CN112740450A - 用于燃料电池和/或电解器单元的电极支架装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于燃料电池和/或电解器单元的、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的电极支架装置，具有用于支撑所述燃料电池和/或电解器单元的电极单元(16a)的至少一个电极支架元件(14a)和至少一个布置在所述电极支架元件(14a)中的流体通道(18a)。本发明提出，设置有至少一个至少部分地布置在所述流体通道(18a)中的填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)以用于调节通流面。
Description
背景技术
已经提出一种用于燃料电池和/或电解器单元、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的电极支架装置，具有用于支撑燃料电池和/或电解器单元的电极单元的至少一个电极支架元件和至少一个布置在电极支架元件中的流体通道。
发明内容
本发明涉及一种用于燃料电池和/或电解器单元、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的电极支架装置，具有用于支撑燃料电池和/或电解器单元的电极单元的至少一个电极支架元件和至少一个布置在电极支架元件中的流体通道。
本发明提出，电极支架装置包括至少一个至少部分地布置在流体通道中的填充单元以用于调节通流面。在上下文中，“燃料电池和/或电解器单元”尤其应理解为燃料电池、尤其是固体氧化物燃料电池和/或电解器、尤其是高温电解器的至少一个部件、尤其是子部件。尤其地，燃料电池和/或电解器单元也可以包括整个燃料电池、尤其是整个固体氧化物燃料电池、整个电解器、尤其是整个高温电解器、由燃料电池和/或电解器组成的堆叠和/或多个由燃料电池和/或电解器组成的堆叠的复合部。优选地，燃料电池和/或电解器单元设置成用于，在燃烧过程中在供应氧化剂的情况下燃烧燃料以获得电能。替代地或附加地，燃料电池和/或电解器单元设置成，在分离过程中在供应电能的情况下将流体分成至少两个组分。“设置”尤其应理解为特定地安排、特定地设计和/或特定地配备。“对象设置用于特定的功能”尤其应理解为，所述对象在至少一个应用和/或运行状态中实现和/或实施该确定功能。
优选地，燃料电池和/或电解器单元的“电极单元”应理解为以下单元，该单元包括至少一个电极、尤其是电极层，该电极直接参与借助于燃料电池和/或电解器单元执行的燃烧过程和/或分离过程。优选地，电极单元除了所述电极之外附加地尤其包括至少一个另外的电极、尤其是另外的电极层。尤其地，电极和所述另外的电极设置成用于作为阴极阳极对使用。优选地，电极单元包括至少一个分隔元件、尤其是电解质层。优选地，分隔元件布置在电极和所述另外的电极之间。优选地，电极和/或所述另外的电极构造为氧化剂电极，尤其用于与氧化剂和/或裂解产物接触。优选地，至少电极和/或所述另外的电极构造为燃料电极，尤其用于与燃料和/或另外的裂解产物接触。尤其地，电极单元构造为膜片电极单元(英文：membrane electrode assembly，MEA)。
优选地，电极支架元件设置成用于将电极单元布置在电极支架装置上。优选地，电极支架元件包括至少一个电极贴靠面。优选地，电极贴靠面至少构造为电极支架元件的表面、尤其是最大外面的部分区域。优选地，电极支架元件扁平地构造。尤其地，电极支架元件在垂直于电极贴靠面的方向上具有最大延伸尺度，该最大延伸尺度小于电极贴靠面的最大延伸尺度、优选小于电极贴靠面的最大延伸尺度的1/10、特别优选小于电极贴靠面的最大延伸尺度的1/30。优选地，尤其至少在电极支架元件的参考状态中，电极贴靠面的曲线的最大曲率半径大于电极贴靠面的最大延伸尺度、尤其大于所述最大延伸尺度的三倍、特别优选大于所述最大延伸尺度的五倍。优选地，电极支架元件构造为薄膜、盘、织物、板或类似物。尤其地，电极支架元件的在垂直于电极贴靠面的方向上的最大延伸尺度、尤其是最大材料厚度至少小于1mm、优选小于750μm、特别优选小于500μm。
优选地，电极贴靠面的最大延伸尺度大于电极单元的最大延伸尺度。尤其地，电极贴靠面的最大周长大于电极单元的最大周长。优选地，电极支架装置、尤其是电极支架元件至少在垂直于电极贴靠面的方向上具有最大延伸尺度，该最大延伸尺度大于电极单元的在电极单元布置在、尤其固定在电极支架装置上的状态中在垂直于电极贴靠面的方向上的最大延伸尺度、优选大于所述最大延伸尺度的两倍、特别优选大于所述最大延伸尺度的五倍。
优选地，电极支架装置、尤其是电极支架元件至少基本上由至少一个金属制成。对象“基本上由金属”制成尤其应理解为，材料相对于对象的总体积的体积分量超过25％、优选超过50％、特别优选超过75％。替代地，电极支架元件至少基本上由陶瓷和/或塑料制成。优选地，电极支架元件至少基本上由针对高温稳定的材料、尤其是金属制成。“针对高温稳定”尤其应理解为直至至少500℃的温度、优选直至至少850℃的温度、特别优选直至至少1200℃的温度是形状稳定的和/或化学稳定的。可以考虑，电极支架装置包括由陶瓷、塑料或其他材料制成的构件，例如用于电极支架元件的电绝缘和/或热隔绝的固定。
