雙極板和在該雙極板上的層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙極板，其包括基面和設置在該基面上的突出結(jié)構(gòu)。所述突出結(jié)構(gòu)各包括一個第一區(qū)域和第二區(qū)域。所述第一區(qū)域在此構(gòu)造用于刺入待與所述雙極板接觸的氣體擴散層中且增大在所述雙極板與所述氣體擴散層之間的接觸面。所述第二區(qū)域存在于所述雙極板的基面與所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域之間。所述第一區(qū)域和/或所述第二區(qū)域的形狀和/或布置構(gòu)造成，使得所述雙極板的基面與所述氣體擴散層保持間距。
【專利說明】
雙極板和在該雙極板上的層結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種雙極板和一種層結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)包括氣體擴散層和雙極板，其中，在雙極板與氣體擴散層之間的接觸面增大。
【背景技術(shù)】
[0002]雙極板應用在帶有多個組合成一個堆垛的單個-燃料電池的電化學電池、例如燃料電池系統(tǒng)中，且所述雙極板具有如下任務:使各單個電池彼此分開、提供電化學電池的電極的電接觸、傳輸電流至相鄰的電池、以介質(zhì)或者反應離析物供給電池且導出產(chǎn)生的廢熱。
[0003]通常地，雙極板與氣體擴散層接觸，該氣體擴散層在電化學電池中用作反應離析物(即尤其反應氣體)的分配器結(jié)構(gòu)，且該氣體擴散層大多由碳材料制成的紡織物形成。按照傳統(tǒng)，雙極板由金屬制成，從而與氣體擴散層的電接觸并不理想。由此產(chǎn)生高的接觸電阻。通過壓合雙極板和氣體擴散層，可以將兩個層之間的接觸電阻稍微減小，然而在通常情況下為此須壓印雙極板，以便提供用于反應離析物的流場。這一方面又提高了接觸電阻且另一方面是耗費且成本高的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務是提供一種雙極板，該雙極板提供與待接觸的氣體擴散層的大的接觸面并且此外提供用于反應介質(zhì)的流場。此外，本發(fā)明的任務是提供一種帶有雙極板和氣體擴散層的層結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)的突出之處在于各層之間的小的接觸電阻且允許最佳地運輸反應介質(zhì)。
[0005]所述任務在雙極板中根據(jù)本發(fā)明通過如下方式來解決，S卩，雙極板包括基面和設置在該基面上的突出結(jié)構(gòu)。所述突出結(jié)構(gòu)、即相對于基面的隆起部各具有一個第一區(qū)域，該第一區(qū)域構(gòu)造用于刺入待與雙極板接觸的氣體擴散層中。由此增大了在雙極板與氣體擴散層之間的接觸面且減小了在這些層之間的接觸電阻。突出結(jié)構(gòu)此外各具有一個第二區(qū)域，該第二區(qū)域存在于雙極板的基面與突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域之間。所述第一和/或第二區(qū)域在形狀和/或布置方面在此構(gòu)造成，使得所述雙極板的基面與氣體擴散層保持間距(X)。該間距(X)在此例如在壓合雙極板與氣體擴散層時也可以進行調(diào)整。所述突出結(jié)構(gòu)的形狀、布置、結(jié)構(gòu)和材料在細節(jié)方面未進行限制，只要它們能夠在增大所述層之間的接觸面的情況下實現(xiàn)良好的接觸以及實現(xiàn)第一區(qū)域向氣體擴散層中的刺入并且能夠通過突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域?qū)崿F(xiàn)形成間隔功能即可。這些功能例如通過交叉的突出結(jié)構(gòu)給出。突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域于是位于突出結(jié)構(gòu)的交點之上、即位于離雙極板的基面更遠的端部處。所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域根據(jù)本發(fā)明刺入待接觸的氣體擴散層中。然而通過交點有效地防止突出結(jié)構(gòu)完全下沉到氣體擴散層中。在交點之下、即在交點與雙極板的基面之間形成無氣體擴散層的區(qū)域，亦即間隔區(qū)域，該間隔區(qū)域用于運輸反應介質(zhì)且因此通過產(chǎn)生的間距(X)實現(xiàn)所述介質(zhì)的有效運送。備選于或者附加于交叉的突出結(jié)構(gòu)，所述第一和/或第二區(qū)域也能夠構(gòu)造有特殊結(jié)構(gòu)，該特殊結(jié)構(gòu)允許所述突出結(jié)構(gòu)的僅第一區(qū)域刺入接觸的氣體擴散層中，然而抑制第二區(qū)域的進一步刺入。所述間距(X)在此確定為從雙極板的基面出發(fā)沿垂直方向、即沿待接觸的氣體擴散層的層壓方向直至所述突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的最遠地最遠離的點、即第一區(qū)域所鄰接的點。因此提供了帶有很好的用于反應介質(zhì)的運輸路徑(即最佳集成的流場)以及增大的接觸面的雙極板，該雙極板能夠以簡單的方式實現(xiàn)減小接觸電阻地連接到氣體擴散層上。根據(jù)本發(fā)明的雙極板尤其適于應用在燃料電池中，其中，所述燃料電池尤其布置在車輛中。
