DE102009039901A1 - Brennstoffzelleneinheit, Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzelleneinheiten - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit mit einer MEA-Platte, mit dazu benachbarten Bipolarplatten, die so angeordnet sind, dass sich beidseitig zu der MEA-Platte jeweils ein Elektrodenraum ausbildet, mit einer Dichtung, wobei die Dichtung mindestens einen der Elektrodenräume abdichtet und mit einem Hinterlandstopperbereich, welcher zur Beabstandung der Bipolarplatten und/oder der MEA-Platte ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl dieser Brennstoffzelleneinheiten. Brennstoffzellensysteme werden als mobile Energieversorgungseinheiten bei Fahrzeugen eingesetzt und stellen den für den Antriebsmotor notwendigen Strom zur Verfügung. Die Brennstoffzellensysteme umfassen ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel, in denen eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen angeordnet sind. Es ist üblich, mehr als 50 oder 100 derartiger Brennstoffzellen pro Stapel anzuordnen, um eine ausreichend Spannung bzw. Leistung zu erreichen. Die Stapelbauweise ist jedoch auch mit Problemen hinsichtlich der Abdichtung und der mechanischen Belastung der einzelnen ...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit mit einer MEA-Platte, mit dazu benachbarten Bipolarplatten, die so angeordnet sind, dass sich beidseitig zu der MEA-Platte jeweils ein Elektrodenraum ausbildet, mit einer Dichtung, wobei die Dichtung mindestens einen der Elektrodenräume abdichtet und mit einem Hinterlandstopperbereich, welcher zur Beabstandung der Bipolarplatten und/oder der MEA-Platte ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl dieser Brennstoffzelleneinheiten.
- Brennstoffzellensysteme werden als mobile Energieversorgungseinheiten bei Fahrzeugen eingesetzt und stellen den für einen Antriebsmotor notwendigen Strom zur Verfügung. Die Brennstoffzellensysteme umfassen ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel, in denen eine Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen angeordnet sind. Es ist üblich, mehr als 50 oder 100 derartiger Brennstoffzellen pro Stapel anzuordnen, um eine ausreichende Spannung bzw. Leistung zu erreichen.
- Die Stapelbauweise ist jedoch auch mit Problemen hinsichtlich der Abdichtung und der mechanischen Belastung der einzelnen Brennstoffzellen bzw. Stapelkörper belegt. Betrachtet man z. B. einen Brennstoffzellenstapel mit 100 Brennstoffzellen, so ergeben sich 200 Elektrodenräume, also Kathoden- oder Anodenräume, sowie eine entsprechende Anzahl von Zu- oder Ableitungen für die Arbeitsgase.
- Die Druckschrift
, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, zeigt einen Brennstoffzellenstapel mit Bipolarplatten und MEA-Einheiten als Stapelkörper, die abwechselnd angeordnet sind, wobei Brennstoffzellen gebildet werden. Eine der Bipolarplatten pro Brennstoffzelle weist in einem Randbereich einen Stopper auf, welcher beispielsweise durch eine Verdickung der Bipolarplatte gebildet ist, so dass der Zwischenraum zwischen den Bipolarplatten innerhalb eines vernünftigen Maßes kontrolliert ist und insbesondere kein zu enger oder zu weiter Spalt zwischen den Bipolarplatten entstehen kann.US 2006/70147785 A1 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzelleneinheit bzw. einen Brennstoffzellenstapel mit derartigen Brennstoffzelleneinheiten vorzuschlagen, welche wirtschaftlich zu fertigen ist und zugleich eine hohe Funktionssicherheit bereitstellt.
- Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzelleneinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruches 14 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
- Im Rahmen der Erfindung wird eine Brennstoffzelleneinheit vorgeschlagen, welche bevorzugt für die Integration in einen Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst eine MEA-Platte (Membran-Electrode-Assembly), welche mindestens eine Membran, insbesondere eine protonenleitende Membran (PEM), sowie vorzugsweise Katalysatorschichten und/oder Gasdiffusionslagen aufweist.