优选地，流体通道设置成用于引导流体、尤其是氧化剂和/或燃料穿过电极支架元件。优选地，流体通道包括在电极贴靠面中的至少一个汇流开口。优选地，流体通道包括在电极支架元件的背离电极贴靠面的基座面
上的至少一个进入开口。优选地，流体通道从进入开口至少基本上垂直于电极贴靠面地延伸至汇流开口。在这里，表述“基本上垂直于”尤其应限定为一方向相对于基准方向的定向，其中，尤其在一个平面中观察，所述方向和基准方向围成90°的角度并且所述角度具有尤其小于8°、有利地小于5°并且特别有利地小于2°的最大偏差。优选地，电极支架装置包括多个流体通道。优选地，流体通道至少基本上结构相同地构造。优选地，流体通道至少基本上彼此平行地布置，尤其相对彼此以规则的和/或不规则的间距布置。在这里，“基本上平行”尤其应理解为尤其在一个平面中一方向相对于基准方向的定向，其中，所述方向相对于基准方向具有尤其小于8°、有利地小于5°并且特别有利地小于2°的偏差。优选地，汇流开口的最大延伸尺度大于隔片宽度。“隔片宽度”尤其应理解为电极支架元件在两个相邻的流体通道之间、尤其在两个汇流开口之间的最大延伸尺度。优选地，流体通道大面积地构造。优选地，“大面积”应理解为，流体通道、尤其是汇流开口的平行于电极贴靠面的横截面具有最大的面积，该面积至少大于电极贴靠面的最大面积的0.1％、优选大于0.5％、特别优选大于1％。
优选地，填充单元包括至少一个填充元件。优选地，填充单元包括多个填充元件。优选地，填充单元对于多个流体通道包括至少一个填充元件。特别优选地，填充单元对于所有流体通道包括至少一个、尤其刚好一个填充元件。“填充元件”尤其应理解为结构元件，该结构元件可以至少部分地布置在流体通道中。可以考虑，填充元件具有至少一个锚固区域，该锚固区域尤其由于至少一个最大延伸尺度可以仅布置在流体通道外部，尤其用于将填充元件固定在电极支架元件上。优选地，填充单元具有至少一个外面，该外面至少基本上与电极贴靠面齐平地布置。两个面“基本上齐平地”布置尤其应理解为，所述面至少基本上平行地布置并且在至少一个垂直于所述面的方向上以小于公差值彼此间隔开地布置。优选地，基本上齐平的外面通过填充元件、特别优选通过所有填充元件的至少多个填充元件形成。优选地，用于齐平布置的公差值为流体通道在垂直于电极贴靠面的方向上的最大延伸尺度的小于30％、优选小于20％、特别优选小于10％。尤其地，填充单元的基本上齐平的外面形成电极贴靠面的扩宽部，尤其用于将电极单元支撑在流体通道上，尤其用于将电极单元支撑在流体通道的汇流开口上。
优选地，填充元件由围绕的流体通道的通道壁不同地构造。优选地，填充元件构造成流体不能透过。尤其地，填充元件实心地构造。优选地，“通流面”应理解为在流体通道内部的假想面，该假想面尤其垂直于流体通道的围绕的通道壁延伸并且尤其在燃料电池和/或电极单元运行期间由流体、尤其是氧化剂和/或燃料流经，以用于将流体供应给电极单元。优选地，电极贴靠面至少基本上平行于通流面地布置。优选地，填充单元、尤其是填充元件将至少一个流体通道的至少一个最大通流面减小为有效通流面。尤其地，填充单元设置成用于确定流体参数，例如在流经流体通道时流体的压力损失、例如流体通过流体通道的体积流和/或流体在流经流体通道期间的流动速度
附加地或替代地，填充单元设置成用于尤其在流体通道内部引导流体和/或分布流体。优选地，填充单元、尤其是填充元件使流体通道的通过流体通道的通道壁限界的内部空间结构化。至少一个填充元件例如构造为销、椎体、栅栏、螺栓、柱体、尤其是具有星形的基面的柱体，或者构型有另外的本领域技术人员认为有意义的形状。
通过电极支架装置的根据本发明的构型可以有利地灵活改变流体通道的通流面的造型。尤其地，电极支架元件可以有利地通过成本有利的成形过程、尤其是冲压过程或类似过程制造。
此外提出，填充单元与流体通道一起形成至少一个通道间隙。尤其地，填充元件具有部分区域，该部分区域与流体通道至少基本上互补地构造。“基本上互补”尤其应理解为，填充元件在平行于电极贴靠面的横截面中具有与流体通道的围绕的通道壁相同的轮廓曲线，所述填充元件具有小于该通道壁的周长。尤其地，填充元件的轮廓曲线是围绕的流体通道的通道壁的轮廓曲线的缩放版。优选地，填充元件与围绕的流体通道的通道壁间隔开地布置。优选地，填充元件同心地布置在流体通道中。尤其地，填充元件和流体通道形成在流体通道的通道壁和填充元件的外面之间的通道间隙。通道间隙例如构造为环形间隙。但也可以考虑，通道间隙缝隙形地、矩形地、卵形地或类似形状地构造。优选地，“通道间隙的宽度”应理解为在填充元件和流体通道的围绕填充元件的通道壁之间的在平行于电极贴靠面的平面中的最小距离。优选地，通道间隙的宽度是至少基本上均匀的。“基本上均匀的”尤其应理解为以下尺寸，该尺寸的极限值相对于平均值偏离小于50％、优选小于25％、特别优选小于10％。