专利名称：制造电化学电池的方法
制造电化学电池的方法本发明涉及制造电化学电池的新方法，尤其是制造用于电解池、电化学压缩机的 电化学电池的新方法，和涉及制造用于燃料电池和燃料电池堆的单电池的新方法，以及制 造该目的所需要的部件和半制成零件的新方法。电化学电池，尤其是燃料电池，已经被认知很长时间了，并代表了环境友好的电能 和热源。尽管燃料电池的开发已经取得良好的进展，而且市场上可买到最初的原型机和小 的系列产品，但燃料电池的制造，尤其是用于燃料电池和燃料电池堆的单电池的制造仍面 临巨大的挑战。目前选择的制造方法适合于工业运作，但需改进才能用于大规模生产，尤其 是实现计划的成本目的。由于燃料电池是复杂的多参数体系，必须精确地调整需要的部件 和它们的制造。现在，几乎唯一使用磺酸改性的聚合物作为聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中的 质子传导膜。本发明中，主要使用全氟聚合物。来自DuPont de Nemours, ffillmington, USA的Nafion 是该类型的典型的例子。为实现质子的传导，在该膜中需要相对高的水含 量，通常每个磺酸基团达到4-20个水分子。所需要的水含量，以及与酸性水和反应气体氢 和氧连同聚合物的稳定性，将PEM燃料电池堆的工作温度限制到80-100°C。在不降低燃料 电池性能的情况下，不能实现较高的操作温度。对于给定的压力水平，在高于水露点的温度 下，由于该膜的电阻增加到如此高的值以致于不再有明显的电流，该膜完全干燥，燃料电池 不再提供电能。如果聚合物电解质膜同时分别包括催化剂或电极，则称为膜电极组件(MEA)。基于 以上所述技术的MEA例如描述于US 5，464，700中。然而，由于体系特定的原因，希望该燃料电池的操作温度高于100°C。包含于该膜 电极组件(MEA)中基于贵金属的催化剂的活性在高操作温度下有明显提高。特别是使用来自烃的所谓的重整产品时，该转化器气体包含相当大量的一氧化 碳，所述的一氧化碳通常必须通过精细的气体处理或气体净化过程除去。该催化剂对CO杂 质的耐受度在高操作温度下增强。此外，在燃料电池运行期间产生热量。然而，将这些体系冷却到低于80°C是非常复 杂的。取决于功率输出，可以异常简单地建造该冷却装置。这意味着在操作温度高于ioo°c 时，燃料电池体系中的废热能被显著更好地利用，从而提高该燃料电池体系的效率。通常，为达到这些温度，使用具有新的传导机制的膜。为此目的的一种方法是使 用在没有水的情况下显示离子传导性的膜。在这个方向第一个有希望的开发公开在文件 W096/13872 中。其他的高温燃料电池公开在JP-A-2001-196082和DE 10235360中，其中专门研究 了电极膜部件的密封系统。通常，聚合物电极的膜或MEA分别具有10-1000 μ m，优选10-500 μ m的厚度。这意 味着膜或MEA是极其松软的，因此在装配期间会出现操作问题。为克服这些问题，通常将它 们嵌入框架中，此外给所述的框架提供定位设备。为制造用于燃料电池或堆的单电池，如上 提及的膜电极组件通常与平面双极板连接，所述的双极板包括用于气流的导管，所述的导管被碾压、模压或压花到板中，即流场通道中。用于制造燃料电池或堆的单电池的具有一体化流场通道的双极板已经被认知很 长时间了。然而，当安装该双极板时，提供足够的气体/介质密封性很重要。为此目的，借 助于朝向气体扩散层(GDL)或气体扩散电极(GDE)(参见，DE102005046461)背面的有时被 称为专门的框(参见EP-1437780)的衬垫密封该双极板。密封朝向气体扩散层或气体扩散电极的双极板的另外的方法是在建造过程中已 经将双极板部件设计为衬垫(参见，EP-A-16U877和EP-A-0774794)或将衬垫设计为气体 扩散层不可分割的部分。这种解决方案描述于EP-A-U96394中。在该方法中，液体密封材 料穿越气体扩散层的边界区域并在随后的步骤中固化。上述的衬垫或专门的框，分别提供双极板和MEA之间的密封，并局部地增加⑶L/ GDE周围的厚度。通常，使用相对硬的材料例如聚四氟乙烯以达到该目的。为改进它们的密 封特性，分别在该衬垫或框上提供另外的弹性衬垫。