本发明涉及一种电化学装置，其具有两个金属分离器板和布置在金属分离器板之间的电化学电池。本发明还涉及具有多个这样的电化学装置的电化学系统，这些电化学装置以堆叠布置。
背景技术：
已知的电化学系统通常包括电化学电池的堆叠，电化学电池各自借助分离器板彼此隔开。在该文献的框架内，术语“电化学电池”特别是包括用于将化学能转换为电能的电池(例如燃料电池)，借助馈送电能来诱导化学反应(例如电解池)或在气体之间交换湿气(例如加湿器电池(humidifiercell))。
通常，分离器板由两个结合在一起的单独的板形成。分离器板的单独的板可以例如借助一个或多个焊接连接部、特别是借助一个或多个激光焊接连接部而实质地连结在一起。此外，分离器板通常包括至少一个或多个贯通开口。介质和/或反应产物可通过贯通开口被引导到布置在堆叠件的相邻的分离器板之间的电化学电池，或进入由分离器板的单独的板形成的内部中，或者被引导离开电池或从内部出来。
所提到的分离器板可例如用于单独的电化学电池(例如燃料电池)的电极的电气接触和/或用于相邻电池(电池的串联连接)的电气连接。分离板特别可以由两个单独的板构成，并且这些单独的板确实各自可以包括或形成设计成例如用于向布置在相邻分离器板之间的电化学电池供应一种或多种介质和/或用于将反应产物运离的结构。介质可以是燃料(例如氢或甲醇)或反应气体(例如空气或氧气)。此外，分离器板或单独的板可包括用于引导冷却剂通过分离器板的结构，特别是用于引导冷却剂通过由分离器板的单独的板封围的内部的结构。因此，分离器板可以被设计成用于继续引导电化学电池中在电能或化学能的转换中产生的废热。同样，分离器板可以设计成将不同的介质通道或冷却通道彼此密封和/或将整个分离器板密封到外部。
电化学电池通常还包括一个或多个电解质膜(例如在燃料电池的情况下)或一个或多个热交换膜(例如在加湿器电池的情况下)。除膈膜外，电化学电池还可以包括气体扩散层，该气体扩散层较佳地布置在膈膜的两侧上，并且其可以改善经由膈膜的介质转移或介质交换的速率。气体扩散层可以例如设计为金属非织物或碳非织物。
为了相对于周围区域或相对于各个电化学系统的其他区域来密封电化学电池和/或密封由分离器板中的贯通开口形成的介质通道，分离器板或分离器板的单独的板通常包括，例如密封凸边形式的密封元件，密封元件被成形或凸压(冲压)到分离器板中。特别地，这些可以被设计成弧形的完整凸边或具有两个分支和在它们之间延伸的顶部的完整凸边。堆叠件的相邻分离器板的密封元件通常支承在彼此之上以实现密封效果。在此，例如，电解质膜的边缘区域或电化学电池的加湿器膜可以接纳在支承在彼此之上的相邻分离器板的密封元件之间。
为了使密封元件能实现恒定地独立于相应的主要的工作状态的良好的密封效果，特别是期望密封元件至少在预定的公差区域内是弹性的，即可逆变形的。然而，如果密封元件的变形超出公差区域，则密封元件可能会发生塑性变形，即不可逆的变形。这可能导致密封元件不再能够实现其密封效果。借助于此，系统的效率会大大降低，甚至系统操作的维持变得完全不可能。如果系统以高度易燃的介质操作，或者如果在操作上产生这种介质，则密封元件的损坏甚至可能带来巨大的安全风险。分离器板的密封元件的不可逆的变形例如可以例如是借助在板堆叠上的大机械力突然作用引起的，例如在车祸中可能发生的情况。因此，有利的是为系统提供一种保护机构，即使给予大的机械力的作用，该保护机构也能尽可能地保护密封元件免于不可逆的塑性变形。
一种已知的解决方案设想了将电化学系统封围在强度高且机械稳定性好的保护性容器中。然而，在冲击的情况下，可能会发生大的脉冲传输，使得其不能被保护性容器容纳和/或消散，从而其以未阻尼的方式传输到板堆叠上。
其他已知的解决方案设想了电子切断机构，然而该电子切断机构仅中断介质流，而没有提供任何防止机械破坏的保护。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种电化学装置，该电化学装置具有两个分离器板和电化学电池，该电化学电池布置在分离器板之间并且由密封元件密封，所述装置承受最大可能的机械负荷以及因此尽可能安全的操作。与已知的解决方案相比，所要求的装置的空间要求和重量在此几乎不增加。此外，将提供具有多个相应的电化学装置的电化学系统。
该目的通过根据权利要求1的电化学装置以及具有多个这种电化学装置的电化学系统来实现。
在此提出的电化学装置至少包括：
第一金属分离器板和第二金属分离器板，它们各自限定板平面并且在垂直于板平面的堆叠方向上堆叠；以及
布置在分离器板之间的电化学电池。
分离器板各自包括至少一个凸压到分离器板中并且上升到相应板平面上方的密封元件，其中，分离器板的密封元件支承抵靠彼此以至少密封布置在分离器板之间的电化学电池。分离器板的密封元件在堆叠方向上可弹性变形，使得分离器板的板平面彼此之间的距离z可以借助分离器板的至少一个密封元件的弹性压缩而至少可逆地减小到距离z2。
此外，此处提出的电化学系统包括至少一个支承元件，该至少一个支承元件布置在分离器板之间并且在平行于分离器板的板平面的方向上与分离器板的密封元件间隔开。如果将密封元件设计为完整的凸边，则密封元件包括整个完整的凸边。因此，支承元件与整个密封元件间隔开，而不是在完整凸边的两个凸边分支之间。
分离器板的密封元件的设计成，以及用于保护分离器板的密封元件免于不可逆的塑性变形的至少一个支承元件布置和设计成，使得当分离器板的板平面彼此之间的距离z由于在堆叠方向上作用在分离器板上的按压力而减小到z≤z2的距离z时，为在堆叠方向上以位移δz'仅压缩或进一步压缩至少一个支承元件所需的力fs大于为在堆叠方向上以位移δz'仅进一步压缩分离器板的至少一个密封元件所需的力fd。
分离器板作为一个整体可以各自由平面的金属片材形成，例如借助凸压或深拉工艺来形成。如果分离器板由一个以上的板组成，则单独的板可以各自由平面的金属片材形成，同样例如，借助凸压或深拉工艺。板平面然后可以例如由分离器板的还未被成形工艺变形的、保持平面的那些区域来限定。下文为了简单起见，代替讲分离器板的板平面彼此之间的距离z，还讲分离器板彼此之间的距离z，或者简化为板距离。如果分离器板由多于一个板构成，那么分离器板的板平面被限定为板组的中间平面。
分离器板的密封元件设计成，并且至少一个支承元件布置和设计成，使得分离器板彼此之间的距离z为z≤z1，其中z1>z2，给定分离器板彼此的距离z进一步减小，为在堆叠方向上以位移δz”'仅压缩或进一步压缩支承元件所需的力fs的增长速度快于为在堆叠方向上以位移δz”'仅进一步压缩密封元件所需的力fd。较佳地，这适用于z≤z1的分离器板的所有距离z。
该至少一个支承元件可以布置和设计成，使得对于分离器板彼此之间为z≤z1和z1＞z2的距离z，支承元件具有基本上指数型的力-位移曲线。在此，力-位移曲线表示为了仅将布置在分离器板之间的支承元件压缩到分离器板彼此之间的距离等于z的程度而必须聚集的力fs(z)。这至少部分地在区域z≤z1中可以是这种情况。然而，较佳地贯穿整个范围z≤z1是这种情况。
分离器板的密封元件可以设计成，使得分离器板彼此之间的距离减小到值z≤z3和z3＜z2，相对于分离器板的至少一个密封元件，较佳地相对于两个分离器板的密封元件，实现不可逆的塑性压缩。
至少一个支承元件中的一个或多个支承元件可以设计成使得其各自包括至少一个腔体和/或多个孔隙。例如，至少一个支承元件中的一个或多个支承元件可以各自包括发泡材料，或者可以全部或部分地由发泡材料形成。具有不同弹性可压缩和/或发泡材料的层结构也是可能的，其中各层较佳地平行于相邻分离器板的板平面延伸。包括至少一个腔体和/或孔隙的一个或多个支承元件可以在此各自设计成使得至少一个腔体和/或孔隙可以借助在堆叠方向上作用到分离器板上的按压力完全可塌缩或至少部分地可塌缩。例如，包括至少一个腔体和/或孔隙的支承元件然后可以各自设计和布置成，使得给定分离器板彼此间为z≤z2的距离z，至少一个腔体和/或孔隙各自被最大地塌缩。