优选地，通道间隙的宽度小于填充元件在平行于电极贴靠面的平面中的最大延伸尺度。可以考虑，在不同的流体通道中布置有不同构造的填充元件，尤其用于实现具有不同宽度的通道间隙。优选地，填充元件、尤其是基本上互补的部分区域构造为一般的柱体，所述柱体尤其具有圆形的、椭圆的、矩形的、多边形的或类似的基面。尤其地，填充元件、尤其是至少基本上互补的部分区域构造为块状部、销、隔片或类似物。但也可以考虑，填充元件、尤其在背离和/或面向电极贴靠面的方向上逐渐缩窄地构造。在替代构型中，填充元件在平行于电极贴靠面的横截面中具有轮廓曲线，该轮廓曲线构造得不同于围绕的通道壁的轮廓曲线。在另外的替代构型中，填充元件离心地布置在流体通道中和/或直接布置在流体通道的通道壁上。通过电极支架装置的根据本发明的构型可以有利地实现细的通道间隙，以用于电极单元的流体供应。尤其地，通道间隙的宽度可以有利地通过填充元件的横截面调节尤其借助于有利地简单的制造过程简单地改变。尤其地，在电极支架装置尤其作为燃料电池和/或电解器单元的部件运行期间可以通过电极支架元件有利地精确控制流体流量。
此外提出，填充单元包括至少一个填充支架元件，以用于支撑填充单元的至少一个布置在流体通道中的填充元件。优选地，填充支架元件设置成用于将填充元件固定在流体通道内部。尤其地，填充支架元件直接地和/或通过共同的机架、共同的壳体、共同的保持装置或类似装置布置、尤其固定在电极支架元件上。优选地，填充支架元件的最大外侧至少基本上平行于电极贴靠面地布置。优选地，电极支架元件的基座面面向填充支架元件。优选地，填充支架元件构造为板、尤其是金属薄板。但也可以考虑，填充支架元件构造为梁、栅栏、螺旋或类似物。优选地，填充元件布置在填充支架元件上。尤其地，填充元件固定在填充支架元件上。优选地，填充元件与填充支架元件单件式地构造。“单件式”尤其应理解为至少材料锁合地连接，例如通过焊接过程、粘接过程、喷溅过程和/或另外的本领域技术人员认为有意义的过程，和/或，优选理解为以一个部件成形，如通过由铸件制造和/或通过以单组分或多组分注塑方法制造并且优选由单个坯件制造。但也可以考虑，填充元件力锁合和/或形状锁合地固定在填充支架元件上。优选地，至少两个填充元件、尤其两个彼此间隔开的填充元件布置在同样的填充支架元件上。优选地，更多个、优选多数的、特别优选所有的填充元件布置在同样的填充支架元件上。但也可以考虑，填充元件尤其均匀地分布在填充单元的多个填充支架元件上。通过根据本发明的构型可以有利地快速和/或有利地简单实施填充元件在流体通道中的布置。尤其地，填充元件在流体通道内部的固定可以有利地简单实施。尤其地，填充元件在流体通道中的布置可以有利地可靠地并且有利地能再生产地构型。尤其地，填充元件的布置的个别偏差可以保持地小。
此外提出，填充单元包括用于将填充元件定位在流体通道内部的至少一个定位元件。优选地，“定位元件”应理解为以下结构元件，该结构元件允许至少一个填充元件在流体通道中的以预给定的精度的定位。尤其地，定位元件设置成用于确定填充元件到流体通道中的压入深度。优选地，定位元件设置成用于，使填充元件的至少一个外面与电极贴靠面至少基本上齐平地布置。优选地，定位元件设置成用于防止填充元件尤其在从基座面朝电极贴靠面指向的方向上超过电极贴靠面伸出。尤其地，填充元件的与电极贴靠面至少基本上平行的、尤其面向电极贴靠面的外面布置在电极贴靠面和基座面之间。优选地，定位元件布置在电极支架元件、尤其是电极支架元件的基座面和填充单元的填充支架元件之间。优选地，填充单元包括多个定位元件。优选地，定位元件与填充元件不同地构造。优选地，定位元件固定在填充支架元件上，尤其与填充支架元件单件式地构造。但也可以考虑，定位元件独立地构造并且尤其夹紧在电极支架元件和填充支架元件之间。优选地，定位元件在平行于电极贴靠面的横截面中的面积小于填充支架元件在另外的平行于电极贴靠面的横截面中的面积。优选地，不同的定位元件彼此间隔开地构造和/或至少部分能流体穿过地构造。尤其地，定位元件构造为间隔垫片。尤其地，填充支架元件通过定位元件与电极支架元件间隔开地布置。尤其地，填充支架元件、定位元件和电极支架元件、尤其是基座面形成至少一个流体供应通道，以用于在电极支架元件中的流体通道的流体供应。通过根据本发明的构型可以实现填充单元在电极支架元件上的有利的可靠布置。尤其地，填充单元可以有利地与电极贴靠面齐平地布置。尤其地，燃料电池和/或电解器单元的电极单元可以有利地平面地施加到电极贴靠面上。尤其地，可以有利可靠地保护燃料电池和/或电解器单元的电极单元免受由填充单元引起的机械负载的影响。
此外提出，电极支架装置包括至少一个接触元件，以用于填充单元和电极支架元件的电连接。优选地，填充单元至少基本上由金属制成。优选地，填充单元至少基本上由与电极支架元件相同的材料、尤其是相同的金属支撑。优选地，接触元件设置成用于在燃料电池和/或电解器单元运行期间使填充单元和电极支架元件之间的电势差平整。优选地，接触元件与定位元件单件式地构造。但也可以考虑，电极支架装置除了定位元件之外附加地具有接触元件。例如，接触元件构造为线材、金属带、用于填充单元和电极支架元件的共同支撑部或类似物。也可以考虑，接触元件构造为涂层、尤其是填充单元的涂层和/或电极支架元件的基座面的涂层。优选地，接触元件与填充单元和/或电极支架元件材料锁合地连接，例如通过焊接过程、尤其是电阻焊过程和/或激光焊过程。通过根据本发明的构型可以使填充单元和电极支架元件之间的过渡电阻有利地保持为小。尤其地，燃料电池和/或电解器单元可以有利地有效地运行。
