DE102009039900A1 - Membran-Baugruppe für einen Brennstoffzellenstapel sowie Brennstoffzellenstapel mit der Membran-Baugruppe - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Bauweise für einen Brennstoffzellenstapel sowie Membran-Baugruppe mit dieser neuartigen Bauweise vorzuschlagen. Es wird eine Membran-Baugruppe 1 für einen Brennstoffzellenstapel 2 vorgeschlagen, wobei in dem Brennstoffzellenstapel 2 eine Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen 1 sowie Bipolarplatten 9 in einer Stapelrichtung S zur Bildung von Brennstoffzellen aufgestapelt sind, mit einer MEA-Platte 3, welche eine Membran zur Trennung eines Anodenraums und eines Kathodenraums erfasst, und mit einem Gehäuseabschnitt 5, welcher zur Beabstandung der MEA-Platten 3 und/oder der Bipolarplatten 9 zueinander in Stapelrichtung S in dem Brennstoffzellenstapel 1 ausgebildet ist, wobei der Gehäuseabschnitt 5 über einen Verbindungsabschnitt 4 mit der MEA-Platte verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Membran-Baugruppe für einen Brennstoffzellenstapel, wobei in dem Brennstoffzellenstapel eine Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen sowie Bipolarplatten in einer Stapelrichtung zur Bildung von Brennstoffzellen aufgestapelt sind, mit einer MEA-Platte, welche eine Membran zur Trennung eines Anodenraumes und eines Kathodenraumes umfasst, und mit einem Gehäuseabschnitt, welcher zur Beabstandung der MEA-Platten und/oder der Bipolarplatten in dem Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung zueinander ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen.
- Brennstoffzellenstapel, zum Beispiel für Fahrzeuge, umfassen eine Vielzahl von Brennstoffzellen, die jeweils einen Anodenraum und einen Kathodenraum zeigen. Diese Kathoden- bzw. Anodenräume werden über Kanäle mit einem Brennstoff, zum Beispiel Wasserstoff, und einem Oxidanten, zum Beispiel Sauerstoff, versorgt. Dadurch, dass in einem derartigen Brennstoffzellenstapel oftmals mehr als 100 Brennstoffzellen angeordnet sind, nimmt die Abdichtung der verschiedenen Elektrodenräume sowie der Kanäle eine wichtige Rolle ein, um einen sicheren und dauerhaften Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten.
- Die Druckschrift
DE 102 03 714 A1 betrifft eine Brennstoffzelle sowie einen Brennstoffzellenstapel, wobei in dem Brennstoffzellenstapel abwechselnd MEAs (Membrane-Electrode-Assemblies) sowie sogenannte Separtorenplatten, die wohl Bipolarplatten entsprechen sollen, aufgestapelt sind. Zur Beabstandung der Separatorenplatten zueinander weisen diese randseitig ein aus Harz hergestelltes bilderrahmenförmiges Element auf. - Die Druckschrift
DE 102 504 34 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Modul für eine Brennstoffzellenanordnung, wobei wenigstens zwei Platten ein gemeinsames Dichtelement aus polymerem Material aufweisen, das an die Platten angespritzt ist und durch das die Platten zumindest partiell miteinander verbunden sind. Das Dichtelement dient zugleich zur Beabstandung der Platten zueinander. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Bauweise für einen Brennstoffzellenstapel sowie Membran-Baugruppe mit dieser neuartigen Bauweise vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird durch eine Membran-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruches 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
- Erfindungsgemäß wird eine Membran-Baugruppe für einen Brennstoffzellenstapel vorgeschlagen, wobei der Brennstoffzellenstapel als mobile Energiequelle, zum Beispiel für ein Fahrzeug, geeignet und/oder ausgebildet ist. Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen sowie Bipolarplatten in einer Stapelrichtung zur Bildung von Brennstoffzellen. In dem Brennstoffzellenstapel sind vorzugsweise mehr als 50, insbesondere mehr als 100 und insbesondere mehr als 150 Brennstoffzellen angeordnet.
- Die Membran-Baugruppe umfasst eine MEA-Platte (Membrane-Electrode-Assembly), welche eine Membran zur Trennung eines Anodenraumes und eines Kathodenraumes umfasst. Die Membran ist insbesondere als eine protonenleitende Membran, insbesondere als PEM ausgebildet. Optional weist die MEA-Platte Katalysatorschichten und/oder Gasdiffusionslagen auf.
