽口可以通過電極板的板定向裝置的雙貫通槽口形成。此外，電極板的兩個彼此相關(guān)的貫通槽口中的單個貫通槽口可以通過雙極板堆疊器件的堆疊器件對中或定位，其中，雙極板定位在燃料電池堆中。為此，堆疊器件優(yōu)選地具有用于穿過相關(guān)的板堆疊貫通槽口插入的柱形區(qū)段。

24、此外，對應(yīng)的板堆疊貫通槽口可以由雙極板的電極板的板定向裝置的定向雙孔和定向雙縫形成。此外，定向雙孔的單個定向孔可以通過雙極板堆疊器件的堆疊器件有效地對中，其中，該定向孔優(yōu)選地具有帶有凸起的圓形輪廓(參見圖5左側(cè))。此外，單個定向縫可以通過雙極板堆疊器件的堆疊器件有效地對中或定位，其中，該定向縫優(yōu)選地構(gòu)造為變細的或階梯的長形孔(參見圖5右側(cè))。在此，長形孔的變細或者說變窄的區(qū)段優(yōu)選地通過堆疊器件對中或定位。

25、在堆疊雙極板時可以將具有在其上設(shè)置的隔膜電極單元的雙極板堆疊或可以將雙極板和隔膜電極單元交替地堆疊。在將雙極板堆疊入燃料電池堆中時定位雙極板可以通過雙極板的僅一個單個的電極板進行。在此優(yōu)選比同一雙極板的其他電極板更厚的電極板。這通常是陰極板。雙極板可以構(gòu)造為根據(jù)本發(fā)明的雙極板。此外，可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法裝配雙極板。

26、尤其應(yīng)注意的是，在該方法的范疇內(nèi)提到的特征、尤其在那里提到的裝置特征(電極板(陰極板、陽極板)、雙極板)能夠轉(zhuǎn)移到要求保護的裝置上。此外，在裝置的范疇內(nèi)提到的特征、尤其在那里提到的方法特征(裝配方法、堆疊方法)能夠轉(zhuǎn)移到所要求保護的方法上。這也適用于本發(fā)明的下面的描述。