此外提出，电极支架装置具有至少一个连接元件，以用于密封在电极支架元件和填充单元、尤其是填充单元的填充支架元件之间的流体空间。优选地，连接元件至少在至少基本上平行于电极贴靠面的平面中包围流体空间。例如，连接元件构造为凸缘。优选地，连接元件、尤其是凸缘固定在填充支架元件上和/或与填充支架元件单件式地构造。优选地，连接元件、尤其是凸缘固定在电极支架元件、尤其是基座面上和/或与电极支架元件单件式地构造。例如，连接元件与填充支架元件和/或电极支架元件单件式地构造，例如构造为焊接面、接口槽(Falz)、折边面
粘接面或类似物。通过根据本发明的构型可以在电极支架元件的基座面上有利地构件少地实现流体空间，尤其用于将流体均匀地分布到多个流体通道上。
此外提出，电极支架装置具有至少一个布置在填充单元上、尤其布置在填充单元的填充元件上的分隔层。尤其地，分隔层施加在填充单元、尤其是填充元件的面向电极支架装置的外面上。优选地，分隔层至少施加在填充元件的与电极贴靠面至少基本上齐平地布置的外侧上。替代地，分隔层施加到整个填充单元上。尤其地，分隔层设置成用于在制造燃料电池和/或电解器单元期间防止在电极单元和填充单元之间的材料锁合的连接。但也可以考虑，电极支架装置、尤其是填充单元无分隔层地构造，尤其用于电极单元的附加机械稳定。通过根据本发明的构型可以有利地实现在填充元件和电极单元之间的高流体穿过性。尤其地，可以在流体通道的汇流开口上实现有利地大面积的流体分布。尤其地，在电极单元内部的横向流动损失可以有利地保持为小。
此外提出，填充单元具有至少一个冲压薄板。尤其地，冲压薄板至少包括填充支架元件。尤其地，冲压薄板包括至少一个填充元件。优选地，冲压薄板包括多个填充元件。尤其地，填充元件规则地和/或不规则地分布在填充支架元件上。优选地，冲压薄板构造为块状板材。但也可以考虑，冲压薄板作为填充元件具有圆形压印部、方形压印部、棱锥形压印部、菱形压印部或类似物。通过根据本发明的构型可以有利地简单地、有利地精确地和/或成本有利地制造填充单元。
此外，本发明涉及一种用于制造燃料电池和/或电解器单元、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的方法，其中，燃料电池和/或电解器单元包括至少一个电极单元和至少一个电极支架装置、尤其是根据本发明的电极支架装置，以用于支撑电极单元。本发明提出，在将电极单元施加到电极支架装置上之前的至少一个方法步骤中将电极支架装置的填充单元至少部分地装入到电极支架装置的流体通道中以用于形成通道间隙。优选地，在至少一个电极支架制造步骤中制造电极支架元件。尤其地，在电极支架制造步骤中使至少一个流体通道进入到电极支架元件中。优选地，流体通道通过成形过程、尤其通过冲压过程、切削过程和/或通过激光焊接过程形成。优选地，在至少一个填充单元制造步骤中制造填充单元。尤其地，在至少一个方法步骤中将填充单元定向在基座面上。尤其地，填充支架元件至少基本上平行于电极支架元件的电极贴靠面地布置。优选地，填充单元从基座面开始装入到流体通道中。尤其地，将填充元件装入到至少一个流体通道中。尤其地，将至少一个填充元件至少装入到多个流体通道中。优选地，在至少一个方法步骤中将填充单元的定位元件布置在填充支架元件上。尤其地，在至少一个方法步骤中将填充单元的至少一个填充元件与电极贴靠面至少基本上齐平地布置。尤其地，在至少一个方法步骤中将填充单元直接和/或通过电极支架装置的连接元件固定在电极支架元件上。优选地，在至少一个方法步骤中将填充单元和电极支架元件尤其借助于电极支架装置的接触元件电连接。通过根据本发明的方法的构型可以有利地实现细的通道间隙以用于电极单元的流体供应。尤其地，通道间隙的宽度可以有利地简单地通过填充元件的横截面调节来改变、尤其任意地选择。尤其地，通道间隙的造型可以有利地灵活地改变。
此外提出，在将电极单元施加到电极支架装置上之前的至少一个方法步骤中将填充单元的至少一个填充元件成形在电极支架装置的填充单元的填充支架元件上。优选地，在填充单元制造步骤中将至少一个填充元件、优选多个填充元件模制在填充支架元件上。优选地，填充元件通过拉伸过程、尤其是压印过程模制在填充支架元件上。尤其地，在至少一个方法步骤中使至少一个填充元件设置有与流体通道至少基本上互补的形状。优选地，将多个填充元件以规则的图案(Muster)和/或不规则地模制在填充支架元件上。优选地，在填充支架元件上突出(ausgezeichnet)有至少一个支撑部位，尤其以用于布置定位元件。尤其地，填充元件的规则图案在突出的支撑部位处中断。优选地，填充单元在填充单元制造步骤中至少从一侧敷设有分隔层。也可以考虑，分隔层在填充单元布置在电极支架元件中之后选择性地施加到填充元件上。通过根据本发明的构型可以成本有利地制造填充单元。尤其地，可以有利地精确实现通道间隙的宽度。