- Ferner umfasst die Membran-Baugruppe einen Gehäuseabschnitt, welcher zur Beabstandung der MEA-Platten und/oder der Bipolarplatten in dem Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung zueinander ausgebildet ist. Durch den Gehäuseabschnitt wird sichergestellt, dass bei einem Verspannen des Brennstoffzellenstapels die MEA-Platten und/oder die Bipolarplatten nicht unkontrolliert zusammengedrückt werden.
- Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Gehäuseabschnitt über einen Verbindungsabschnitt mit der MEA-Platte verbunden ist. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt über den Verbindungsabschnitt an der MEA-Platte appliziert.
- Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Verbindung zwischen Gehäuseabschnitt und MEA-Platte eine Baueinheit geschaffen wird, die zwar komplex in der Fertigung, jedoch danach besonders einfach in der Montage zu handhaben ist. Dadurch werden mögliche auftretende Fehler in der Prozesskette weiter nach vorne verschoben, so dass diese frühzeitiger erkannt werden können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Reparaturfreundlichkeit des späteren Brennstoffzellenstapels erhöht wird, da die Membran-Baugruppen einfach zu montieren bzw. zu demontieren sind.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Gehäuseabschnitt als ein formstabiles Bauteil ausgebildet, so dass Kompressionskräfte des Brennstoffzellenstapels über den Gehäuseabschnitt abgeleitet werden können.
- Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist nämlich vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt so ausgebildet ist, dass in dem Brennstoffzellenstapel die Gehäuseabschnitte der Mehrzahl der Membran-Baugruppen einen Gehäusebereich bilden, der in Stapelrichtung, insbesondere durchgehend in Stapelrichtung verläuft. Der Gehäusebereich ist vorzugsweise so ausgebildet, dass in Stapelrichtung ein Kraftschluss erzeugbar ist. Insbesondere stellt dieser Gehäusebereich den Hauptkraftschluss in Stapelrichtung dar, so dass keine zu hohen Kompressionskräfte auf die MEA-Platte selbst bzw. auf etwaige Dichtungen in dem Brennstoffzellenstapel aufgebracht werden.
- Es ist besonders bevorzugt, wenn der Gehäusebereich in Umlaufrichtung geschlossen ausgebildet ist, so dass durch den Gehäusebereich ein geschlossenes, vorzugsweise abgedichtetes Gehäuse gebildet wird. Beispielsweise sind die Gehäuseabschnitte bilderrahmenähnlich ausgebildet, wobei die MEA-Platten in diesen bilderrahmenähnlichen Elementen eingelegt sind. Durch eine Stapelung der Gehäuseabschnitte wird ein Turm erzeugt, der durchgehende Wände aufweist.
- In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn die Gehäuseabschnitte miteinander verklebt sind, um die Dichtigkeit weiter zu erhöhen. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Gehäuseabschnitte zueinander, zum Beispiel durch Dichtungen, abgedichtet sind.
- In dieser Ausgestaltung bildet der Gehäuseabschnitt zum einen eine Gehäusefunktion und zum anderen eine Hartstopperfunktion aus.
- Hinsichtlich des Materials ist es bevorzugt, wenn der Gehäuseabschnitt aus einem isolierenden Werkstoff gefertigt ist, so dass keine zusätzlichen Isolationen zwischen den Membran-Baugruppen benötigt werden. Bevorzugt ist beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere Thermoplast oder Duroplast, welcher optional faserverstärkt eingesetzt wird. Zudem ist keine zusätzliche Isolierung zu dem Brennstoffzellenstapel und Kompressionshardware erforderlich.
- Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Gehäuseabschnitt Montagemerkmale auf, die eine Positionierhilfe beim Stapeln der Gehäuseabschnitte in dem Brennstoffzellenstapel und/oder einen Formschluss von benachbarten Gehäuseabschnitten in lateraler Richtung, also senkrecht zu der Stapelrichtung bilden. Durch diese Maßnahme wird die Positionierung der einzelnen Membran-Baugruppen innerhalb des Brennstoffzellenstapels vereinfacht und/oder gesichert. Eine konstruktive Ausgestaltung des Formschlusses kann beispielsweise durch eine Nut-Feder-Verbindung umgesetzt werden. Aber auch andere Maßnahmen, wie zum Beispiel Positionierstifte etc. sind denkbar.
- Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung sind die Gehäuseabschnitte miteinander verklebt und bilden damit einen hervorragenden Schutz gegen Verschmutzungen für die MEA-Platten.
- Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Gehäuseabschnitt und der MEA-Platte einen Dichtungsbereich auf, der zur Abdichtung des Anoden- und/oder des Kathodenraumes ausgebildet ist. Dieser Dichtungsabschnitt kann beispielsweise vollständig umlaufend um den jeweiligen Raum ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass mehrere Dichtungen parallel aneinander gelegt sind oder dass Dichtungen mit verschiedenen Eigenschaften, insbesondere Härten, integriert sind.
- Durch die Nutzung einer vorzugsweise elastischen Dichtung und eines vorzugsweise hochfesten Gehäuseabschnitts wird eine funktionssichere Dichtfunktion durch den harten Anschlag der Gehäuseabschnitte bei der Montage und durch die im Vergleich dazu weichere Dichtung zur Abdichtung der Elektrodenräume umgesetzt. Hierbei wird zugleich erreicht, dass keine zu hohen Kompressionskräfte auf die MEA-Platten bzw. Dichtungen wirken, da der Hauptkraftschluss über die Gehäuseabschnitte erfolgt.
- Es ist besonders bevorzugt, wenn der Dichtungsbereich zur abdichtenden Anlage an die benachbarte Bipolarplatte oder an die benachbarten Bipolarplatten in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist. In dieser Weise wird durch die MEA-Platte, den Dichtungsabschnitt und die angrenzende(n) Bipolarplatte(n) einer beide der Elektrodenräume gebildet.
- Bei einer bevorzugten konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist der Gehäuseabschnitt Aufnahmeorgane auf, die zur Aufnahme der Bipolarplatten ausgebildet sind. Damit ermöglicht es die Erfindung, dass die Membran-Baugruppe um zwei Bipolarplatten erweitert wird, so dass eine einbaufähige Brennstoffzelle nach der Vormontage vorliegt. Um die Montage zu erleichtern, ist es bevorzugt, dass die Bipolarplatte in dem Gehäuseabschnitt in Stapelrichtung gegen ein Herausfallen gesichert ist.
- Besonders bevorzugt ist es, wenn die eine oder die zwei Bipolarplatten in dem Gehäuseabschnitt in Stapelrichtung entweder bündig oder sogar zurückgesetzt angeordnet sind.
- Es ist z. B. auch möglich, dass pro Gehäuseabschnitt bzw. Membran-Baugruppe eine Bipolarplatte vorgesehen ist, welche jedoch beidseitig eine Oberfläche trägt, die in einen Elektrodenraum ragt.
- Bei einer konstruktiv bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung weist der Verbindungsabschnitt einen Rahmenbereich auf, der zur Aufnahme der MEA-Platte ausgebildet ist. Dieser Rahmenabschnitt kann beispielsweise als ein vollumlaufendes oder auch nur teilumlaufendes U-Profil ausgebildet sein, welches die MEA-Platte in Stapelrichtung beidseitig umgreift. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann jedoch bereits die MEA-Platte einen MEA-Rahmen aufweisen, der dann von dem Verbindungsabschnitt umgriffen oder anderweitig gehalten wird.
- Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug, welcher eine Mehrzahl von Membran-Baugruppen nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie er zuvor beschrieben wurde, aufweist.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Membran-Baugruppe für einen Brennstoffzellenstapel als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen in einem Brennstoffzellenstapel als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Gleiche oder einander entsprechende Teile sind jeweils mit den gleichen bzw. entsprechenden Bezugszeichen versehen.