[0006]從屬權(quán)利要求包括本發(fā)明的有利的改進方案和設計方案。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的雙極板的一個有利的改進方案規(guī)定:所述間距(X)基本上相應于突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的高度。因此能夠簡單地通過有針對性地設計所述突出結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及形狀來決定性地影響待構(gòu)造的介質(zhì)流場，而無須進行單獨的加工步驟、例如壓印雙極板。
[0008]為了制備具有帶有大運輸容積的流場的雙極板而另外有利地規(guī)定:所述間距(X)為50至300μπι、優(yōu)選地70至150μπι。
[0009]另外有利地，氣體擴散層是含有纖維的或者是泡沫狀的，這能夠?qū)崿F(xiàn)良好的介質(zhì)運輸。所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的高度優(yōu)選為在氣體擴散層中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑的1-10倍、優(yōu)選地2-4倍。由此有效地增大在雙極板與氣體擴散層之間的接觸面且因此明顯減小在所述兩個層之間的接觸電阻。
[0010]同樣地，為了增大與待接觸的氣體擴散層的接觸面以及與之相關(guān)聯(lián)地減小接觸電阻，所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的高度為3至ΙΟΟμπι、優(yōu)選地5至30μπι。第一區(qū)域的高度因此反映可能的向氣體擴散層中的刺入深度，該刺入深度在5wii時已經(jīng)在減小接觸電阻的情況下提供了與氣體擴散層的良好連接，在5與30μπι之間的高度時該連接是最佳的，因為因此在雙極板與氣體擴散層接觸時也預防所述突出區(qū)域的變形且便利于將第一區(qū)域刺入氣體擴散層中。第一區(qū)域的高度沿著第一區(qū)域的走向方向來確定且是平均值。
[0011]另外有利地規(guī)定:所述突出結(jié)構(gòu)的與雙極板的基面連接的足部的寬度小于所述突出結(jié)構(gòu)的雙倍的總高度。所述總高度在此由所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域的高度hi與第二區(qū)域的高度h2之和得出。
[0012]在此，相應地參考寬度和高度的平均值。由此，在突出結(jié)構(gòu)中獲得很好的體積/表面積比，該體積/表面積比在對于突出結(jié)構(gòu)來說盡可能少的材料耗費的情況下允許構(gòu)造特別大的接觸面。
[0013]此外有利地，在設置于一排中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距大于所述突出結(jié)構(gòu)的雙倍的總高度。這能夠在接觸面大且材料使用少的情況下實現(xiàn)在雙極板與氣體擴散層之間的良好連接。
[0014]備選于此或者附加于此地有利地規(guī)定:在相鄰的排中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距相對于在設置于一排中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距滿足如下關(guān)系:e/f>2。由此也提供了雙極板的很好的接觸面，該接觸面能夠在接觸電阻小的情況下實現(xiàn)與氣體擴散層的緊密接觸。
[0015]帶有第一和第二區(qū)域(它們能夠?qū)崿F(xiàn)向氣體擴散層中的接觸和刺入以及能夠?qū)崿F(xiàn)氣體擴散層的間距保持)的突出結(jié)構(gòu)能夠很簡單地通過在雙極板基面與待接觸的氣體擴散層之間施加中間層形成。這此外具有的優(yōu)點是:可以將中間層和因此突出結(jié)構(gòu)特別有針對性地在形狀、布置和結(jié)構(gòu)方面鑒于待接觸的氣體擴散層進行協(xié)調(diào)。出于該原因而特別優(yōu)選的是，在所述雙極板的基面上設置泡沫狀的中間層并且尤其是由單獨的結(jié)構(gòu)組成的中間層用于形成突出結(jié)構(gòu)。