在随后的制造用于燃料电池或堆的单 电池时，将阵列用螺丝钉拧在一起，从而密封。已经发现这些制造方法会导致问题，尤其是当压制双极板和成品膜电极组件时。 由于材料不同的可压缩性或不同的容许偏差，注意到甚至不能借助于硬的衬垫(专门的 框)和弹性衬垫的组合来弥补泄漏的问题。另外，如上述原则的制造过程包括处理许多几 何形状的层以及它们彼此的定位。为此目的，使用所谓的定位设备或调整工具作为支持手 段，而使得制造过程更加复杂-因此更加昂贵。这样做的主要理由是，由于在组装期间的位 置公差，膜和GDL/GDE必须剪裁得比它们实际上起作用所需要的更大。此外，如果使用另外 的如上所述的弹性衬垫，则形成额外的费用。从纯粹的功能方面看也不需要促进膜处理的 框。现在发现当不借助于压制双极板和成品的膜电极组件实施制造，而是从插入到或 固定在双极板中的气体扩散层或电极开始实施制造时，能够避免以上问题。气体扩散层或 电极的固定使所谓的层的容许偏差最小化，并容许-至少部分-免除复杂的设备，例如定位 设备或调节设备。既不再需要用于操作的框也不需要用于增加厚度的衬垫。此外，该制造 过程能够设计得更加简单，因为若干部件，例如膜或MEA，和GDE或GDL都分别能以轧制产品 形式提供。该目的以及其他的没有明确提及的目的能通过权利要求1的方法得以实现。因此，本发明的目的是提供一种制造电化学电池，尤其是用于燃料电池和/或燃 料电池堆的单电池的方法，包括(ii)至少一个质子传导聚合物电解质膜⑴或电解质基板⑴，(iii)在每一情况下设置在质子传导聚合物电解质膜或电解质基板两侧上的至少 一个催化剂层，(iv)在每一情况下设置在背对电解质的催化剂层的那侧上的至少一个导电的气 体扩散层⑵，(ν)在每一情况下设置在背对催化剂层的气体扩散层的那些侧面上的至少一个具 有一体化流场通道(3)的双极板，(vi)在朝向双极板的气体扩散层的边界区域中的至少一个环形的构件(4)，包括以下步骤
a)提供设有流场通道的双极板，b)在背对双极板那侧上提供气体扩散层或具有至少一个催化剂层的气体扩散层， 在设有流场通道的双极板那部分上沉积气体扩散层，从而使用于工艺介质的通道完全被气 体扩散层覆盖，c)在双极板的边缘或边界区域上形成环形的构件或连接环形的构件，d)在气体扩散层表面上或在施加到气体扩散层的催化剂层上提供并沉积质子传 导聚合物电解质膜或电解质基板，e)使用具有双极板、气体扩散层、任选的催化剂层和在双极板边界区域中的环形 构件的另外的部件压制根据步骤d)获得的部件，其中另外的部件同样根据步骤a)、b)和c) 制造，特征在于根据步骤C)制造的或连接的环形构件(4)在它所构造的内部边界区域 中从内部边界区域伸出，并与气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层O)的外部边 界区域交叠，并将气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层O)固定在凹口 (5)中，所 述的凹口(5)具有底切的形式，由从内部边界区域伸出并优选朝向GDL/GDE方向延伸的环 形的连接构件(4)和双极板( 形成。电化学电池，尤其是用于通过本发明方法制造的燃料电池的单电池更容易制造。 通过使气体扩散层或设有催化剂层的气体扩散层固定到双极板上，在制造过程中更小的容 许偏差是可能的。当制造多层膜电极组件时，可以避免单个部件复杂的定位-一个接一个 并且一个在另一个之上-以及由此产生的偏差/错位，从而实现均勻的产品分布或容许偏 差。尤其是，能够提供需要的部件并能够以轧制产品的形式进行加工。为此目的，修整用于 各自双极板设计的轧制产品形式的单个部件，即切割，随后按步骤d)提供。通过使用通用 的轧制产品，使制造过程简化，使材料用量减少到最小，由于膜电极组件的复杂性减少，因 此该制造过程能够有更高的成本效益。通过本发明的方法，压制由双极板和气体扩散层组成的预制半制成部件，其中各 个部件彼此对准并固定。然后将膜或膜电极组件作为从轧制产品的预先切割的部件或已经 预先已完全修整的部件提供。根据本发明的方法同样可以制造并任选储藏半制成部件或预制的部件。因此，能 够更好地弥补需要的变化，使得具有更短生产周期的更加灵活的制造成为可能。