- Die
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Membran-Baugruppe1 , welche für einen Brennstoffzellenstapel2 (2 ) ausgebildet ist. Der Brennstoffzellenstapel2 ist beispielsweise als ein mobiler Energiegenerator für ein Fahrzeug ausgebildet und weist eine Vielzahl, zum Beispiel mehr als 50 oder 100 derartige Membran-Baugruppen1 auf. - Die Membran-Baugruppe
1 zeigt eine MEA-Platte3 , welche in den Figuren nur schematisch darstellt ist und welche eine Membran aufweist, an der beidseitig ein Katalyt und eine Gasdiffusionslage angeordnet ist. Die MEA-Platte3 erstreckt sich flächig in eine Ebene senkrecht zur Zeichenebene. - In dem dargestellten Ausschnitt schließt sich an die MEA-Platte
3 über einen Verbindungsabschnitt4 ein Gehäuseabschnitt5 an. Der Verbindungsabschnitt4 gliedert sich weiterhin in einen Rahmenbereich6 und einen Dichtungsbereich7 auf. Über den Verbindungsabschnitt4 ist der Gehäuseabschnitt5 an der MEA-Platte3 appliziert. Beispielsweise könnte die Applizierung des Dichtungsbereichs7 und des Gehäuseabschnitts5 mit Kunststoff in einem Spritzgießverfahren erfolgen. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt5 verliersicher und/oder unlösbar mit der MEA-Platte3 verbunden. - Der Dichtungsabschnitt
7 ist bevorzugt umlaufend um einen Elektrodenraum8 ausgebildet, so dass dieser strömungstechnisch isoliert ist. Der Dichtungsbereich7 kann sich in Stapelrichtung S beidseitig erstrecken, so dass beidseitig zu der MEA-Platte ein derartiger Elektrodenraum8 , nämlich ein Anoden- und ein Kathodenraum, ausgebildet wird. - Der Gehäuseabschnitt
5 ist aus einem Material ausgebildet, welches steifer oder härter als das Material des Dichtungsbereichs7 realisiert ist, so dass bei der Montage der Membran-Baugruppe1 der Hauptkraftschluss über den Gehäuseabschnitt5 und nicht über die Dichtungsbereiche7 oder die MEA-Platte3 erfolgt. - In die Membran-Baugruppe
1 kann eine Bipolarplatte9 eingesetzt und positioniert werden. Die Bipolarplatte9 ist beispielsweise aus einem metallischen oder graphitischen Werkstoff gefertigt. In dem gezeigten Beispiel kann es sich um ein geprägtes Edelstahlblech handeln. Der Gehäuseabschnitt5 weist Aufnahmeorgane (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Führungsausnehmungen, Rastnasen etc. auf, die zum einen eine präzise Positionierung der Bipolarplatte9 und optional eine Verrastung oder Sicherung der Bipolarplatte9 gegen Herausfallen aus dem Gehäuseabschnitt5 ermöglichen. - Der Rahmenbereich
6 ist so ausgebildet, dass die MEA-Platte3 verliersicher gehalten wird. Z. B. und wie in der1 gezeugt, umgreift der Rahmenbereich6 die MEA-Platte3 klammerartig oder u-förmig. - Die
2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Brennstoffzellenstapel2 mit insgesamt drei Membran-Baugruppen1 . Die Gehäuseabschnitte5 sind in Stapelrichtung berührend angeordnet und bilden in der Gesamtheit einen Gehäuseabschnitt oder ein Gehäuse für die MEA-Platten3 sowie die Bipolarplatten9 . Optional kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseabschnitte5 Montagemerkmale aufweisen, wie zum Beispiel Nut und Feder, so dass die Membran-Baugruppen1 formschlüssig aufeinander gestellt werden können. Optional sind die Gehäuseabschnitte5 miteinander verklebt, so das ein z. B. staubdichtes oder sogar gasdichtes Gehäuse gebildet wird. - Die Gehäuseabschnitte
5 sind beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, zum Beispiel aus Thermoplast oder Duroplast gefertigt. Nachdem ein Hauptkraftschluss in Stapelrichtung S über die Gehäuseabschnitte5 abgetragen wird, sollte ein Kriechen des Materials der Gehäuseabschnitte5 gering sein, wie dies zum Beispiel bei Duroplast gegeben ist. - Über die Dichtungsbereiche
7 wird zwar ein paralleler Kraftschluss gebildet, welcher jedoch nur einen Nebenkraftschluss in Stapelrichtung S darstellt. - Die Vorteile der Erfindung bzw. der Ausführungsbeispiele sind insbesondere darin zu sehen, dass eine funktionssichere Dichtfunktion durch weichere Dichtungsbereiche
7 und im Vergleich dazu härte Gehäuseabschnitte5 erreicht wird. Dadurch werden zu hohe Kompressionskräfte auf die MEA-Platte3 , die Dichtungsbereiche7 und/oder die Bipolarplatten9 vermieden. Die Positionierung der MEA-Platten3 zu den Bipolarplatten9 und der dadurch gebildeten Brennstoffzellen zueinander sind durch die Führung der Gehäuseabschnitte5 sehr gut. Insgesamt wird eine gleichmäßige Kompression über die gesamte Länge des Brennstoffzellenstapels2 erreicht. - Ein weiterer Vorteil ist in der elektrischen Isolierung der Bipolarplatten