[0016]出于在節(jié)省材料成本的情況下簡單和低成本制造的原因，突出結(jié)構(gòu)有利地通過對雙極板進行結(jié)構(gòu)上的加工、尤其通過以材料涂層和/或材料堆積和/或材料生長來形成。因此，在所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域與設置用于接觸的氣體擴散層的過渡部中的導電性能夠進一步被改善且在所述兩個層之間的接觸電阻能夠被有效地減小。有利地，結(jié)構(gòu)上的加工包括樹枝狀結(jié)構(gòu)的生長和/或磨削和/或銑削和/或刮削和/或蝕刻和/或氧化和/或物理氣相沉積(PVD)和/或化學氣相沉積(CVD)。此處述及的方法是用于加工表面和尤其金屬表面的標準方法，它們不要求高的技術(shù)耗費并且因此能夠容易且低成本地實現(xiàn)并且允許雙極板的突出結(jié)構(gòu)的特殊設計。
[0017]另外有利地，中間層與雙極板的基面通過粘接、焊接、硬釬焊、壓貼或者壓入來連接。根據(jù)需求，這些方法步驟也能夠相互組合，這有助于增大在雙極板與待和該雙極板接觸的氣體擴散層之間的接觸面。
[0018]為了節(jié)省根據(jù)本發(fā)明的雙極板的制造成本，所述雙極板無需為制備流場而進行壓印。流場的功能通過在雙極板的基面與氣體擴散層之間維持的間距(X)來承擔；因此能夠省去在雙極板的活性區(qū)域中的壓印。
[0019]同樣地，根據(jù)本發(fā)明也說明了一種層結(jié)構(gòu)，其包括如之前所說明的雙極板和氣體擴散層。根據(jù)本發(fā)明的層結(jié)構(gòu)的特征在于，所述雙極板的突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域刺入所述氣體擴散層中且增大在所述雙極板與所述氣體擴散層之間的接觸面。另外，所述雙極板的突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域和/或第二區(qū)域的形狀和/或布置構(gòu)造成，使得所述雙極板的基面與所述氣體擴散層保持間距(X)。根據(jù)本發(fā)明的層結(jié)構(gòu)在高功能性的情況下在結(jié)構(gòu)上構(gòu)建簡單，其中，在各個層之間的接觸電阻減小。同時，通過構(gòu)造和保持間距提供介質(zhì)流場，而無須為此單獨地加工雙極板。雙極板因此特別好地適于安裝在燃料電池系統(tǒng)中。尤其所述間距(X)在壓合根據(jù)本發(fā)明的雙極板和氣體擴散層時能夠有針對性地進行調(diào)整。所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域和/或第二區(qū)域的形狀或布置為此構(gòu)造用于刺入氣體擴散層中。通過預定的擠壓力將突出結(jié)構(gòu)如期望的那樣的程度刺入，從而所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域布置在氣體擴散層中，而所述突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域不刺入所述突出區(qū)域中，以至于所述雙極板的基面和氣體擴散層保持間距(X)，該間距于是反映所述突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的高度。換言之，總體上優(yōu)選的是，所述突出區(qū)域的形狀、結(jié)構(gòu)和布置連同擠壓力產(chǎn)生期望的間距(X)。
[0020]規(guī)定用于根據(jù)本發(fā)明的雙極板的優(yōu)點、有利的效果和改進方案也用于根據(jù)本發(fā)明的層結(jié)構(gòu)。
[0021]為了進一步減小在各個層之間的接觸電阻，根據(jù)本發(fā)明的層結(jié)構(gòu)的一個有利的改進方案規(guī)定:氣體擴散層是含有纖維的或者是泡沫狀的，其中，所述突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域向氣體擴散層中的刺入深度為在氣體擴散層中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑的1-1 O倍、優(yōu)選地2-4倍。
[0022]在增大接觸面和因此減小接觸電阻方面此外有利地規(guī)定:氣體擴散層的材料在雙極板與氣體擴散層的接觸區(qū)域中被壓縮。
[0023]另一有利的改進方案的特征在于:氣體擴散層是含有纖維的或者是泡沫狀的，其中，間距(X)滿足如下關(guān)系:X多5*cLd在此是在氣體擴散層中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑。因此能夠在材料使用最少化且同時導電性很好的情況下提供帶有大運輸容積的介質(zhì)流場，這有利地影響層結(jié)構(gòu)的成本結(jié)構(gòu)。