如果腔体或孔隙塌缩至最大，则支承元件对在堆叠方向上进一步压缩的抵抗通常由形成一个或多个支承元件的一种或多种材料的强度或弹性决定。相反，至少一个支承元件还可以设计成使得当腔体和/或孔隙没有或仅部分塌缩时，其可抵抗在堆叠方向上的压缩或进一步压缩，例如，对于z>z2的板距离z，主要不是由支承元件材料的强度或弹性决定，而是由支承元件的腔体和/或孔隙的几何形状决定，或者可能由封围在腔体和/或孔隙中的气体的压力决定。这样，借助具有腔体和/或孔隙的至少一个支承元件的设计，可以以针对性的方式使至少一个支承元件在堆叠方向上的对压缩或进一步压缩的抵抗取决于板距离。
例如，分离器板的密封元件可设计成，并且至少一个支承元件可布置和设计成，使得对于z>z2的板距离z，为在堆叠方向上以位移δz”仅压缩或进一步压缩分离器板的至少一个密封元件所需的力fd大于或等于为在堆叠方向上以位移δz”仅压缩或进一步压缩至少一个支承元件所需的力fs。较佳地，这至少适用于具有z1<z<z0的板距离z。
换言之，对于大的板距离，特别是z＞z1的板距离z，至少一个密封元件对在堆叠方向上的压缩或进一步压缩的抵抗可以很低，以至于整个装置在该区域中对板距离的降低的抵抗由分离器板的密封元件主导。那么这意味着，至少一个支承元件没有或仅在可能稍微增加该装置(包括密封元件和至少一个支承元件)对至少在该距离区域(z>z1)中在堆叠方向上按压的抵抗，其中不必担心密封元件的塑性变形。对于大的板距离，该装置因此可以屈服于板距离的改变，例如以未抑制或基本未抑制的方式由操作中发生的温度波动引起。
可以设想，至少一个支承元件包括至少一个支承元件或多个支承元件，其被布置和设计成使得对于z>z1和z1>z2，在堆叠方向上，在至少一个分离器板和该支承元件之间保持中间空间。该支承元件或这些支承元件然后还可以布置和设计成，使得对于z≤z1该至少一个中间空间变为零。换言之，该支承元件或这些支承元件可以布置和设计为，使得其不与该装置的两个分离器板接触，直到在堆叠方向上的板距离z为z＜z1。
分离器板的密封元件可以各自包括周向凸边，该周向凸边封围电化学电池并且将电化学电池相对于电化学装置的环境密封。该至少一个支承元件然后可以例如包括至少一个支承元件或多个支承元件，其在平行于分离器板的板平面行进的方向上布置在在周向凸边的远离电化学电池的一侧上。该支承元件或这些支承元件因此布置在由周向凸边密封的区域外侧。然而，也可以设想，至少一个支承元件包括布置在由周向凸边密封的区域内的至少一个支承元件。
通常，该至少一个支承元件包括至少局部地包括电绝缘材料或者至少局部地由电绝缘材料形成的至少一个支承元件或若干支承元件。电绝缘材料然后较佳地布置成，使得在金属分离器板彼此间的每个距离z处，在金属分离器板之间不能经由该支承元件产生的电接触。特别地，在分离器板可以处于不同电势处的这种应用中，可以以此方式防止金属分离器板之间的电短路。还可以设想，至少一个支承元件中的至少一个或若干支承元件完全由电绝缘材料形成。较佳地，用于避免分离器板之间的电短路的支承元件包括电绝缘材料，至少包括布置在由周向凸边密封的区域外侧的那些支承元件。
至少一个支承元件中的至少一个或若干支承元件可以包括热塑性材料、热塑性弹性体和/或陶瓷材料。还可以同样设想，至少一个支承元件中的至少一个或多个支承元件包括基于聚合物的和/或金属的支承织物。至少一个支承元件中的至少一个或若干支承元件可以实质地和/或非形状配合地和/或形状配合地连接到分离器板中的至少一个。
电化学电池可包括框架。此外，电化学电池可具有嵌入框架中的至少一个隔膜，特别是电解质膜或水转移膜。通常，隔膜密封地接纳在分离器板的支承在彼此之上的密封元件之间。较佳地，气体扩散层也布置在隔膜的两侧上。至少一个支承元件中的至少一个或若干支承元件可以实质地和/或形状配合地连接到框架。
可以将至少一个支承元件中的至少一个或多个支承元件设计成使得其可以各自卡合到分离器板中的至少一个上，例如在平行于分离器板的板平面行进的方向上。较佳地，该支承元件或这些支承元件然后可以各自可拆卸地卡合到分离器板中的至少一个上。
分离器板通常各自包括至少一个贯通开口，用于引导介质通过分离器板。分离器板的该至少一个密封元件然后可以各自包括凸压到分离器板中的至少一个端口凸边，其中，端口凸边周向地围绕每个贯通开口布置，以便密封贯通开口。至少一个支承元件中的一个或多个支承元件可以被布置在端口凸边的远离贯通开口的一侧上。然而，也可以设想，至少一个支承元件中的一个或多个支承元件可布置在与端口凸边密封开的区域内。端口凸边可以包括馈送贯通部，其在由端口凸边封围的贯通开口和电化学电池之间产生流体连通。于是，介质流可以经由该馈送贯通部的横截面通过该馈送贯通部。通常，该至少一个支承元件在平行于分离器板的板平面行进的方向上与端口凸边间隔开。
每个分离器板可以包括两个金属的单独的板。为了形成分离器板，可以将单独的板例如实质地、较佳地借助焊接连接、特别较佳地借助激光焊接连接连接到彼此。每个单独的板可包括至少一个密封元件，该至少一个密封元件被凸压到该单独的板中并且在堆叠方向上是弹性的。单独的板的密封元件与上述分离器板的密封元件相同。特别地，每个单独的板因此可以包括至少一个周向凸边和/或至少一个端口凸边。
在此提出的电化学装置还可以包括保持元件，该保持元件例如侧向地布置在由该装置的分离器板形成的堆叠件上。该装置的至少一个支承元件可以包括多个支承元件，这些支承元件各自连接到保持元件，或者各自与保持元件设计为一个部件。
还提出了一种电化学系统，其具有上述类型的沿共同的堆叠方向堆叠的多个电化学装置。这意味着，该系统的共同堆叠方向和该系统的装置的堆叠方向平行地对准。如果该电化学系统包括上述类型的保持元件，则该保持元件可在多个电化学装置上沿堆叠方向延伸。保持元件然后可以连接到系统的不同装置的多个支承元件，或者可以与这些支承元件设计为一个部件。
附图说明
此处提出的电化学装置和此处提出的电化学系统的实施例示例在附图中呈现并且借助后续描述更详细地阐释。在此，在这些示例的框架中提及了对本发明必不可少的或还有利的不同元件，其中，即使脱离了相应示例的上下文和相应示例的其他特征，这些元件中的各个元件也可以这样用于本发明的进一步发展。此外，在附图中，对于相同或相似的元件使用相同或相似的附图标记，并因此在一定程度上省略了其说明。附图中示出：
图1示意性地示出了根据本发明的电化学系统的一实施例，其具有多个电化学装置，这些电化学装置以堆叠布置，并且每个电化学装置具有两个金属分离器板和布置在分离器板之间的电化学电池；
图2以平面图示意性地示出了根据本发明的金属分离器板；
图3a以根据图2的剖切线a-a的剖视图示意性地示出了图1的电化学系统的细节；
图3b以根据图2的剖切线b-b的剖视图示意性地示出了图1的电化学系统的细节；
图4a-c示出了根据本发明的金属分离器板的单独的板的示意性剖视图，在不同强度的按压力的作用中，该金属分离器板具有凸压到该单独的板中的密封凸边和根据一个实施例的支承元件；
图4d示意性地示出了根据图4a-c的支承元件和密封凸边的力-位移特性；
图5a-b以剖视图示意性地示出了根据本发明的具有腔体的支承元件；
图6a-c示出了金属分离器板的发明性单独的板的示意性剖视图，在不同强度的按压力的作用中，该金属分离器板具有凸压到该单独的板中的密封凸边和根据另一实施例的支承元件；
图6d示意性地示出了根据图6a-c的支承元件和密封凸边的力-位移特性；
图7-14以剖视图并且根据不同实施例示意性地示出了根据本发明的电化学系统的细节，该电化学系统具有多个电化学装置。
具体实施方式
图1示出了具有堆叠件32的根据本发明的电化学系统1，堆叠件32具有构造相同的多个金属分离器板10，该多个金属分离器板10沿z方向6堆叠并且被夹紧在两个端板3、4之间。z方向6也称为堆叠方向。分离器板10各自包括连接到彼此的两个单独的板10a、10b(例如，参见图3a)。在本示例中，系统1是燃料电池堆。因此，堆叠件32的两个相邻的分离器板10在它们之间封围电化学电池，该电化学电池例如用于将化学能转化为电能，并各自与该电池形成电化学装置。系统1的堆叠件32因此包括沿z方向6堆叠的多个电化学装置。电化学电池通常各自包括膜电极组件(mea)14，该膜电极组件包括例如电解质膜的膈膜15，以及气体扩散层(gdl)16(例如，参见图3a)。给定替代实施例，系统1也可同样地设计为电解槽、压缩机或氧化还原液流电池。对于这些电化学系统，分离器板也可以同样地使用。这些分离器板的构造与在此更详细描述的分离器板10的构造相对应，即便被引导到分离器板上或通过分离器板的介质不同也是如此。