9 und des gesamten Brennstoffzellenstapels2 durch die Gehäuseabschnitte5 zu sehen. Ferner ist keine zusätzliche Isolierung zwischen dem Brennstoffzellenstapel2 und Kompressionshardware erforderlich, da diese nur an den Gehäuseabschnitten5 aus Kunststoff angreift. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Membran-Baugruppe
- 2
- Brennstoffzellenstapel
- 3
- MEA-Platte
- 4
- Verbindungsabschnitt
- 5
- Gehäuseabschnitt
- 6
- Rahmenbereich
- 7
- Dichtungsbereich
- 8
- Elektrodenraum
- 9
- Bipolarplatte
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10203714 A1 [0003]
- DE 10250434 A1 [0004]
Claims (15)
- Membran-Baugruppe (
1 ) für einen Brennstoffzellenstapel (2 ), wobei in dem Brennstoffzellenstapel (2 ) eine Mehrzahl derartiger Membran-Baugruppen (1 ) sowie Bipolarplatten (9 ) in einer Stapelrichtung (S) zur Bildung von Brennstoffzellen aufgestapelt sind, mit einer MEA-Platte (3 ), welche eine Membran zur Trennung eines Anodenraums und eines Kathodenraums umfasst, und mit einem Gehäuseabschnitt (5 ), welcher zur Beabstandung der MEA-Platten (3 ) und/oder der Bipolarplatten (9 ) zueinander in Stapelrichtung (S) in dem Brennstoffzellenstapel (1 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Gehäuseabschnitt (5 ) über einen Verbindungsabschnitt (4 ) mit der MEA-Platte verbunden ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (5 ) als ein formstabiles Bauteil ausgebildet ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (5 ) so ausgebildet ist, dass die Gehäuseabschnitte (5 ) der Mehrzahl der Membran-Baugruppen (1 ) in dem Brennstoffzellenstapel (2 ) einen Gehäusebereich bilden, der in Stapelrichtung () verläuft. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusebereich in Umlaufrichtung um die Stapelrichtung (S) geschlossen ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusebereich in Stapelrichtung (S) in einem Kraftschluss, insbesondere in einem Hauptkraftschluss des Brennstoffzellenstapels (1 ) liegt. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (5 ) Montagemerkmale aufweist, die eine Positionierhilfe beim Stapeln der Gehäuseabschnitte (5 ) und/oder einen Formschluss von benachbarten Gehäuseabschnitten (5 ) in lateraler Richtung bilden. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (4 ) einen Dichtungsbereich (7 ) umfasst, der zur Abdichtung des Anoden- und/oder Kathodenraums (7 ) ausgebildet ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbereich (7 ) zur abdichtenden Anlage an benachbarten Bipolarplatten (9 ) in dem Brennstoffzellenstapel (2 ) ausgebildet ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (5 ) Aufnahmeorgane aufweist, die zur Aufnahme der Bipolarplatten (9 ) ausgebildet sind. - Membran-Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeorgane eine Positionierung der Bipolarplatte (
9 ) in Stapelrichtung und/oder in lateraler Richtung definieren. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch mindestens eine Bipolarplatte (9 ), welche in dem Gehäuseabschnitt (5 ) in Stapelrichtung (S) bündig oder zurückgesetzt angeordnet ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (9 ) in dem Gehäuseabschnitt (5 ) in Stapelrichtung (S) gegen ein Herausfallen gesichert ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (4 ) einen Rahmenbereich (6 ) aufweist, der zur Aufnahme der MEA-Platte (3 ) ausgebildet ist. - Membran-Baugruppe (
1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmenbereich (6 ) in einem Längsschnitt entlang der Stapelrichtung (S) die MEA-Platte (3 ) in einem Randbereich umgreift. - Brennstoffzellenstapel (
2 ) für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Membran-Baugruppen (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20040023090A1 (en) * | 2002-03-30 | 2004-02-05 | Pearson Kenneth E. | Fuel cell system |
| WO2005008818A2 (de) * | 2003-07-11 | 2005-01-27 | Stefan Nettesheim | Brennstoffzellenanordnung und verfahren zur herstellung |
| DE102004028857A1 (de) * | 2004-06-15 | 2006-01-12 | Carl Freudenberg Kg | Substrat mit integrierter Dichtung |
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| DE112007000024B4 (de) * | 2006-04-21 | 2009-04-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma-shi | Brennstoffzelle des Festkörperpolymer-Typs und Brennstoffzellenstapel |
| JP4367477B2 (ja) * | 2006-10-30 | 2009-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10250434A1 (de) | 2002-10-30 | 2004-05-13 | Ab Skf | Modul für eine Brennstoffzellenanordnung |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2869376A4 (de) * | 2012-07-02 | 2015-07-29 | Nissan Motor | Brennstoffzellenstapel |
| US9979042B2 (en) | 2012-07-02 | 2018-05-22 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
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