[0024]特別有利地，在層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高且壓力損失降低的情況下制備帶有大運輸容積的流場的觀點下，所述間距(X)為50至300μπι且優(yōu)選地70至150μπι。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的雙極板以及根據(jù)本發(fā)明的層結(jié)構(gòu)尤其適于用在燃料電池中，其中，所述燃料電池尤其布置在車輛中。
[0026]基于根據(jù)本發(fā)明的解決方案及它們的改進方案得出如下優(yōu)點:
[0027]-在根據(jù)本發(fā)明的雙極板與氣體擴散層之間的接觸面明顯增大。
[0028]-在根據(jù)本發(fā)明的雙極板與氣體擴散層之間的接觸電阻減小。
[0029]-在根據(jù)本發(fā)明的雙極板與氣體擴散層之間的導電性提高。
[0030]-在根據(jù)本發(fā)明的雙極板中集成了流場，而無須設置單獨的加工步驟。
【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點從以下說明和附圖中得出。其中:
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的有利的第一改進方案的雙極板的示意圖；
[0033]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的有利的第二改進方案的雙極板的示意圖；
[0034]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的有利的第三改進方案的雙極板的示意圖；
[0035]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的有利的第四改進方案的雙極板的示意圖；
[0036]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一改進方案的層結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0037]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二改進方案的層結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0038]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三改進方案的層結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]根據(jù)實施例詳細說明本發(fā)明。在圖中僅示出了根據(jù)本發(fā)明的雙極板或?qū)咏Y(jié)構(gòu)的此處關(guān)注的部分，所有其余的元件出于清楚的原因而略去。此外，相同的附圖標記涉及相同的構(gòu)件。
[0040]圖1示出了帶有基面I的雙極板10，在該雙極板上布置或設置有突出結(jié)構(gòu)2。突出結(jié)構(gòu)2各具有一個第一區(qū)域4。第一區(qū)域4構(gòu)造用于刺入待與雙極板10接觸的氣體擴散層(未示出)中。由此增大了在雙極板10與氣體擴散層之間的接觸面。突出結(jié)構(gòu)2此外具有第二區(qū)域3，所述第二區(qū)域在雙極板10的基面I與突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4之間延伸。
[0041]第一區(qū)域4和第二區(qū)域3的布置及因此突出結(jié)構(gòu)2互相間的布置構(gòu)造成，使得雙極板10的基面I和待與雙極板接觸的氣體擴散層保持間距。這(如示例性地在圖1中所示)由下述方式能夠?qū)崿F(xiàn):例如相鄰的突出結(jié)構(gòu)2的第一和第二區(qū)域交叉。因此，由至少兩個交叉的結(jié)構(gòu)得到一個突出結(jié)構(gòu)2，該突出結(jié)構(gòu)在交點上方具有帶有高度hi的第一區(qū)域4且在交點下方具有帶有高度h2的第二區(qū)域3。交叉的結(jié)構(gòu)的走向防止在雙極板10與氣體擴散層接觸時突出結(jié)構(gòu)2的完全刺入。氣體擴散層因此保持間距，該間距此處例如相應于第二區(qū)域的高度
h2o
[0042]第二區(qū)域的高度h2在此在垂直于雙極板10基面I的方向上測量且延伸直至突出結(jié)構(gòu)2的交點。第一區(qū)域的高度hi確定為在走向方向上或在延伸方向上從交點直至第一區(qū)域的端部、即設置用于刺入氣體擴散層中的端部。各高度的相應值在此是平均值。
[0043]優(yōu)選地，間距X和因此還有第二區(qū)域4的高度h2為50至300μπι且優(yōu)選地70至150μπι。