z轴6与x轴80和y轴90一起跨越右手笛卡尔坐标系。端板4包括多个介质连接件5，介质可经由该多个介质连接件馈送到系统1，并且介质可经由该多个介质连接件被从系统1引排出。这些可被馈送到系统1和从系统1出来的介质可包括例如诸如分子氢或甲醇的燃料、诸如空气或氧气的反应气体、诸如水蒸气的反应产品或诸如水和/或乙二醇的冷却剂。
图2以平面图示出了图1的系统的分离器板10中的一个的细节。分离器板10由实质地结合在一起的两个单独的金属板10a、10b形成，其中，仅第一单独的板10a是在图2中可见的，该第一单独的板将第二单独的板10b遮盖。单独的板10a、10b可以各自由金属片材制成，例如由不锈钢片材制成。单独的板10a、10b包括相互对齐的贯通开口，这些贯通开口形成分离器板10的贯通开口11a、11b、11c。在根据图1的系统1的堆叠件32中，分离器板10的贯通开口11a-c构成在堆叠方向6上延伸通过堆叠件32的管道。通常，由贯通开口11a-c形成的每个管道与系统1的端板4上的介质连接件5之一流体连接。例如，由贯通开口11a、11b形成的管道用于给燃料电池堆叠件的电化学电池供应燃料和反应气体。相反，冷却剂可经由贯通开口11c形成的管道被引入堆叠件32中或从堆叠件32中引导出来。
为了相对于堆叠件2的内部并相对于周围区域密封贯通开口11a-c，第一单独的板10a包括端口凸边(bead)12-c形式的密封元件，它们各自围绕贯通开口11a-c布置，并且各自完全封围贯通开口11a-c。端口凸边12a是各自成形的，具体是凸压(emboss)到单独的板10a中。第二单独的板10b在背离图2的观察者的分离器板10的后侧处，包括用于密封贯通开口11a-c的对应的端口凸边(未示出)。端口凸边12a-c至少垂直于板平面，该板平面平行于图2中的绘图平面来对准，并且因此沿z方向6弹性可变形，即可逆地可变形。
在分离器板10的电化学活性区域8中，第一单独的板10a在其面向图2的观察者的前侧处包括流场(flowfield)17，该流场具有用于沿着单独的板10a的前侧来引导介质的结构。这些结构包括例如多个腹板和布置在腹板之间的通道，并且它们例如被凸压在单独的板10a中。在图2中仅示出了在分离器板10的前侧上的活性区域8的细节。
在分离器板10的面向图2的观察者的前侧处，第一单独的板10a还包括分配或收集区域20，其又包括用于沿单独的板10a的前侧来引导介质的结构，其中，这些结构通常也类似地包括腹板和布置在这些腹板之间的通道。分配或收集区域20在贯通开口11b和活性区域8之间建立流体连接。因此，分配或收集区域20的各通道经由穿过端口凸边12b的馈送贯通部13b与贯通开口11b或与穿过堆叠件32的管道流体连接，所述管道由贯通开口11b形成。经由凸边12b中的馈送贯通部13b并且经由分配或收集区域20的通道，被引导通过贯通开口11b的介质可因此被引导进入分离器板10的活性区域8中的流场17的通道中，反之亦然。
贯通开口11a或由贯通开口11a形成的穿过板堆叠件32的管道以相应的方式通常与分配和收集区域流体连接，并由此与分离器板10的背离图2的观察者的后侧处的流场流体连接。相反，贯通开口11c或由贯通开口11c形成的穿过堆叠件32的管道与内部22流体连接，该内部由单独的板10a、10b封围或包围，并且其设计成引导冷却剂通过分离器板10。
最后，呈周向凸边12d形式的另一密封元件被凸压到第一单独的板10a中，该另一密封元件周向地围绕活性区域8的流场17、分配或收集区域20和贯通开口11a、11b，并且将它们相对于贯通开口11c、即相对于冷却剂回路以及相对于系统1的周围区域密封。对于替代实施例，周向凸边12d也可以附加地封围贯通开口11c。周向凸边12d与端口凸边12a-c一样是弹性的，即垂直于板平面并因此沿z方向6可逆地变形。
支承元件在图2中未示出，并且仅借助以下附图进行说明。
图3a以剖视图示出了图1的电化学系统1的堆叠件32的细节，该剖面沿图2的线a-a平行于x-z平面对齐。堆叠件32包括多个根据图2的分离器板10类型的金属分离器板10，并且这些板在z方向6上堆叠。堆叠件32的分离器板10在此各自以相同的方式设计。分离器板10限定垂直于z方向6来对齐的板平面。从图3a清楚地可知，金属分离器板10各自由两个相互连接的金属的单独的板10a、10b形成。为了更好概览的目的，此处省略了任何现有涂层的表示。
还示出了分离器板10或单独的板10a、10b的活性区域8，所述活性区域各自包括流场17，流场具有凸压到单独的板10a、10b中的通道和腹板。流场17的结构用作在分离器板10的外侧上引导反应介质，并用于引导冷却剂通过由单独的板10a、10b封围的分离器板10的内部22。在活性区域8中，膜电极组件(mea)14布置在堆叠件32的每个相邻分离器板10之间。如前所述，mea14例如各自包括例如电解质膜的膈膜15和布置在膈膜15的两侧上的气体扩散层(gdl)16。gdl16例如各自由金属非织物或碳非织物制成，并且允许在活性区域8中被引导的介质也能够流到在流场17的腹板区域中的膈膜15上。
布置在相邻分离器板10之间的带有活性区域8的电化学电池各自借助周向凸边12d相对于系统1的周围区域密封，该周向凸边被凸压到单独的板10a、10b中并且至少在z方向6上是弹性的。膈膜15各自被凸压到加强框架18中，在活性区域8的边缘处并且朝向周向凸边12d。框架18都被密封地接纳在堆叠件32的相邻分离器板10的周向凸边12d之间。堆叠件32的两个相邻的分离器板10的弹性端口凸边12a-c也经由框架18各自抵靠彼此支承，并且将围绕其行进的那些贯通开口11a-c密封到堆叠件32的外部和内部(在图3a中未示出)。
在系统1的正常运行中，堆叠件32的相邻分离器板10的板平面具有距彼此的距离z0，所述距离是沿着z方向6限定的。为了使凸边12a-d能够实现其密封效果，在正常操作中，凸边12a-d通常由于经由端板3、4被引入到堆叠件32中的预应力(偏置)而沿着z方向6被轻微地弹性压缩(见图1)。在这种状态下，框架18各自具有同样沿z方向6限定的厚度δm(参见详细附图)。在图3a中，可以看到，在正常操作中相邻分离器板10之间的板距离z0的由相邻分离器板10的彼此面对的单独的板10a、10b的周向凸边12d的高度h确定，所述高度沿着z方向确定，并由膈膜15的相应框架18的厚度δm确定，该隔膜15密封地接纳在周向凸边12d之间，因此z0＝2·h δm。此外，z0的值通常取决于所提及的堆叠件32的预应力并且可能取决于堆叠件32的操作温度。
通常，凸压到单独的板10a、10b中的周向凸边12d的高度h大于沿着z方向6限定的结构17的最大高度，该结构17同样嵌入到电化学电池的活性区域8的单独的板10a、10b中，所述电化学电池布置在分离器板10之间。在系统1的正常操作中，板距离z0可以例如在0.4mm至2mm之间。然而，在正常操作中，板距离z0也可以取更小或更大的值。
此处提出的电化学系统1与已知系统的区别特别是在于，有支承元件19a、19b布置在堆叠件32的相邻分离器板10之间。支承元件19a、19b用作保护堆叠件32的分离器板10的凸边12a-d免于不可逆的塑性变形的目的。如果有强大的机械力作用在堆叠件32上，例如，沿着垂直于分离器板10的板平面的z方向6，会发生凸边12a-d的这种不可逆的塑性变形。
特别地，支承元件19a、19b用作吸收器，其设计成尽可能完全地吸收在z方向6上作用在堆叠件32上的力，并且在没有支承元件19a、19b的情况下，该力将实现不可逆地压缩凸边12a-d，并因此可防止损坏凸边12a-d。如果燃料电池系统1用于在车辆中产生电能，则这种力可以例如在意外碰撞的情况下发生。分离器板10的密封元件的不可逆的塑性变形会削弱密封元件的密封效果，并导致反应气体和/或冷却剂泄漏。这可能损害系统1的效率，或者甚至使系统1的操作变得不可能。此外，逸出的反应气体会带来重大的安全风险(火灾或爆炸危险)。