根据本发明在双极板的边缘或边界区域上使用的环形构件是类框部件，该部件与 气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层( 至少部分交叠，并使气体扩散层固定在 凹口(5)中，所述的凹口(5)由双极板(3)和环形的框状部件⑷水平和垂直地形成，所述 的凹口具有底切的形式。固定使气体扩散层位于双极板上限定的位置，并在随后的制造步 骤中不再移动。可能的随后的制造步骤包括提供并沉积膜或膜电极组件。这可以是预先切割于轧 制产品的简单部件形式。根据本发明使用的框状部件优选由密封材料，尤其是基于聚合物的密封材料形 成，或由与双极板材料相容的材料，尤其是与双极板相同的材料形成。原则上，同样可以由 另外的金属板形成框状部件，这有利于选择板的厚度。另一方面，通过折叠金属双极板的金 属板以形成框同样可行，这实现了材料的节约。在本发明范围内的相容材料是-能加工形成框状部件-确保在凹口中气体扩散层水平和/或垂直固定的所有的材料。另外，这种相 容材料必须适合用于电化学电池中。当密封材料用作环形的构件(4)或当该密封材料在双极板边缘/边界区域上形成 时，根据本发明的方法包括如下的步骤a)提供设有流场通道的双极板，所提供的双极板优选具有相对于具有流场通道的 双极板平坦区域凸起的环形边缘，环形凸起的边缘表面和具有流场通道双极板的平坦区域 的表面基本上平行于彼此设置，b)在背对双极板那侧上提供气体扩散层或具有至少一个催化剂层的气体扩散层， 在设有流场通道的双极板那部分上沉积气体扩散层，从而使用于工艺介质的通道完全被气 体扩散层覆盖，c)在双极板的边缘或边界区域上形成环形的衬垫或连接环形的衬垫，d)在气体扩散层表面上或在施加到气体扩散层的催化剂层上提供并沉积质子传 导聚合物电解质膜或电解质基板，e)使用具有双极板、气体扩散层、任选的催化剂层和环形的衬垫构件的另外的部 件压制根据步骤d)获得的部件，其中另外的部件同样根据步骤a)、b)和c)制造，特征在于在构造的内部边界区域中根据步骤C)制造的或连接的环形衬垫(4)从 该区域伸出，并与气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层( 的外部边界区域交叠， 并将气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层( 固定在凹口( 中，所述的凹口(5) 具有底切的形式，由从内部边界区域伸出的环形的连接衬垫(4)和双极板C3)形成。取决于选择的密封材料，当使用的双极板C3)具有相对于具有流场通道双极板的 平坦区域凸起的环形边缘(3a)时是有利的。通过这种手段，一方面，能够节省密封材料，另 一方面，同样可以使用相对薄的密封材料，例如印刷的衬垫。当使用具有高永久变形率的密 封材料时，凸起的边缘同样是有利的，例如在制造过程期间控制可压度。当框状部件用作环形的构件时，本发明的方法包括如下的步骤a)提供设有流场通道的双极板，所提供的双极板任选具有相对于具有流场通道的 双极板平坦区域凸起的环形边缘，环形凸起的边缘表面和具有流场通道双极板的平坦区域 的表面基本上平行于彼此设置，b)在背对双极板那侧上提供气体扩散层或具有至少一个催化剂层的气体扩散层， 在设有流场通道的双极板那部分上沉积气体扩散层，从而使用于工艺介质的通道完全被气 体扩散层覆盖，c)在双极板的边缘或边界区域上连接环形的框状部件(3a)，d)在来自步骤C)的环形的框状部件(3a)的边缘或边界区域上制造或连接环形的 衬垫⑷，e)在气体扩散层( 表面上或在施加到气体扩散层的催化剂层( 上提供并沉积 质子传导聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1)，f)使用具有双极板、气体扩散层、任选的催化剂层和环形的框状构件的另外的部 件压制根据步骤e)获得的部件，其中另外的部件同样根据步骤a)、b)、c)和d)制造，特征在于根据步骤c)连接的环形框状部件(3a)在构造的内部边界区域中从内部 边界区域中伸出，并与气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层O)的外部边界区域交叠，并将气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层( 固定在凹口( 中，所述的凹 口(5)具有底切的形式，由从内部边界区域伸出的环形的框状部件(3a)和双极板(3)形 成。