此外，提出一种燃料电池和/或电解器单元、尤其是固体氧化物燃料电池单元，其通过根据本发明的方法制造和/或具有根据本发明的电极支架装置。通过根据本发明的构型可以提供燃料电池和/或电解器单元，其允许电极单元的有利地大面积的气体散播。尤其地，燃料电池和/或电解器单元可以成本有利地制造。尤其地，可以提供具有用于过程流体、尤其是用于燃料气体和/或氧化剂的有利地高的渗透性的燃料电池和/或电解器单元。尤其地，可以提供具有有利地高的燃料气体使用的燃料电池和/或电解器单元。尤其地，可以实现具有有利地高的功率密度的燃料气体和/或电解器单元。
在这里，根据本发明的电极支架装置、根据本发明的方法和/或根据本发明的燃料电池和/或电解器单元不应局限于上面描述的应用和实施方式。尤其地，根据本发明的电极支架装置、根据本发明的方法和/或根据本发明的燃料电池和/或电解器单元为了实现这里描述的功能方式可以具有与这里提到的各个元件、构件和单元以及方法步骤的数量不同的数量。此外，在该公开中说明的值范围中，位于所提到的极限内部的值也应视为公开并且可以任意地使用。
附图说明
另外的优点由下面的附图说明得出。在附图中示出本发明的五个实施例。附图、说明书和权利要求书包含组合的多个特征。本领域技术人员也适宜地单独观察这些特征并且总结成有意义的其他组合。
附图示出：
图1具有根据本发明的电极支架装置的根据本发明的燃料电池和/或电解器单元的纵截面的示意性示图，
图2根据本发明的电极支架装置的俯视图的示意性示图，
图3根据本发明的电极支架装置的填充单元的俯视图的示意性示图，
图4填充单元的纵截面的示意性示图，
图5填充单元的另外的纵截面的示意性示图，
图6根据本发明的方法的示意性示图，
图7另外的根据本发明的电极支架装置的填充单元的俯视图的示意性示图，
图8替代的根据本发明的电极支架装置的填充单元的俯视图的示意性示图，
图9另外替代的根据本发明的电极支架装置的填充单元的俯视图的示意性示图，和
图10其他根据本发明的电极支架装置的填充单元的俯视图的示意性示图。
具体实施方式
图1和2示出燃料电池和/或电解器单元12a。燃料电池和/或电解器单元12a通过方法48a制造(参见图6)。燃料电池和/或电解器单元12a包括电极支架装置10a。优选地，燃料电池和/或电解器单元12a构造为尤其金属支持的固体氧化物燃料电池单元。优选地，燃料电池和/或电解器单元12a包括至少一个电极单元16a。优选地，电极单元16a包括至少一个电极50a。优选地，电极单元16a包括至少一个另外的电极52a。优选地，电极50a和/或所述另外的电极52a分别构造为电极层。优选地，电极50a由氧化剂电极材料形成。优选地，所述另外的电极52a由燃料电极材料形成。但也可以考虑，电极50a由燃料电极材料形成和/或所述另外的电极52a由氧化剂电极材料形成。优选地，电极单元16a包括至少一个分隔元件54a。优选地，分隔元件54a构造为电解质层。优选地，分隔元件54a布置在电极50a和所述另外的电极52a之间。优选地，电极单元16a布置在电极支架装置10a上。
用于燃料电池和/或电解器单元12a的电极支架装置10a包括至少一个电极支架元件14a。电极支架元件14a设置用于支撑燃料电池和/或电解器单元12a的电极单元16a。优选地，电极支架元件14a包括至少一个电极贴靠面56a。优选地，电极贴靠面56a构造为电极支架元件14a的最大外面的部分区域。优选地，电极单元16a布置在电极贴靠面56a上。优选地，电极支架元件14a包括至少一个基座面58a。优选地，基座面58a布置在电极支架元件14a的背离电极贴靠面56a的外面处。优选地，电极贴靠面56a至少基本上平行于基座面58a地布置。尤其地，基座面58a与电极贴靠面56a的最大间距小于基座面58a和/或电极贴靠面56a的最大延伸尺度。尤其地，电极支架元件14a构造为板件。
电极支架装置10a包括至少一个流体通道18a。流体通道18a布置在电极支架元件14a中。优选地，电极支架装置10a包括至少一个另外的流体通道20a。优选地，所述另外的流体通道20a与流体通道18a类似地构造。优选地，电极支架装置10a包括多个流体通道、尤其是与流体通道18a类似构造的流体通道，所述流体通道在这里出于概要性原因未标有附图标记。优选地，流体通道18a从基座面58a延伸至电极贴靠面56a。优选地，流体通道18a具有在电极贴靠面56a上的汇流开口
优选地，流体通道18a具有在基座面58a上的进入开口。优选地，流体通道18a的与电极贴靠面56a平行的横截面具有最大的延伸尺度，该延伸尺度大于流体通道18a的沿垂直于电极贴靠面56a的方向的最大延伸尺度。优选地，在流体通道18a和所述另外的流体通道20a之间的隔片宽度小于流体通道18a和/或所述另外的流体通道20a的尤其沿与电极贴靠面56a平行的方向和/或沿与电极贴靠面56a垂直的方向的最大延伸尺度。尤其地，电极支架元件14a尤其为了实现流体通道18a和/或所述另外的流体通道20a构造为带孔板材。