支承元件19a、19b或它们中的至少一些例如可以包括例如热塑性材料，特别是没有纤维增强的热塑性塑料，或热塑性弹性体，例如tpv，特别是epdm-pp共混物或nbr-pp共混物，可能还包括可挤出成形的tpu或完全由这些材料中的一种形成。例如，支承元件19a、19b可包括发泡材料，诸如发泡的热塑性塑料或发泡的热塑性弹性体。热塑性弹性体可以选自热塑性聚氨酯弹性体(tpe-u)和热塑性聚苯乙烯嵌段共聚物(tpe-s)的群组。它们可以包括周向注射部和/或外壳体，其可以使用至少一种化学和/或物理发泡剂，比如氮气、二氧化碳或低沸点碳氢化合物，由相应的热塑性弹性体借助泡沫注射模制而形成为具有支承元件的实际本体的一件，特别是借助发泡剂的蒸发和膨胀。
支承元件19a、19b或它们中的至少一些也可以包括陶瓷材料。支承元件19a、19b或它们中的至少一些同样可包括基于聚合物的和/或金属的支承织物。
支承元件19a、19b可以例如各自具有平行于分离器板的板平面的矩形或圆形的横截面。然而，也可以设想其他形状。支承元件19a、19b在平行于分离器板10的板平面行进的方向上布置成距端口凸边12a-c一定距离并且距周向凸边12d一定距离。为了使它们能够有效地防止凸边12a-d的不期望的塑性变形，支承元件19a、19b距最靠近相应的支承元件19a、19b的凸边的距离应较佳地不超过最大距离lmax，所述距离平行于分离器板12的板平面限定。例如，lmax≤3·a、lmax≤2·aorlmax≤a，其中，a是该凸边的脚部宽度，其横向于相应凸边12a-d的行进方向限定。对于在图3a所示的实施例，支承元件19a各自布置在分离器板10的被周向凸边12d封围和密封的区域内。相反，支承元件19b各自布置在分离器板10的被周向凸边12d封围和密封的区域外部。
在图3a中，支承元件19a、19b还各自实质地连接到框架18，在框架18中嵌入有膈膜15。对于其他实施例示例，支承元件19a、19b或它们中的至少一些例如还可以实质地连接到分离器板10，例如如图5所示。例如，支承元件19a、19b可以粘合到框架18和/或分离器板10，或者借助材料沉积来连接。在图3a中，支承元件19a、19b在两侧均附连到框架18。特别地，对于图3a的实施例示例，框架18在平行于周向凸边12d的两侧上的分离器板10的板平面的方向上延伸，因此，分离器板10的区域的内部和外部都被周向凸边12d封围和密封。分离器板10的单独的板10a、10b还各自在其外边缘处具有半凸边21a、21b。框架18的外边缘平行于分离器板10的板平面延伸直至分离器板10的外边缘。
对于图3a的实施例示例，支承元件19a、19b沿着z方向6布置在分离器板10和直接邻近该分离器板10的框架18之间。因此，分离器板10和框架18交替地布置在沿z方向6相邻的支承元件19a、19b之间。
支承元件19a、19b布置在分离器板10之间并且特别地沿z方向6定尺寸，使得支承元件19a、19b至少当按压力在z方向6上作用在堆叠件32上时，在没有支承元件的情况下会产生凸边12a-d的不可逆的塑性变形，它们在z方向6上支承抵靠彼此(例如参见图7)和/或抵靠金属分离器板10(例如参见图3a)，以防止凸边12a-d的不可逆的塑性变形。例如，对于在图3a中所示的实施例示例，当堆叠件32的相邻分离器板10的板平面之间的板距离为z0时，则沿z方向6限定的支承元件19a、19b的高度已经在系统1的正常操作中对应于单独的板10a、10b的周向凸边12d的高度h。因此，在z方向6上给定板距离z0，支承元件19a、19b到达分离器板10和直接与该分离器板10相邻的框架18，并且与两者接触。
图3b同样以剖视图示出了图1的电化学系统1的堆叠件32的细节，其中，该剖面沿图2的线b-b剖取。从堆叠件32的外边缘开始，单独的板10a、10b依次包括半凸边21a、21b、周向凸边12d、端口凸边12a和半凸边21a'、21b'的组合(其作为组合周向围绕贯通开口11a)、以及分配区域20的短截面。端口凸边12a和半凸边21a'在面向分配区域20的区域中各自包括馈送贯通部13a，其允许将流体从贯通开口11a引导至分配区域20，并进一步引导至流场。mea并没有扩展到该区域中，相反，框架18的部段布置在分离器板10之间。如在图3a中那样，支承元件19b附连到框架部段18，在此它们在周向凸边12d和端口凸边12a之间延伸。
图4a-c以剖视图各自示意性地示出了堆叠件32的单独的板10a和布置在该单独的板10a上的支承元件19的实施例。根据图4a-c的支承元件，连同在此处描述的其特性，是表示布置在堆叠件32的两个相邻分离器板10之间的支承元件。因此，根据图4a-c的支承元件19表示上文和下文描述的支承元件19a、19b、19c、19d、19f、19g、19h中的一个或多个，特别地也表示这些的组合。图4a-c所示的支承元件19在此连接到单独的板10a，例如借助粘合连接。周向凸边12d被凸压到单独的板10a中。然而，在图4a-d中描述的周向凸边12d的特性也可以同样地应用于端口凸边12a-c或整个凸边12a-d(例如，参见图2)。
特别地，图4a-c示出了周向凸边12d和支承元件19各自具有在z方向6上的堆叠件32的不同程度的压缩，其中该压缩程度各自由堆叠件32的相邻分离器板10的板平面之间的距离z所表征。图4a-c中所示的情况在此对应于堆叠件32的相邻的分离器板10之间的距离z0、z1和z2，其中z0>z1>z2。如前所述，z0表示正常操作中的板距离。由于在图4a-c中，仅示出了两个分离器板10或两个单独的板10a、10b的对称布置的一部分、接纳在分离器板10之间或在单独的板10a、10b之间的具有厚度δm的框架18的一部分、以及布置在单独的板10a、10b之间或分离器板10之间的支承元件19的一部分(例如参见图3a)，沿z方向6限定的凸边12d的高度h，给定的板距离z在此是(z-δm)/2，其中框架18的厚度δm还可以随着按压的增加而略微减小。在系统1的正常操作中，凸边12d的高度h可以假定例如在0.3mm至0.6mm之间的值。
对于每个板距离z0、z1和z2，其中，用箭头表示仅在z方向6上作用于密封元件(此处为凸边12d)的力fd(z)和仅在z方向6上作用在支承元件19上的力fs(z)，其中，箭头的长度是力的量度。力fd(z)和fs(z)可以例如经由系统1的端板3、4被引入到堆叠件32中。
可从图4a-c清楚地获得以下事实，在z方向6上堆叠件32被按压得越多，即，堆叠件32的相邻分离器板10的板平面之间的距离z越小，则力fd(z)和fs(z)越大。由于力总是成对出现(作用力＝反作用力)，因此力fd(z)同时是凸边12d抵抗其压缩至h(z)＝(z-δm)/2的凸边高度的阻力的量度。同样，力fs(z)是支承元件19在z方向6上抵抗其压缩的阻力的量度。取决于板距离z，例如经由系统1的端板3、4在堆32中的按压力，因此以不同的方式分配到作用在至少一个密封元件上的力fd(z)上，并且分配到作用在至少一个支承元件上的力fs(z)上。
在图4d中，力-位移特征线fd(z)和fs(z)被示出为堆叠件32的相邻分离器板10的板平面之间的距离z的连续函数，其中对应于图4a-c所示情况的距离值z0、z1和z2由垂直虚线突出显示。此外，在图4d中，根据图4a-c的板距离z0、z1和z2，作用在凸边12d和支承元件19上的力fd(z0)、fd(z1)、fs(z1)、fd(z2)和fd(z2)以水平行进的虚线突出显示。另外，在图4d中，作用在凸边12d上并且作用在支承元件19上，并且经由端板3、4被引入到堆叠件32中的总力fg(z)＝fd(z) fs(z)作为另一力-位移特征线。