在本发明的优选实施方式中，根据步骤C)或d)制造或连接的衬垫(4)特征在于 内部边界区域中的承接质子传导聚合物电离质膜(1)或电解质基板(1)的空腔Ga)。取决于使用的质子传导聚合物电解质膜或电解质基板的性质，借助于环形构件或 衬垫的厚度和其相对低的可压度可以具有所谓的“硬止动”功能。经由这种设置，在压缩期 间设定质子传导聚合物电解质膜或电解质基板和气体扩散层的可压度，从而避免由太高的 压力引起的对质子传导聚合物电解质膜或电解质基板的损伤(参见，附图
2)。当根据本发明在方法中使用没有催化剂层的气体扩散层时，使用已经具有至少一 个催化剂层的质子传导聚合物电解质膜或电解质基板是有利的。这些是所谓的“催化剂涂 覆的膜”例如基于Nafion 的膜。当双极板具有凸起的边缘时，如果环形的凸起边缘的表面和具有流场通道双极板 的较低区域的表面基本上平行于彼此设置，这是有利的。通过本发明方法制造的电化学电池尤其是用于燃料电池的单电池是现有技术中 未知的，其中电池中的双极板具有框或构件，所述的框或构件在内部边界区域中的构造为 向内伸出并与气体扩散层外部边界区域交叠并将它们固定。它们同样是本发明的目的。因此，本发明的目的是一种电化学电池，尤其是用于燃料电池的单电池，包括(i)至少一个质子传导聚合物电解质膜⑴或电解质基板⑴，(ii)在每一情况下设置在质子传导聚合物电解质膜或电解质基板两侧上的至少 一个催化剂层，(iii)在每一情况下设置在背对电解质的催化剂层的那侧的至少一个导电的气体 扩散层O)，(iv)在每一情况下设置在背对催化剂层的气体扩散层的那侧的至少一个具有一 体化流场通道(3)的双极板，(ν)在朝向双极板的气体扩散层的边界区域中的至少一个环形的构件(4)，特征在于构件G ；3a)从内部边界区域中伸出(5)至它所构造的内部边界区域中， 并覆盖气体扩散层( 或设有催化剂层的气体扩散层的外部边界区域，并将它固定在凹口 (5)中，所述的凹口(5)具有底切的形式，由环形的构件和双极板形成。本发明另一个目的是新颖的半制成部件和用于本发明方法的部件。这些半制成部件同样是本发明的目的，包括I)至少一个具有一体化的流场通道(3)的双极板，和II)至少一个完全覆盖双极板流场通道的导电的气体扩散层(2)，III)在每一情况下双极板( 设置在背对催化剂层的气体扩散层( 的那个侧面 上，特征在于双极板(3)在边界区域中具有环形构件G ；3a)，它从内部边界区域伸出 (5)至它所构造的内部边界区域中，并与气体扩散层(2)或设有催化剂层的气体扩散层的 外部边界区域交叠，并将它固定在凹口(5)中，所述的凹口(5)具有底切的形式，由环形的 构件G ； 3a)和双极板形成。
在本发明半制成部件的另外的实施方式中，环形的构件(4)或衬垫(4)特征在于 内部区域中的承接质子传导聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1)的空腔Ga)。取决于 聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1)的性质，可以通过空腔尺寸在一定程度上影响聚合 物电解质膜(1)或电解质基板(1)的可压度。当使用相对软的聚合物电解质膜(1)或电解 质基质(1)时，以这样的一种方式设计空腔Ga)使聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1) 能够经历至少3%的压缩是有利的。在这种情况下，聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1) 从空腔中凸出到它要被压缩的程度。特别优选，选择上述空腔以使压缩比至少为5%。因 此，选择大于80%的压缩比，尤其是大于30%的压缩比，作为上限，同时必须保证聚合物电 解质膜(1)或电解质基板(1)的气密性。