[0044]突出結(jié)構(gòu)2例如能夠通過將中間層且尤其是泡沫狀的中間層且此外尤其是由單獨的結(jié)構(gòu)組成的中間層施加到雙極板10的基面I上來形成。備選于此地，突出結(jié)構(gòu)2能夠通過對雙極板10進行結(jié)構(gòu)上的加工、尤其通過以材料涂層和/或材料堆積和/或材料生長來形成。
[0045]雙極板10基于突出結(jié)構(gòu)2的構(gòu)造而提供了大的潛在的接觸面。此外，基于突出結(jié)構(gòu)2的第二區(qū)域3(所述第二區(qū)域設置成不刺入氣體擴散層中)在雙極板10中提供介質(zhì)流場，而雙極板10無須為此在活性區(qū)域中具有壓印。
[0046]圖2示出了雙極板的一個備選的設計方案。雙極板20又包括基面I，該基面帶有布置在其上的、箭頭形的突出結(jié)構(gòu)2。通過以箭尖形構(gòu)造第一區(qū)域4，在增大接觸面的情況下且因此在減小接觸電阻的情況下便利于向待接觸的氣體擴散層中的刺入。然而第一區(qū)域4的箭尖的寬邊防止在含有第二區(qū)域3的情況下向氣體擴散層中刺入直到雙極板20的基面I上。第二區(qū)域3因此確保在雙極板20的基面I與待接觸的氣體擴散層之間的間距。
[0047]圖3示出了雙極板的另一備選的設計方案。該雙極板30具有突出結(jié)構(gòu)2，所述突出結(jié)構(gòu)又具有第一區(qū)域4和第二區(qū)域3。此處第一區(qū)域4的形狀或結(jié)構(gòu)相比于第二區(qū)域3的形狀和結(jié)構(gòu)構(gòu)造成，使得僅能夠?qū)⒌谝粎^(qū)域4向待接觸的氣體擴散層中刺入直至所述突出結(jié)構(gòu)2的如下點處，在該點處第二區(qū)域3相對于第一區(qū)域4加厚地構(gòu)造。
[0048]第二區(qū)域3的材料和結(jié)構(gòu)不必是實心的，而是可以是多孔的或者設有通道，從而能夠提供帶有大的介質(zhì)容積的流場。c描述了所述突出區(qū)域2的與雙極板30連接的足部。所述突出結(jié)構(gòu)的與雙極板基面I連接的足部c的寬度在此有利地小于所述突出結(jié)構(gòu)2的雙倍的總高度。
[0049]在圖4中示出了這樣的雙極板40，該雙極板具有設置成兩排R的如在圖2中已經(jīng)闡釋過的突出結(jié)構(gòu)2。圖4圖解了在各突出區(qū)域2之間的關(guān)系。在此，在設置于一排R中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距f大于所述突出結(jié)構(gòu)2的雙倍的總高度h，其中，h = hl+h2。此外，在相鄰的排中的突出結(jié)構(gòu)2之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距e相對于在設置于一排中的突出結(jié)構(gòu)2之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距f有利地滿足如下關(guān)系:e/f >2。
[0050]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案的層結(jié)構(gòu)100。所述層結(jié)構(gòu)100由氣體擴散層5和如在圖2中所示的雙極板20形成。氣體擴散層5和雙極板20為了制造層結(jié)構(gòu)100而被壓合。由此，所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4刺入氣體擴散層5的表面中。基于所述第一區(qū)域4和所述第二區(qū)域3的形狀或結(jié)構(gòu)，防止了所述第二區(qū)域3下沉到氣體擴散層5中。因此，在氣體擴散層5與雙極板20的基面I之間形成間距X，該間距的高度相應于第二區(qū)域3的高度。由此形成介質(zhì)流場。該層結(jié)構(gòu)100的突出之處在于小的接觸電阻和良好地適于運送反應介質(zhì)。
[0051]優(yōu)選地，氣體擴散層是含有纖維的或者是泡沫狀的，且間距X滿足如下關(guān)系:X多5*cLd在此是在氣體擴散層5中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑。
[0052]此外優(yōu)選地，間距X為50至300μπι且優(yōu)選地70至150μπι。
[0053]同樣優(yōu)選地，所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4的高度hi是在氣體擴散層5中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑的1-10倍、優(yōu)選地2-4倍，其中，所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4的高度hi尤其為3至ΙΟΟμπι，優(yōu)選地5至30μπι。