特征线fg(z)可以例如通过逐渐按压堆叠件32借助力传感器来记录/绘制，其中堆叠件32包括具有成形凸边12a-d的分离器板10和布置在分离器板10之间的支承元件19(例如，参见图3a)。例如，力传感器可以记录施加在端板3、4上的按压力。替代地，也可以例如针对电化学电池，以及借助于单独的凸缘板和用来界定电化学电池的两个分离器板来确定力，密封元件特征线fd(z)可以例如在具有成形的周向凸边12d(并且可能另外具有成形的端口凸边12a-c)的分离器板10类型的分离器板的堆叠件的逐步按压中记录，其中，分离器板之间的支承元件随后被移除，使得在按压堆叠件时和在记录特征线时，没有支承元件布置在分离器板之间。以及另外，特征线fs(z)例如在逐渐按压没有成形的凸边的成堆叠平面分离器板中记录，其中与记录特征线fg(z)时相同的支承元件19布置在平面分离器板之间。替代地，支承元件特征线fs(z)也可以由特征线fg(z)和fd(z)之间的差来确定：fs(z)＝fg(z)-fd(z)。
在图4d的f-z表示中，由于沿z方向6按压周向凸边12d而存储在周向凸边12d中的能量由曲线fd(z)以下的相应面积给出。在图4d的f-z表示中，由于沿z方向6按压支承元件19存储在支承元件19中的能量由曲线fs(z)以下的相应面积给出。
凸边12d在给定板距离z为z3<z<z0时的弹性行为由凸边12d的力-位移特征线fd(z)来清楚地获得，其特征在于该区域中的特征线fd(z)的线性路径。在板距离z在z3<z<z0区域中的情况下，特征线fd(z)的路径与理想线性路径之间的细微偏差可归因于凸边12d在第一次压缩后未完全恢复其初始未变形的几何形状(滞后)。凸边12d被设计成使得凸边12d被更强烈地按压超出z3，即对于z＜z3的板距离z，导致凸边12d的不可逆的塑性变形。在图4d的图中，其主要特征在于特征线fd(z)在区域z＜z3中朝向小的板距离的下降。
图4a-c所示的支承元件19包括多个孔隙23。例如，图4a-c的支承元件19由发泡弹性体形成。孔隙23在未加载状态中例如可以是近似球形，并具有在0.01mm至0.15mm之间的典型直径。通过在z方向6上作用在堆叠件32上的压力，支承元件的孔隙23可以被完全或至少部分地压缩，这显著影响了支承元件特征线fs(z)的路径。
因此，具有支承元件特征线fs(z)的不同行为的明显不同的距离区域可以从在相应的区域中的支承元件的特征线fs(z)来识别。在大约z1＜z＜z0的板距离z处，支承元件19对支承元件19在z方向6上的压缩的阻力主要由支承元件19的那些形成尚未塌缩或尚未完全塌缩的孔隙23的结构的几何形状来确定。在该区域中，支承元件19特征线fs(z)继续在凸边12d的密封元件特征线fd(z)之下，支承元件19特征线fs(z)表征支承元件19对支承元件19的压缩的抵抗或对支承元件19的进一步压缩的抵抗，密封元件特征线fd(z)表征凸边12d对凸边12d的压缩的抵抗或对凸边12d的进一步压缩的抵抗。因此，对于在此描述的实施例示例，fs(z)<fd(z)适用于具有z1<z<z0的所有板距离z。
换言之，对于在z1＜z＜z0区域内的每个板距离z，该板距离z在z方向6上仅使凸边12d压缩或进一步压缩位移拉伸δz”>0所需要的力fd(z)大于或等于给定相同的板距离z在z方向6上仅使支承元件19压缩或进一步压缩相同距离拉伸δz”所需的力fs(z)。这意味着，支承元件19或多个支承元件19被沿着z方向6设计成并且特别是定尺寸为，使得堆叠件32对在z方向6上按压或进一步按压堆叠件32的抵抗主要由凸边12对分离器板12的凸边12a-d仅略微变形的抵抗来确定，因此给定z1＜z＜z0的板距离z。给定z1＜z＜z0的板距离z，支承元件19或多个支承元件19因此不会显著地影响凸边12a-d的弹性变形性，当板间隔较小时，这是确实期望的。因此，凸边12a-d使分离器板10和/或其他部件在z方向6上屈服而轻微变形，所述变形例如由系统1中发生的温度波动或其他其他操作条件引起，并且因此凸边保持其密封功能不受影响。
仅当距离z＜z1时，当支承元件19的孔隙23由于在z方向6上作用在支承元件19上的按压力而至少部分或可能完全塌缩时，支承元件19对支承元件19在z方向6上的进一步压缩的抵抗主要由形成支承元件19的材料的特性决定，而不是其孔隙含量和尺寸，并且随着板距离的进一步减小而急剧增加。凸边12d的设计以及支承元件19的布置和设计因此使得对于所有z<z1的板距离z，仅在z方向6上以位移δz”'>0压缩或进一步压缩支承元件19所需的力fs随着板距离z的进一步减小，其增长速度快于仅在z方向6上使凸边12d进一步压缩大约相同的位移δz””所需的力fd。或者换言之：对于z<z1的所有板距离z，|dfs(z)/dz|>|dfd(z)/dz|。其中，z1在此例如是适用此关系的最大板距离。例如，特征线fs(z)至少在z<z1的区域内可以具有大致指数型路径。
给定z＝z2且z2＜z1＜z0的堆叠件32的相邻分离器板10的板距离z，支承元件特征线fs(z)和密封元件特征线fd(z)相交。例如，凸边12d可以设计成并且支承元件19可以布置和设计成，使得对于z＜z2的所有板距离z，支承元件19的孔隙23被完全压缩或塌缩。例如z2可以是最大的板距离，在该距距处支承元件19的孔隙23被完全压缩或塌缩。其中，应该强调的是，凸边12d在板距离z＝z2处的高度h仍然显著地在凸边12d可弹性变形的区域内。因此，给定板距离z＝z2，对于周向凸边12d还没有任何不可逆的塑性变形的风险。
凸边12d和支承元件19被布置和设计成，使得对于z＜z2的所有板距离z，支承元件特征线fs(z)在密封元件特征线fd(z)上方连续行进。因此，对于z<z2的所有板距离z都是fs(z)>fd(z)的情况，其中z2在此是适用于该关系的最大板距离。这意味着，对于z≤z2的所有板距离z，存在长度δz'>0的位移拉伸，使得力δfs＝fs(z-δz')-fs(z)大于力δfd＝fd(z-δz')-fd(z)，力δfs＝fs(z-δz')-fs(z)是在z<z2的每个板距离z处在z方向6上仅使支承元件19的压缩或进一步压缩位移拉伸δz'所需的力，力δfd＝fd(z-δz')-fd(z)是给定相同的板距离z，在z方向6上仅使周向凸边12d进一步压缩相同的位移拉伸δz'所需的力。
密封元件特征线fd(z)的路径通常由凸边12d的几何形状和凸边12d的材料特征决定。例如，密封元件特征线fd(z)的路径由其高度h、其基部宽度和其未加载状态下的侧面角决定，并且由其中成形有凸边12d的单独的板10a的厚度和/或材料的决定。支承元件特征线fs(z)的路径通常由支承元件19的几何形状和支承元件19的材料特征决定。例如，属于图4a-c所示的实施例的支承元件19设计成，使得其沿z方向6限定的高度至少对于z≤z0的所有板距离z对应于凸边12d的高度h。
对于所有z<z1板距离z1的尺寸，其情况是|dfs(z)/dz|>|dfd(z)/dz|，和/或对于所有z<z2板距离z2的尺寸，其情况是fs(z)>fd(z)，各自可以借助更改以下参数中的至少一个或多个来调节：
在支承元件19的未加载状态下沿支承元件19的z方向6限定的支承元件19的高度；
支承元件19的平行于分离器板10或单独的板10a、10b的板平面的横截面积的尺寸；
形成支承元件19的材料或至少一种材料的弹性模量；
在支承元件19未加载状态下的支承元件19的孔隙23的平均尺寸；和/或
在支承元件19未加载状态下，支承元件19的孔隙23相对于支承元件19的总体积的体积份额。
例如，可以借助增加在支承元件19未加载状态下的支承元件19的孔隙23的平均尺寸，而朝向较小的板距离来减小z1的值和/或z2的值。例如，可以借助增加支承元件19的孔隙23相对于在支承元件19未加载状态下的支承元件19的总体积的体积份额，而朝向较小的板距离来减小z1的值和/或z2的值。例如，可以借助增加平行于分离器板10或单独的板10a、10b的板平面的支承元件19a的横截面积，而朝向较大的板距离来增加z1的值和/或z2的值。并且，例如，可以借助增加支承元件19a的材料的弹性模量，而朝向较大的板距离来增加z1的值和/或z2的值。
图5a-b示出了根据本发明的支承元件19的其他可设想的实施例，在此被称为19c和19d，并且特别地以沿着平行于z方向6并因此垂直于分离器板10或单独的板10a、10b的板平面的平面的剖视图来表示。在堆叠件32的替代实施例的情况下，支承元件19c、19d可以例如替换全部或至少一个图3a中的支承元件19a，以及可能还有19b。在图5a-b中，支承元件19c、19d各自连接到堆叠件32的分离器板10的单独的板10a，即借助粘合连接。替代地，支承元件19c、19d或它们中的一些也可各自同样地连接到框架18之一(参见图3a)。