电极支架装置10a包括至少一个填充单元22a。填充单元22a至少部分地布置在流体通道18a中。优选地，填充单元22a包括至少一个填充元件30a。优选地，填充单元22a包括至少一个另外的填充元件32a。优选地，所述另外的填充元件32a类似于填充元件30a地构造。优选地，填充单元22a包括多个填充元件，尤其多个与填充元件30a类似构造的填充元件，所述填充元件在这里出于概要性原因未标有附图标记。优选地，填充元件30a构造为圆柱形的突出部、尤其构造为块状部。尤其地，填充元件30a至少基本上与流体通道18a互补地构造。尤其地，在至少一个平面中、尤其在平行于电极贴靠面56a的平面中，填充元件30a的周长小于流体通道18a的通道壁的周长。填充单元22a布置在流体通道18a中以用于调节通流面。尤其地，填充元件30a同心地布置在流体通道18a中。填充单元22a与流体通道18a共同形成尤其在流体通道18a的通道壁和填充元件30a的外面之间的至少一个通道间隙24a。尤其地，填充单元22a与所述另外的流体通道20a共同形成至少一个另外的通道间隙26a。尤其地，所述另外的通道间隙26a类似于通道间隙24a地构造。尤其地，填充单元22a与所有流体通道分别形成各一个通道间隙，所述通道间隙在这里出于概要性原因未设有附图标记。优选地，通道间隙24a构造为环形间隙。
填充单元22a包括至少一个填充支架元件28a，用于支撑填充单元22a的布置在流体通道18a中的至少一个填充元件30a。优选地，填充支架元件28a构造为板、尤其是薄板。优选地，填充元件30a和/或所述另外的填充元件32a、尤其所有填充元件模制在填充支架元件28a上。填充单元22a包括至少一个定位元件36a，以用于将填充元件30a定位在流体通道18a内部。尤其地，定位元件36a构造为用于填充支架元件28a相对于基座面58a的间隔垫片。尤其地，定位元件36a与填充支架元件28a单件式地构造。尤其地，定位元件36a具有比填充元件30a小的在垂直于填充支架元件28a的方向上的最大延伸尺度。尤其地，定位元件36a布置在基座面58a上。尤其地，定位元件36a布置在突出的支撑部位60a上。优选地，填充单元22a在突出的支撑部位60a处没有填充元件。尤其地，电极支架元件14a的与突出的支撑部位60a相对应的支撑部位60a’没有流体通道。尤其地，定位元件36a代替在填充元件的常规布置中的填充元件。电极支架装置10a包括至少一个接触元件38a以用于填充单元22a和电极支架元件14a的电连接。优选地，定位元件36a构造为接触元件38a。电极支架装置10a包括至少一个连接元件40a。连接元件40a设置成用于密封在电极支架元件14a和填充单元22a、尤其是填充单元22a的填充支架元件28a之间的流体空间42a。优选地，连接元件40a构造为凸缘。优选地，连接元件40a具有至少一个流体进入通道62a，以用于使流体进入到流体空间42a中。替代地，填充支架元件28a具有流体进入通道。优选地，连接元件40a构造为另外的接触元件，以用于填充单元22a和电极支架元件14a的电连接。电极支架装置10a包括至少一个布置在填充单元22a上的、尤其布置在填充单元22a的填充元件30a上的分隔层44a。尤其地，分隔层44a布置在填充单元22a、尤其是填充元件30a和电极单元16a之间。
图3至5示出填充单元22a的不同视图。填充单元22a包括至少一个冲压薄板46a。尤其地，冲压薄板46a形成填充支架元件28a、填充元件30a和/或所述另外的填充元件32a。尤其地，填充元件30a构造成压入到填充支架元件28a中。尤其地，尤其包括填充元件30a和/或所述另外的填充元件32a在内的所有填充元件的大多数布置在、尤其压入规则的图案中。尤其地，尤其包括填充元件30a和/或所述另外的填充元件32a在内的所有填充元件的大多数以规则的间距布置。尤其地，定位元件36a压入到填充支架元件28a中，尤其压入在中断所述图案的突出的支撑部位60a上。
图6示出用于制造燃料电池和/或电解器单元12a的方法48a。燃料电池和/或电解器单元12a至少包括电极单元16a和用于支撑电极单元16a的电极支架装置10a。在将电极单元16a施加到电极支架装置10a上之前的至少一个方法步骤中，将电极支架装置10a的填充单元22a至少部分地装入到电极支架装置10a的流体通道18a中，以用于调节通流面、尤其用于形成通道间隙24a。优选地，所述方法48a包括电极制造步骤64a。优选地，在电极制造步骤64a中制造、尤其至少预成形电极单元16a。优选地，在电极制造步骤64a中制造电极单元16a的至少一个坯件、未冲压的毛坯(Pressling)、未烧结的生坯(Grünling)、未焊接的生坯(Weiβling)或类似物。优选地，电极单元16a在运输元件66a上制造、尤其层式地施加。优选地，所述方法48a包括至少一个电极支架制造阶段68a。优选地，在电极支架制造阶段68a中制造电极支架装置10a。优选地，电极支架装置10a、尤其电极支架元件14a和/或填充单元22a至少基本上由钛、