这种实施方式特别适于其中质子传导聚合物电解 质膜包括与聚合物通过离子相互作用结合的酸的聚合物电解质膜。以下开始本发明目的的详细说明，相应的优选实施方式能够自由地彼此结合以避 免不必要的重复。质子传导聚合物电解质膜及基质适于本发明目的的聚合物电解质膜及电解质基质本身分别是已知的。除已知的聚合物电解质膜之外，电解质基质同样是适当的。在本发明范围内，术语 “电解质基质”被理解为是指-除聚合物电解质基质之外-同样其他的其中离子传导材料或 混合物固定在基板上或使其在基板上不动的基质。作为一个例子，本发明中提及由SiC和 磷酸制成的基板。通常，使用包括酸的高分子电解质膜，其中该酸可以与聚合物共价结合。此外，平 面材料可以掺杂酸以形成适当的膜。这些掺杂的膜尤其是能够通过用包括酸性化合物的流体润胀平面材料，例如聚合 物膜制造，或通过制造聚合物和酸性化合物的混合物，随后通过形成平面结构并固化而形 成膜。适合于该目的聚合物包括，尤其是，聚烯烃例如聚(氯丁二烯)、聚乙炔、聚亚苯 基、聚(对苯二甲基)、聚芳基亚甲基、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、 聚乙烯醚、聚乙烯胺、聚(N-乙烯基乙酰胺)、聚乙烯咪唑、聚乙烯咔唑、聚乙烯基吡咯烷酮、 聚乙烯吡啶、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯，聚四氟乙烯与六氟丙烯、 全氟丙基乙烯基醚、三氟亚硝基甲烷、烷氧羰基全氟烷氧基乙烯基醚的共聚物，聚氯三氟乙 烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯醛、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚氰基丙烯酸酯、聚甲基丙 烯酰亚胺、环烯共聚物特别是降冰片烯共聚物；在主链上具有C-O键的聚合物，例如聚缩醛、聚氧化亚甲基、聚醚、聚环氧丙烷、聚 环氧氯丙烷、聚四氢呋喃、聚苯醚、聚醚酮、聚酯，特别是聚羟乙酸、聚对苯二甲酸乙二酯、聚 对苯二甲酸丁二酯、聚羟基苯甲酸酯、聚羟丙酸、聚新戊内酯、聚己内酯、聚丙二酸、聚碳酸在主链中有聚合的C-S键，例如聚硫化物醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜；在主链中有聚合的C-N键，例如聚亚胺、聚异氰化物、聚醚亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯 胺、聚芳酰胺、聚酰胺、聚酰胼、聚氨酯、聚酰亚胺、聚唑、聚唑酮醚、聚吖嗪；液晶聚合物，特别是Vectra及无机聚合物，例如聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚 硅酸、聚硅酸酯、硅氧烷、聚磷腈和聚氮化硫。
在这一点上，优选碱性聚合物，其中这特别适用于用酸掺杂的膜。几乎所有的质子 能在其中传输的已知聚合物膜被考虑为这种用酸掺杂的碱性聚合物膜。这里，例如通过所 谓的“Grotthus机制”在不需要另外的水的情况下能够传输质子的酸是优选的。在本发明的范围之内，作为碱性聚合物，优选使用在重复单元中具有至少一个氮 的碱性聚合物。根据一个优选实施方式，在该碱性聚合物中的重复单元包含具有至少一个氮原子 的芳香环。所述芳香环优选是具有1-3个氮原子的能稠合到另外的环特别是另外芳香环的 五或六元环。根据本发明一个特别的方面，使用高温稳定的在一个或不同的重复单元中包含至 少一个氮，氧和/或硫原子的聚合物。在本发明上下文中，在高温下稳定意思是聚合物能在120°C以上的温度下，在燃料 电池中作为聚合电解质长期运行。“在长期之内”意思是本发明的膜能在最低80°C、优选 最低120°C、特别优选最低160°C的温度下，运行至少100小时、优选至少500小时，且根据 W001/18894A2中描述的测量方法，基于初始的性能，其性能降低不高于50%。上述的聚合物可以单独使用或作为混合物(共混物)使用。本发明中，特别优选 包含聚吡咯和/或聚砜的共混物。关于这一点，如W002/36249中所描述的，优选的共混物 组分是聚醚砜，聚醚酮，和用磺酸基团改性的聚合物。通过使用共混物，改进了机械性能同 时降低了材料成本。聚唑构成了特别优选的碱性聚合物组。基于聚唑的碱性聚合物包含通式(I)和/ 或(II)和/或(III)和/或(IV)和/或(V)和/或(VI)和/或(VII)和/或(VIII)和 / 或(IX)禾口 / 或(X)禾口 / 或(XI)禾口 / 或(XII)禾口 / 或(XIII)禾口 / 或(XIV)禾口 / 或(XV) 和/或(XVI)和/或(XVII)和/或(XVIII)和/或(XIX)和/或(XX)和/或(XXI)和/ 或(XXII)的重复唑单元。