支承元件19c、19d各自包括由弹性材料制成的外壁25。例如，外壁25由热塑性弹性体形成。支承元件19c、19d还各自包括至少一个沿z方向6延伸的腔体24。在支承元件19c、19d的未加载状态下，腔体24的体积可以例如填充相应支承元件19c、19d的总体积的至少30％或至少50％。借助在z方向6上作用在支承元件19c、19d上的按压力，支承元件19c、19d的腔体24可以在z方向6上完全或至少部分地塌缩或压缩。沿着z方向6压缩或部分压缩支承元件所需的按压力尤其取决于外壁25的几何形状，例如，取决于外壁25的壁厚，和/或形成外壁25的材料的弹性模量。
支承元件19c、19d的腔体24可以各自被外壁25完全封围。替代地，外壁25还可以包括开口，在压缩腔体24时，例如容纳在相应腔体24中的空气的气体可以通过该开口从腔体24逸出。借助外壁上的这种开口，可以减小支承元件19c、19d对压缩的抵抗。
图5b的支承元件19d与图5a的支承元件19c的不同之处在于突出部26，该突出部沿着z方向6延伸并且至少部分地突出到腔体24中。突出部26可以例如连接到支承元件19d的外壁25或与其设计成一个部件。借助形成突出部26的材料的弹性以及突出部26沿z方向6的长度，可以有针对性地影响支承元件19d的力-位移特征线的路径(参照根据图4的支承元件19的力-位移特征线)。例如，可以借助选择突出部26的弹性和/或借助选择突出部26沿z方向6的长度来有针对性地调整如上限定的板距离z1和/或z2的值。
类似于图4a-c，图6a-c以剖视图各自示意性地示出了堆叠件32的单独的板10a和布置在该单独的板10a上的支承元件19的另一实施例。如先前的情况那样，根据图6a-c的支承元件，连同在此处描述的其特性，是表示布置在堆叠件32的两个相邻分离器板10之间的支承元件或若干支承元件的另一实施例。支承元件19可以是弹性材料的设计，例如热塑性弹性体的设计。支承元件19可以以均匀的方式设计。然而，同样可以设想，支承元件包括与根据图4a-d的支承元件19a的孔隙23相对应的孔隙，或者至少一个与根据图5a-b的支承元件19c、19d的腔体24相对应的腔体24。
同样，还示出了在单独的板10a中成形的(形成有)周向凸边12。如前述，在图6a-d中描述的周向凸边12d的特性也可以同样地应用于端口凸边12a-c或整个凸边12a-d(例如，参见图2)。类似于图4a-c的图示，图6a-c示出了周向凸边12d和支承元件19a在z方向6上各自被给予堆叠件32的不同程度的按压。并且，与图4d类似，在图6d中，力-位移特征线fd(z)和fs(z)表示为堆叠件32的相邻分离器板10的板平面之间的距离z的连续函数。仅为了简单起见，这里不再详细解释已经在图4a-d的视图中描述的特征和术语。
根据图6a-c的装置与根据图4a-c的装置的不同之处在于，与根据图4a-c的支承元件19相比，根据图6a-c的支承元件19布置和设计成，使得对于沿z方向6的z＞z1的所有板距离z，在支承元件19和直接与支承元件19相邻的分离器板10之间，或者在支承元件19和直接与支承元件19相邻的框架18之间保留有中间空间31。对于板距离z0，该中间空间31可沿z方向6延伸例如超过长度d(参见图6a)。这意味着沿着根据图6a-c的z方向6限定的支承元件19的高度小于在系统1的正常操作期间给定板距离z0的周向凸边12d的高度h。
根据图6a-c的支承元件19被设计和布置成，当堆叠件32的相邻分离器板10的板距离减小到值z1时，借助沿着z方向6按压堆叠件32，所提及的空间31第一次消失。因此，对于z＞z1的板距离z，支承元件19不提供对在z方向6上按压堆叠件32的抵抗。这等同于说，对于z>z1的所有板距离z，仅在z方向6上作用在支承元件19上的力fs(z)变为零(即，fs(z)＝0)。
如前所述，对于图6a-c的实施例示例，凸边12d的设计以及支承元件19布置和设计使得支承元件19的支承元件特征线fs(z)和凸边12d的密封元件特征线fd(z)在板距离z＝z2处相交。对于图6a-c的实施例，因此，对于z＞z2的所有z也是fs(z)＜fd(z)的情况，并且对于z＜z2的所有z，也是fs(z)＞fd(z)的情况。并且如以前那样，对于z<z1的所有z，|dfs(z)/dz|>|dfd(z)/dz|。特别地，凸边12d以及支承元件19因此设计成，使得对于所有z<z1的板距离z，仅在z方向6上以位移δz”'>0压缩或进一步压缩支承元件19所需的力fs，给定板距离z的进一步减小，其增长速度快于仅在z方向6上使凸边12d进一步压缩相同的位移δz””所需的力fd。
随后的视图示出了各自在其中板距离例如每个z＝z0的状态下系统1的其他堆叠件32。
图7以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。与前述实施例相比，根据图7的堆叠件32的特征在于支承元件19f，该支承元件沿截面平面或垂直于其中周向凸边12d行进的方向包括近似u形的横截面，并且例如在分离器板10的边缘处被卡合到分离器板10上。因此，支承元件19f可以形状配合地，特别是经由半凸边21a、21b连接到分离器板10。另外或替代地，支承元件19f可以被粘合到分离器板10或以其他方式连接到它们。支承元件19f沿着z方向6布置在分离器板10的两侧上并且封围它们，使得它们各自与分离器板10的两个板10a、10b接触。在相邻的支承元件19f之间存在中间空间31，该中间空间的高度基本上对应于框架18的厚度。
平行于分离器板10的板平面，支承元件19f没有到达框架18，该框架密封地接纳在相邻分离器板10的周向凸边12d之间。因此，支承元件19f和框架18在z方向6上不重叠。支承元件19f的定尺寸为，使得在正常操作下，给定板距离z0，各支承元件19f到达它们布置在其上的分离器板10的两侧，沿z方向6至少直到该分离器板10的单独的板10a、10b的凸边12d的顶部在其中延伸的平面。
此外，沿z方向6的支承元件19f被定尺寸为，使得在正常操作中，给定板距离z0，在沿z方向6的相邻支承元件19f之间保留中间空间，从而使给定板距离z0的相邻支承元件19f彼此不接触。例如，支承元件19f被设计成，使得当相邻的分离器板10的板距离由于按压堆叠件32而减小到值z1＜z0时，相邻的支承元件19f第一次彼此接触。如果相邻的分离器板10在操作时，处于不同的电势下(比如，在燃料电池堆的情况下)，则支承元件19f至少需要在其表面的那些区域中不导电(由于按压堆叠件32的缘故支承元件19f可能会沿着这些区域彼此接触)，从而能防止在相邻的分离器板10之间经由支承元件19f发生电接触(电短路)。例如，支承元件19f可各自涂覆有电绝缘层。替代地，支承元件19f或它们中的一些也可以各自完全由电绝缘材料形成。
图8以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图8的实施例与根据图7的实施例的不同之处在于，支承元件19f各自连接到保持元件27。支承元件19f因此经由保持元件27沿着z方向6彼此连接。保持元件27在堆叠件32的边缘处沿着z方向6延伸超过多个分离器板10。形成保持元件的材料的弹性模量可以与形成支承元件19f的材料的弹性模量大致一样。对于在图8所示的实施例，支承元件19f和保持元件27由相同的材料制造并且设计为一件。至少在堆叠件32的边缘区域中，保持元件27通常增加堆叠件32对在z方向6上按压堆叠件32的抵抗，其中，给定高的按压，保持元件27能够至少部分地在远离板内部的方向上屈曲。