22H/APU、
600或类似物制成。优选地，在至少一个填充物制造步骤70a中制造填充单元22a。在将电极单元16a施加到电极支架装置10a上之前的至少一个方法步骤中，至少将填充单元22a的填充元件30a成形在电极支架装置10a的填充单元22a的填充支架元件28a上。尤其地，填充元件30a和/或所述另外的填充元件32a通过拉伸和/或通过冲压压入到填充支架元件28a中。优选地，在支架制造步骤72a中制造电极支架元件14a。尤其地，在支架制造步骤72a中将流体通道18a和/或所述另外的流体通道20a装入到电极支架元件14a中。优选地，流体通道18a和/或所述另外的流体通道20a通过成形过程、尤其借助于冲压、切削、激光切割或类似过程引入到电极支架元件14a中。优选地，将电极支架元件14a去毛刺。优选地，在至少一个装配步骤74a中将电极支架装置10a的填充单元22a至少部分地装入到电极支架装置10a的流体通道18a中。尤其地，在装配步骤74a中将填充元件30a装入到流体通道18a中。尤其地，在装配步骤74a中将所述另外的填充元件32a装入到所述另外的流体通道20a中。尤其地，在装配步骤74a中形成通道间隙24a和/或所述另外的通道间隙26a。尤其地，在装配步骤74a中将定位元件36a布置在电极支架元件14a上、尤其布置在基座面58a上。优选地，在电极支架制造阶段68a中清洁电极支架装置10a。优选地，在电极支架制造阶段68a中对电极支架装置10a进行热处理。优选地，在电极支架制造阶段68a中将电极支架装置10a卷起和/或堆叠以用于运输和/或存放。也可以考虑，电极支架装置10a例如通过输送设施直接输送以用于再加工。
优选地，在至少一个拼合步骤76中将尤其预成形的电极单元16a施加到电极支架装置10a上、尤其施加到电极贴靠面56a上。优选地，在拼合步骤76a中将具有电极单元16a的运输元件66a布置在电极支架装置10a上。尤其地，电极支架装置10a面向电极单元16a、尤其面向电极贴靠面56a。优选地，拼合步骤76a包括加热和/或挤压过程，尤其用于将电极单元16a层压到电极支架装置10a上、尤其层压到电极贴靠面56a上。替代地，将电极单元16a直接施加、尤其层式地印到电极支架装置10a上。在将电极单元16a施加在电极支架装置10a上之后，将尤其可溶于水的运输元件66a尤其借助于润湿从电极单元16a移除。优选地，所述方法48a包括烧结步骤78a。优选地，电极单元16a尤其在施加在电极支架装置10a上的状态中在烧结步骤78a中烧结。优选地，电极单元16a尤其在施加在电极支架装置10a上的状态中在烧结步骤78a中达到超过600℃、优选大于850℃、特别优选大于1000℃的温度。优选地，在分离步骤80a中将电极支架装置10a与电极单元16a一起分布到各个金属支持的燃料电池和/或电解器单元12a上。
在图7至10中示出本发明的另外的实施例。下面的说明书和附图基本上局限于实施例之间的区别，其中，关于相同标明的构件、尤其关于具有相同的附图标记的构件原则上也可以参见另外的实施例、尤其是图1至6的附图和/或说明。为了区分开实施例，在图1至6中的实施例的附图标记后面标有字母a。在图7至10的实施例中，字母a通过字母b至e代替。
图7至10示出电极支架装置10b-10d的各一个替代构型。尤其地，图7至10示出电极支架装置10b-10d的填充单元22b-22d的各一个俯视图。填充单元22b-22d各包括至少一个填充元件30b-30d。
图7示出填充单元22b。填充元件30b在平行于电极支架装置10b的电极贴靠面的平面中具有矩形的、尤其正方形的横截面。尤其地，填充元件30b与相应的流体通道形成矩形的通道间隙。尤其地，填充单元22b具有多个布置在矩形的图案中的另外的填充元件32b，所述另外的填充元件32b在这里出于概要性原因未全部设有附图标记。关于电极支架装置10b的另外的特征尤其也应该参见图1至6和其说明书。
图8示出填充单元22c。填充元件30c在平行于电极支架装置10c的电极贴靠面的平面中具有矩形的横截面。尤其地，填充元件30c构造为隔片。尤其地，填充元件30c至少沿着一个方向在该方向上的填充单元22c的基本上整个最大延伸尺度上、尤其在填充单元22c的最大延伸尺度的至少50％上延伸。尤其地，填充元件30c与相应的流体通道形成矩形的通道间隙。尤其地，填充单元22c具有多个至少基本上平行布置的另外的填充元件32c，所述另外的填充元件在这里出于概要性原因未全部设有附图标记。关于电极支架装置10c的另外的特征尤其也应该参见图1至6和其说明书。
图9示出填充单元22d。填充元件30d在平行于电极支架装置10d的电极贴靠面的平面中具有多边形的、尤其八边形的横截面。尤其地，填充元件30d与相应的流体通道形成多边形的、尤其八边形的通道间隙。尤其地，填充单元22d具有多个布置在矩形的图案中的另外的填充元件32d，所述另外的填充元件出于概要性原因未全部设有附图标记。关于电极支架装置10d的另外的特征尤其也应参见图1至6和其说明书。