[0054]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二改進方案的層結(jié)構(gòu)200。該層結(jié)構(gòu)200已通過壓合雙極板30與氣體擴散層5制成。雙極板30具有各帶有一個第一區(qū)域4和一個第二區(qū)域3的棱錐形突出結(jié)構(gòu)2。通過在壓合各層時的相應的壓力，所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4被刺入氣體擴散層5中。所述突出區(qū)域的形狀、結(jié)構(gòu)和布置連同擠壓力得到期望的間距X。對擠壓力的限制在此能夠防止所述突出結(jié)構(gòu)2進一步刺入氣體擴散層5中。因此，如此處所示的那樣，所述突出結(jié)構(gòu)2的第二區(qū)域3暴露在雙極板I的基面與所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4之間、即也在雙極板的基面I與氣體擴散層5之間，由此在雙極板的基面I與氣體擴散層5之間產(chǎn)生間距X，該間距適于構(gòu)造介質(zhì)流場。
[0055]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三改進方案的層結(jié)構(gòu)300。該層結(jié)構(gòu)300通過突出結(jié)構(gòu)2的形狀而區(qū)別于圖6中的層結(jié)構(gòu)200。特殊的M形形狀提供了一定的阻力，該阻力也在壓合層結(jié)構(gòu)300時防止將所述突出結(jié)構(gòu)2超過突出結(jié)構(gòu)2的頂點完全刺入氣體擴散層中。因此，能夠有針對性地通過選擇所述突出區(qū)域2的形狀，結(jié)合在壓合層結(jié)構(gòu)300時的壓力，來調(diào)整所述突出結(jié)構(gòu)2的第一區(qū)域4的刺入深度和因此調(diào)整到一定的間距X，該間距相應于所述突出結(jié)構(gòu)2的第二區(qū)域3的高度h2。
[0056]本發(fā)明的前述說明僅用于解釋性的目的而并非為了限制本發(fā)明。在本發(fā)明的范圍中可以實現(xiàn)不同的改變方案和修正方案，而不脫離本發(fā)明的范圍及其等同方案。
[0057]附圖標記列表
[0058]I 雙極板的基面
[0059]2 突出結(jié)構(gòu)
[0060]3 突出結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域[0061 ] 4 突出結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域
[0062]5 氣體擴散層
[0063]10雙極板
[0064]20雙極板
[0065]30雙極板
[0066]40雙極板
[0067]50雙極板
[0068]60雙極板
[0069]100層結(jié)構(gòu)
[0070]200層結(jié)構(gòu)[0071 ] 300層結(jié)構(gòu)
[0072]c 突出結(jié)構(gòu)的與雙極板連接的足部
[0073]e 在相鄰的排中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距
[0074]f 在設置于一排中的突出結(jié)構(gòu)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距
[0075]hi第一區(qū)域的高度
[0076]h2第二區(qū)域的高度
[0077]h 突出結(jié)構(gòu)的總高度
[0078]R 突出結(jié)構(gòu)的排
[0079] X 間距
【主權(quán)項】
1.雙極板，包括基面(I)和設置在該基面上的突出結(jié)構(gòu)(2)，其中，所述突出結(jié)構(gòu)(2)各包括一個第一區(qū)域(4)和一個第二區(qū)域(3)，所述第一區(qū)域構(gòu)造用于刺入待與所述雙極板(10、20、30、40、50、60)接觸的氣體擴散層(5)中且增大在所述雙極板(10、20、30、40、50、60)與所述氣體擴散層(5)之間的接觸面，所述第二區(qū)域存在于所述雙極板(10、20、30、40、50、60)的基面(I)與所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)之間，其中，所述第一區(qū)域(4)和/或所述第二區(qū)域(3)的形狀和/或布置構(gòu)造成，使得所述雙極板(10、20、30、40、50、60)的基面(I)與所述氣體擴散層(5)保持間距(X)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板，其特征在于，所述間距(X)基本上相應于所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第二區(qū)域(3)的高度(h2)和/或所述間距(X)為50至300μπι、優(yōu)選地70至150μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極板，其特征在于，所述氣體擴散層(5)是含有纖維的或者是泡沫狀的， 其中，所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)的高度(hi)是在氣體擴散層(5)中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑的1-10倍、優(yōu)選地2-4倍，和/或 所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)的高度(h I)為3至ΙΟΟμπι、優(yōu)選地5至30μπι。