图9以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图9的实施例与根据图7的实施例的不同之处一方面在于，在分离器板的左外边缘上没有半凸边。另一方面，它与根据图7的不同之处在于，支承元件19f各自由两种不同的材料19f'和19f”构成，其例如以不同大小的阻力对抗沿z方向6的按压。例如，材料19f'、19f”中的至少一种可以是发泡的，并且包括对应于根据图4a-c的支承元件19的孔隙23的孔隙。也可能的情况是是具有不同的孔隙含量的两种其他相同的材料。支承元件19f可以例如被共挤出成形。
材料19f'、19f”形成了平行于分离器板10的板平面对准的层，并且它们各自与分离器板10形成夹心状结构，该结构相对于相应分离器板10的板平面镜面对称。其中，分离器板10形成了该结构的最内层。支承元件19f的第一材料19f'形成第二层，该第二层在分离器板10的两侧上与分离器板10接触。并且，支承元件19f的第二材料19f”形成第三层，该第三层在分离器板10的两侧上与第二层接触。
如果，对于根据图9的实施例，由于在中间空间31已经闭合之后堆叠件32沿z方向6的按压，相邻的支承元件19f第一次进入接触，那么支承元件19f对进一步按压z的抵抗例如首先由材料19f'、19f”中的具有更大的弹性(即，更小的弹性模量)的一种来确定。借助这种两种不同的材料19f'、19f”的支承元件19f的构造，也可以以有针对性的方式影响或调整支承元件19f的力-位移特征线fs(z)。例如，可以调整fs(z)的路径，使得对于z1<z<z0的所有板距离z，fs(z)以平坦的方式行进，并且对于z<z1的板距离z，fs(z)陡峭地或以类似方式行进(参考图4d)。
图10以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图10的实施例与根据图7的实施例的不同之处在于，根据图10的支承元件19h各自填充中间空间28，该中间空间28由半凸边21a、21b形成在单独的板10a、10b的边缘上。半凸边21a、21b和支承元件19h的稳定性因此可以进一步提高。
图11以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图11的实施例是根据图8的实施例的变型。在图11中，支承元件19g各自沿z方向6布置在分离器板10的边缘区域中，在相邻分离器板10的半凸边21a、21b之间。特别地，支承元件19g布置在分离器板10之间，使得它们沿着z方向6到达两个相邻的分离器板1并接触它们，两个相邻的分离器板1在正常操作中具有板间隔z0。同样，支承元件19g各自填充半凸边21a、21b之间的中间空间28。此外，支承元件19g各自连接到整体的保持元件27，该整体的保持元件27在堆叠件32的边缘处沿z方向6在多个分离器板10上延伸。在图11中，支承元件19g和保持构件27由相同的材料制造并以单个部件方式设计。
图12以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图12的实施例与根据图11的实施例的不同之处在于，根据图12的支承元件19h至少部分地在区域29中平行于分离器板10的板平面延伸，该区域29从边缘处的半凸边21a、21b延伸到分离器板10直到周向凸边12d。支承元件19h在此在正常操作中将中间空间30以板距离z0填充至完全程度，该中间空间30在相邻的分离器板10之间的区域29中沿着z方向6形成。
图13以剖视图示意性地示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，其中该截面平面垂直于分离器板10的板平面。根据图13的实施例与根据图3a的实施例的不同之处在于，平行于分离器板10的板平面的框架18朝向的分离器板10的边缘不延伸或几乎不延伸超过周向凸边12d。给定在正常操作中的板距离z0，相邻支承元件19b之间的中间空间因此沿z方向6保留。此外，根据图13的实施例与根据图3a的实施例的不同之处在于填充元件30，该填充元件30完全填充了分离器板10的半凸边21a、21b之间的中间空间28，并因此为分离器板10提供了附加的稳定性。
图14以剖视图示出了系统1的堆叠件32的另一实施例，但是此处仅示出了具有两个单独的板10a、10b的电化学电池，该两个单独的板10a、10b属于两个不同的分离器板。此处，支承元件19b在单独的板10a、10b的边缘区域上的周向凸边12d与半凸边21a、21b之间的区域中布置在单独的板10a、10b上。框架18不到达其中布置有支承元件19b的区域中，使得有中间空间31保留在未按压的支承元件19b之间。
1.一种电化学装置，具有：
第一和第二金属分离器板(10)，它们各自限定板平面并且在垂直于所述板平面的堆叠方向(6)上堆叠；
布置在所述分离器板(10)之间的电化学电池；
其中，所述分离器板(10)各自包括至少一个凸压到所述分离器板(10)中并且上升到相应板平面上方的密封元件(12a-d)；
其中，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)支承抵靠彼此以至少密封布置在所述分离器板(10)之间的所述电化学电池；
其中，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)在所述堆叠方向(6)上能弹性变形，使得所述分离器板(10)的所述板平面彼此间的距离z能借助所述分离器板的所述密封元件中的至少一个的弹性压缩而可逆地减小到至少距离z2；以及
至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)，所述至少一个支承元件布置在所述分离器板(10a)之间并且在平行于所述分离器板的所述板平面的方向上与所述分离器板(10a)的所述密封元件(12a-d)间隔开；
其中，为了保护所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)免于不可逆塑性变形，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)的设计成，并且其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)布置和设计成，使得当由于在所述堆叠方向(6)上作用在所述分离器板(10)上的按压力使所述分离器板(10)的所述板平面彼此间的所述距离z减小到z≤z2的距离z时，为在所述堆叠方向(6)上以位移δz'仅压缩或进一步压缩所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)所需的力fs大于为在所述堆叠方向(6)上以所述位移δz'仅进一步压缩所述分离器板(10a)的所述至少一个密封元件所需的力fd。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)设计成，并且其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)布置和设计成，使得对于z≤z1和z1>z2，给定所述分离器板(10)彼此间的所述距离z进一步减小，为在所述堆叠方向(6)上以位移δz”'仅压缩或进一步压缩所述支承元件(19、19a-d、19f-h)所需的力fs的增长速度快于为在所述堆叠方向(6)上以所述位移δz”'仅进一步压缩所述密封元件所需的力fd。