权利要求
1.一种用于制造电化学电池，尤其是用于燃料电池和/或燃料电池堆的单电池的方 法，所述电池包括(i)至少一个质子传导聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1)，(ii)在每一情况下设置在质子传导聚合物电解质膜或电解质基板两侧上的至少一个 催化剂层，(iii)在每一情况下设置在催化剂层背对电解质的那侧上的至少一个导电的气体扩散 层⑵，(iv)在每一情况下设置在气体扩散层背对催化剂层的那些侧面上的至少一个具有流 场(6)的一体化通道的双极板(3)，(ν)在气体扩散层朝向双极板的边界区域中的至少一个环形的构件G)，所述方法包括以下步骤a)提供设有流场通道的双极板，b)提供气体扩散层或在背对双极板那侧上具有至少一个催化剂层的气体扩散层，并将 所述气体扩散层沉积在双极板设有流场通道的那部分上，使得用于工艺介质的通道完全被 所述气体扩散层覆盖，c)在所述双极板的边缘或边界区域上形成环形的构件或连接环形的构件，d)在所述气体扩散层表面上或在施加到所述气体扩散层的催化剂层上提供并沉积质 子传导聚合物电解质膜或电解质基板，e)压制根据步骤d)获得的部件与另一部件，所述另一部件具有双极板、气体扩散层、 任选的催化剂层和在双极板边界区域中的环形构件并且也是根据步骤a)、b)和c)制造的，特征在于根据步骤c)制造或连接的所述环形构件在它所构造的内部边界区 域中从该内部边界区域伸出，并与所述气体扩散层( 或设有催化剂层的所述气体扩散层 (2)的外部边界区域交叠，并将后者固定在凹口(5)中，所述的凹口(5)具有底切的形式，并 由从内部边界区域伸出的环形连接构件G ；3a)和由双极板C3)形成。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述的环形构件是形成为框状的部件，其在 它所构造的内部区域中从该内部区域伸出并至少部分地与所述气体扩散层(2)或设有催 化剂层的所述气体扩散层( 交叠，并将所述气体扩散层固定在凹口( 中，所述的凹口 (5)由双极板(3)和环形的框状部件(3a)形成。
3.权利要求1或2所述的方法，特征在于所述环形的构件由密封材料形成，尤其是基于 聚合物的密封材料，或由与所述双极板的材料相容的材料形成，尤其是由与所述双极板相 同的材料形成。
4.权利要求1或2所述的方法，特征在于在(ν)中的所述环形构件由密封材料构成，尤 其是基于聚合物的密封材料，而且所述双极板具有相对于所述具有通道的双极板的平坦区 域凸起的环形边缘(7)。
5.根据权利要求4所述的方法，特征在于所述环形凸起的边缘(7)的表面和所述具有 流场通道的双极板的平坦区域的表面基本上平行于彼此设置。
6.根据权利要求3所述的方法，特征在于衬垫的特征在于内部边界区域中的承接 质子传导聚合物电离质膜(1)或电解质基板(1)的凹口 Ga)。
7.根据权利要求3所述的方法，特征在于所述环形的框状部件(3a)由与双极板材料相容的材料形成，尤其是与双极板相同的材料，并且施加的环形衬垫覆盖该环形的框状部件 (3a) ο
8.根据权利要求7所述的方法，特征在于在所述环形的框状部件(3a)上存在的衬垫 ⑷的特征在于内部边界区域中的承接质子传导聚合物电解质膜⑴或电解质基板⑴的 凹 口 (4a)。
9.根据权利要求1-8中至少一项所述的方法，特征在于所述电解质基板具有至少一种 离子传导材料和至少一种基质。
10.根据权利要求1-8中的至少一项所述的方法，特征在于所述质子传导聚合物电解 质膜包括酸，其中所述酸(i)可以与聚合物共价结合，或(ii)可以与聚合物通过离子相互 作用结合。