4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的雙極板，其特征在于，所述突出結(jié)構(gòu)的與所述雙極板的基面連接的足部(c)的寬度小于所述突出結(jié)構(gòu)(2)的雙倍的總高度(h)和/或 在設置于一排(R)中的突出結(jié)構(gòu)(2)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距(f)大于所述突出結(jié)構(gòu)(2)的雙倍的總高度(h)和/或 在相鄰的排(R)中的突出結(jié)構(gòu)(2)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距(e)相對于在設置于一排(R)中的突出結(jié)構(gòu)(2)之間在所述突出結(jié)構(gòu)的分別最高點處的間距(f)滿足如下關(guān)系:e/f>2。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的雙極板，其特征在于，所述突出結(jié)構(gòu)(2)通過將中間層、尤其泡沫狀的中間層、且尤其由單獨的結(jié)構(gòu)組成的中間層施加到所述雙極板(10、20、30、40、50、60)的基面(I)上來形成，或者 其特征在于，所述突出結(jié)構(gòu)(2)通過對所述雙極板(10、20、30、40、50、60)進行結(jié)構(gòu)上的加工來形成、尤其通過以材料涂層和/或材料堆積和/或材料生長來形成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極板，其特征在于，所述中間層與所述雙極板(1、20、30、40、50、60)的基面(I)通過粘接、焊接、硬釬焊、壓貼或者壓入來連接。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的雙極板，其特征在于，所述雙極板在活性區(qū)域中無需為制備流場而進行壓印。8.層結(jié)構(gòu)，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的雙極板(10、20、30、40、50、60)以及氣體擴散層(5)，其特征在于，所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)刺入所述氣體擴散層(5)中且增大在所述雙極板(10、20、30、40、50、60)與所述氣體擴散層(5)之間的接觸面，其中，通過所述雙極板(10、20、30、40、50、60)的突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)和/或第二區(qū)域(3)的形狀和/或布置使所述雙極板(10、20、30、40、50、60)的基面(I)與所述氣體擴散層(5)保持間距(X)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣體擴散層(5)是含有纖維的或者是泡沫狀的，其中，所述突出結(jié)構(gòu)(2)的第一區(qū)域(4)向所述氣體擴散層(5)中的刺入深度為在氣體擴散層(5)中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑的1-10倍、優(yōu)選地2-4倍，并且尤其是，所述氣體擴散層(5)的材料在所述雙極板(1、20、30、40、50、60)與所述氣體擴散層(5)的接觸區(qū)域中被壓縮。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣體擴散層(5)是含有纖維的或者是泡沫狀的，其中，所述間距(X)滿足以下關(guān)系:X 彡 5*d 其中，d是在所述氣體擴散層(5)中的纖維的纖維平均直徑或者泡沫泡的泡沫泡平均直徑，并且所述間距(X)尤其為50至300μπι、優(yōu)選地70至150μπι。
【文檔編號】H01M8/0228GK105940538SQ201580006428
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年4月9日
【發(fā)明人】S·哈斯, J·施密德
【申請人】寶馬股份公司