3.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)布置和设计成，使得对于z≤z1和z1＞z2，它具有基本上指数型的力-位移曲线。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)设计成，使得所述分离器板(10)彼此间的距离减小到值z≤z3和z3＜z2，相对于所述分离器板(10)的密封元件(12a-d)中的至少一个，较佳地相对于两个分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)，实现不可逆的塑性压缩。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19a、19c)各自包括至少一个腔体(24)和/或多个的孔隙(23)。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)设计成，并且其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)布置和设计成，对于z2<z1<z<z0，为在所述堆叠方向(6)上以位移δz”仅压缩或进一步压缩所述分离器板(10)的所述至少一个密封元件所需的力fd大于或等于为在所述堆叠方向(6)上以所述位移δz”仅压缩或进一步压缩所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)所需的力fs。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19、19a-d、19f-h)各自包括发泡材料。
8.根据权利要求5至7中的一项所述的电化学装置，其特征在于，包括所述至少一个腔体(24)和/或所述孔隙(23)的所述支承元件(19、19a-d、19f-h)设计成，使得所述至少一个腔体(24)和/或所述孔隙(23)借助在所述堆叠方向(6)上作用到所述分离器板(10)上的按压力而完全可塌缩或至少部分地可塌缩。
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，包括所述至少一个腔体(24)和/或所述孔隙(23)的所述支承元件(19、19a-d、19f-h)设计和布置成，使得给定所述分离器板(10)彼此间z≤z2的距离，所述至少一个腔体(24)和/或所述孔隙(23)各自被最大地塌缩。
10.根据前述权利要求中一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)包括至少一个第一支承元件(19e)，所述至少一个第一支承元件(19e)布置成，使得对于z>z1和z1>z2，在所述堆叠方向(6)上在所述分离器板(10)与所述至少一个第一支承元件(19e)之间保留至少一个中间空间。
11.根据权利要求10所述的电化学装置，其特征在于，对于z≤z1，所述至少一个空间变为零。
12.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述分离器板(10)的所述密封元件(12a-d)各自包括封围所述电化学电池并相对于所述电化学装置的环境密封它的周向凸边(12d)。
13.根据权利要求12所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)包括至少一个第二支承元件(19b、19f、19g)，所述第二支承元件(19b、19f、19g)在平行于所述分离器板(10)的所述板平面的方向上布置在所述周向凸边(12d)的远离所述电化学电池的一侧上。
14.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)的每个支承元件(19、19a-d、19f-h)至少局部地包括电绝缘材料或者至少局部地由电绝缘材料形成，其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)的每个支承元件(19、19a-d、19f-h)的所述电绝缘材料布置成，使得在所述金属分离器(10)板彼此间的每个距离z处，在所述金属分离器板(10)之间不能经由该支承元件(19、19a-d、19f-h)产生电接触。
15.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19、19a-d、19f-h)完全由电绝缘材料形成。
16.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19a、19c)包括热塑性材料、热塑性弹性体和/或陶瓷材料。
17.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19a、19c)包括基于聚合物的和/或金属的支承织物。
18.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19a、19c)实质地和/或形状配合地和/或非形状配合地连接到所述分离器板(10)中的至少一个。
19.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学电池包括框架(18)，其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19a)实质地和/或形状配合地连接到所述框架(18)。
20.根据权利要求19所述的电化学装置，其特征在于，具有至少一个隔膜(15)，特别是电解质膜或水转移膜，所述至少一个隔膜(15)被夹紧在所述框架(18)中并且被密封地接纳在所述分离器板(10)的支承在彼此之上的所述密封元件(12a-d)之间，其中，气体扩散层(16)较佳地布置在所述隔膜(15)的两侧上。
21.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19f、19g)设计成，使得其各自能在平行于所述分离器板(10)的所述板平面的方向上，卡合到所述分离器板(10)中的至少一个上，较佳地可拆卸地卡合到所述分离器板(10)中的至少一个上。
22.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述分离器板(10)各自包括用于引导介质通过所述分离器板(10)的至少一个贯通开口(11a-c)，其中，所述分离器板(10)的所述至少一个密封元件(12a-d)包括端口凸边(12a-c)，所述端口凸边(12a-c)凸压到相应的分离器板(10)中并且周向地围绕该分离器板(10)的所述至少一个贯通开口(11a-c)布置，并且其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)中的一个、多个或每个支承元件(19、19a-d、19f-h)布置在所述端口凸边(12a-c)的远离所述贯通开口(11a-c)的一侧上。
23.根据权利要求22所述的电化学装置，其特征在于，所述端口凸边(12b)包括馈送贯通部(13b)，所述馈送贯通部(13b)在所述贯通开口(11b)与所述电化学电池之间建立流体连接。
24.根据权利要求22和23中的一项所述的电化学装置，其特征在于，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)在平行于所述分离器板(10)的所述板平面行进的平面内与所述端口凸边(12a-c)间隔开。
25.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，每个所述分离器板(10)包括两个金属的单独的板(10a、10b)，所述两个金属的单独的板(10a、10b)实质地连接到彼此，较佳地借助焊接连接连接到彼此，特别较佳地借助激光焊接连接连接到彼此，以形成所述分离器板(10)。
26.根据权利要求25所述的电化学装置，其特征在于，每个所述单独的板(10a、10b)包括至少一个密封元件(12a-d)，所述至少一个密封元件(12a-d)被凸压到这些单独的板(10a，10b)中并且在所述堆叠方向(6)上是弹性的。
27.根据前述权利要求中的一项所述的电化学装置，其特征在于，具有侧向布置在堆叠件(32)上的保持元件(27)，其中，所述至少一个支承元件(19、19a-d、19f-h)包括多个支承元件(19f、19g)，所述多个支承元件(19f、19g)连接到所述保持元件(27)或与所述保持元件(27)设计为一个部件。
28.一种具有根据前述权利要求中的一项所述的多个电化学装置的电化学系统(1)，所述装置沿着共同的堆叠方向(6)堆叠。
29.具有根据权利要求27所述的电化学装置的根据权利要求28所述的电化学系统(1)，其特征在于，所述保持元件(27)沿共同的堆叠方向(6)在多个电化学装置上延伸。
技术总结