图10示出填充单元22e。填充元件30e在平行于电极支架装置10e的电极贴靠面的平面中具有椭圆形的或卵形的横截面。尤其地，填充元件30e与相应的流体通道形成椭圆形的或卵形的通道间隙。尤其地，填充单元22e具有多个布置在矩形的图案中的、尤其是以双排布置的另外的填充元件32e，所述另外的填充元件出于概要性原因未全部设有附图标记。关于电极支架装置10e的另外的特征尤其也应该参见图1至6和其说明书。
Claims (11)
1.用于燃料电池和/或电解器单元的、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的电极支架装置，具有用于支撑所述燃料电池和/或电解器单元的电极单元(16a)的至少一个电极支架元件(14a)和至少一个布置在所述电极支架元件(14a)中的流体通道(18a)，其特征在于，设置有至少一个至少部分地布置在所述流体通道(18a)中的填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)以用于调节通流面。
2.根据权利要求1所述的电极支架装置，其特征在于，所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)与所述流体通道(18a)共同形成至少一个通道间隙(24a)。
3.根据权利要求1或2所述的电极支架装置，其特征在于，所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)包括至少一个填充支架元件(28a；28b；28c；28d；28e)，以用于支撑所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)的至少一个布置在所述流体通道(18a)中的填充元件(30a；30b；30c；30d；30e)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)包括至少一个定位元件(36a；36b；36c；36d；36e)，以用于将填充元件(30a；30b；30c；30d；30e)在所述流体通道(18a)内部的定位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，设置有至少一个接触元件(38a；38b；38c；38d；38e)，以用于所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)和所述电极支架元件(14a)的电连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，设置有至少一个连接元件(40a)，以用于在所述电极支架元件(14a)和所述填充单元(22a)、尤其是所述填充单元(22a)的填充支架元件(28a)之间的流体空间(42a)的密封。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，设置有至少一个布置在所述填充单元(22a)上的、尤其布置在所述填充单元(22a)的填充元件(30a)上的分隔层(44a)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，所述填充单元(22a)包括至少一个冲压薄板(46a；46b；46c；46d；46e)。
9.用于制造燃料电池和/或电解器单元、尤其用于固体氧化物燃料电池单元的方法，其中，所述燃料电池和/或电解器单元包括至少一个电极单元(16a)和用于支撑所述电极单元(16a)的至少一个电极支架装置、尤其是根据权利要求1至8中任一项所述的电极支架装置，其特征在于，在将所述电极单元(16a)施加到所述电极支架装置上之前的至少一个方法步骤中，将所述电极支架装置的填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)至少部分地装入到所述电极支架装置的流体通道(18a)中，以用于调节通流面。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在将所述电极单元(16a)施加到所述电极支架装置上之前的至少一个方法步骤中，将所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)的至少一个填充元件(30a)成形在所述电极支架装置的所述填充单元(22a；22b；22c；22d；22e)的填充支架元件(28a；28b；28c；28d；28e)上。
11.燃料电池和/或电解器单元、尤其是固体氧化物燃料电池单元，其通过根据权利要求9或10中任一项所述的方法制造和/或具有根据权利要求1至8中任一项所述的电极支架装置。
Applications Claiming Priority (3)
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