11.根据权利要求1-10中至少一项所述的方法，特征在于所述双极板由导电的材料形成。
12.根据权利要求11所述的方法，特征在于所述双极板由金属或非金属的材料形成。
13.根据权利要求12所述的方法，特征在于由非金属材料形成的双极板包括复合材料。
14.根据权利要求13所述的方法，特征在于至少一种复合材料由一种或多种聚合材料 构成并包括导电填料。
15.根据权利要求12所述的方法，特征在于所述双极板由如下金属材料形成，所述金 属材料包括(i)耐腐蚀和耐酸的钢，尤其是基于V2A和V4A钢以及由镍基合金制成的材 料，(ii)镀的或涂覆的金属，尤其是具有由贵金属、镍、钌、铌、钽、铬、碳制成的耐腐蚀表面 的那些，以及(iii)用陶瓷材料涂覆的金属，尤其是由CrN、TiN, TiAIN、复合氮化物、碳化 物、硅化物和金属和过渡金属的氧化物制成的涂层。
16.根据权利要求12所述的方法，特征在于所述由金属材料形成的双极板具有一个或 多个另外的涂层，所述涂层一方面降低气体扩散层/双极板接合处的表面电阻率，或者使 双极板对燃料电池中存在或形成的介质的化学和/或物理耐受性增加。
17.根据权利要求12所述的方法，特征在于所述双极板用一个或多个单独的板建造， 并且具有用于冷却剂或用于反应气体的供应和排出的孔隙。
18.—种电化学电池，尤其是用于燃料电池的单电池，包括(i)至少一个质子传导聚合物电解质膜(1)或电解质基板(1)，(ii)在每一情况下设置在所述质子传导聚合物电解质膜或电解质基板的两侧上的至 少一个催化剂层，(iii)在每一情况下设置在所述催化剂层背对电解质的那侧上的至少一个导电的气体 扩散层O)，(iv)在每一情况下设置在所述气体扩散层背对催化剂层的那些侧面上的至少一个具 有流场(6)的一体化通道的双极板(3)，(ν)在朝向所述双极板的所述气体扩散层的边界区域中的至少一个环形的构件3a),特征在于所述构件G ；3a)在它所构造的内部边界区域中从该内部边界区域伸出(5)， 并与所述气体扩散层( 或设有催化剂层的所述气体扩散层的外部边界区域交叠，并将它固定在凹口(5)中，所述的凹口(5)具有底切的形式，并且由环形的构件和双极板 形成。
19.一种燃料电池堆，其含有多于一个根据权利要求18所述的用于燃料电池的单电池。
20.一种燃料电池体系，其含有至少一个根据权利要求18所述的用于燃料电池的单电 池或根据权利要求19所述的燃料电池堆。
21.半制成部件，包括I)至少一个具有流场的一体化通道的双极板(3)，和II)至少一个完全覆盖所述双极板C3)流场的通道(6)的导电的气体扩散层0)，III)在每一情况下所述双极板( 被设置在所述气体扩散层( 背对催化剂层的那些 侧面上，特征在于所述双极板(3)在边界区域中具有环形构件G ；3a)，所述环形构件在它所构 造的内部边界区域中从内部边界区域伸出(5)，并与所述气体扩散层( 或设有催化剂层 的所述气体扩散层的外部边界区域交叠，并将它固定在凹口( 中，所述的凹口( 具有底 切的形式，并由环形的构件G ；3a)和双极板形成。
22.根据权利要求21所述的半制成部件，特征在于在所构造的内部边界区域(5)中的 所述交叠不是连续的环形，并且特征在于间隙。
23.根据权利要求21或22所述的半制成部件用于制造电化学电池的用途，尤其是用于 制造用于燃料电池的单电池的用途。
全文摘要
本发明涉及制造电化学电池的新方法，尤其是制造用于燃料电池和燃料电池堆的单电池的新方法，以及制造用于该目的需要的部件和半制成部件的新方法。通过构造上的措施将气体扩散层固定在双极板上，因此实现了电化学电池，尤其是用于燃料电池单电池的单个部件的定位的改进。本发明的方法使得可以进行灵活的制造。本发明的半制成部件是有价值的可储存的中间产品，大幅减少了电化学电池，尤其是用于燃料电池单电池的制造中的加工准备时间。
文档编号H01M8/02GK102067368SQ200980121009
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年6月5日
发明者托马斯·施密特, 约阿希姆·谢勒, 雷蒙德·斯特罗贝尔 申请人:巴斯夫欧洲公司