- Dazu benachbart sind Bipolarplatten angeordnet, die beidseitig zu der MEA-Platte jeweils einen Elektrodenraum, nämlich einen Anodenraum und einen Kathodenraum, ausbilden. MEA-Platte und Bipolarplatten werden als Stapelkörper in einem Brennstoffzellenstapel und/oder in der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. In den Elektrodenräumen, welche durch die Membran voneinander getrennt sind, findet im Betrieb der elektrochemische Prozess statt, durch den chemische Energie aus einem Brennstoff, meist Wasserstoff, und einem Oxidanten, meist Sauerstoff, in elektrische Energie gewandelt wird.
- Es ist eine Dichtung vorgesehen, wobei die Dichtung mindestens einen, vorzugsweise beide Elektrodenräume, insbesondere umlaufend abdichtet.
- Zudem weist die Brennstoffzelleneinheit einen Hinterlandstopperbereich auf, welcher zur Beabstandung der Bipolarplatten und/oder der MEA-Platte in Stapelrichtung ausgebildet ist. Der Hinterlandstopperbereich ist außerhalb der Elektrodenräume, also von den Elektrodenräumen durch die Dichtung getrennt, angeordnet.
- Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Dichtung über ein Spritzverfahren an die MEA-Platte appliziert ist.
- Vorteile des neuen Konzeptes sind darin zu sehen, dass die Dichtung bereits vor dem Einbau der MEA-Platte in den Brennstoffzellenstapel bzw. in die Brennstoffzelleneinheit an die MEA-Platte appliziert werden kann. Dadurch wird die Montage wesentlich vereinfacht, da eine Fehlmontage der Dichtung als separates Teil nicht erfolgen kann.
- Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Funktion „Positionierung” der Stapelkörper in Stapelrichtung im Stapel zueinander von der Funktion der Abdichtung der Gase im Stapel entkoppelt ist. Damit kann die Dichtung entlastet werden und optional weicher ausgelegt werden.
- Durch diese neue Designfreiheit kann eine optimale Auslegung sowohl für die Positionierungsfunktion als auch für die Dichtungsfunktion hinsichtlich Werkstoff und Fertigungstechnologie erreicht werden. Insgesamt ergibt sich eine einfach zu montierende und damit kostengünstige und sehr funktionssichere Brennstoffzelleneinheit.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtung in einem LIM-Verfahren (Liquid-Injection-Molding) hergestellt. Hierbei wird die MEA-Platte in ein Werkzeug eingelegt und die Dichtung zum Beispiel als flüssiger Zweikomponentenkunststoff angespritzt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das Dichtungsmaterial ein Silikonwerkstoff.
- Besonders bevorzugt ist es, wenn die Dichtung nach dem Spritzverfahren mit der MEA-Platte unlösbar verbunden ist. In dieser Ausführungsform wird bei der Montage der MEA-Platte in dem Stapel bzw. der Brennstoffzelleneinheit zwangsweise zugleich die Dichtung montiert. Die Verbindung zwischen MEA-Platte und Dichtung kann beispielsweise über einen Stoffschluss, einen Haftschluss und/oder einen Formschluss mit der MEA-Platte erfolgen. Bei einem Formschluss können z. B. entsprechende Aussparungen oder Durchgangsöffnungen in der MEA-Platte vorgesehen sein.
- Es ist besonders bevorzugt, wenn die Dichtung vollständig umlaufend um die MEA-Platte ausgebildet ist. Mit einer umlaufenden Dichtung können die Elektrodenräume besonders einfach abgedichtet werden. Besonders bevorzugt dichtet die Dichtung in einer einstückigen Ausbildung sowohl den Anodenraum als auch den Kathodenraum ab.
- Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtung die Gasdiffusionslage oder -lagen in Stapelrichtung der MEA-Platte umgreift und/oder seitlich abdichtet. Vorzugsweise erfolgt die seitliche und/oder umgreifende Abdichtung vollständig umlaufend um die MEA-Platte. Bei einem Umgreifen zeigt die Dichtung im Kontaktbereich zu der MEA-Platte in einem Längsschnitt parallel zur Stapelrichtung zum Beispiel eine U-förmige Gestalt, wobei die freien Schenkel des U auf der Oberseite bzw. Unterseite der MEA-Platte anliegen. Falls nur die Seitenflächen senkrecht zur Stapelrichtung abgedichtet sein sollen, sind auf der Oberseite bzw. Unterseite der MEA-Platte keine Dichtungsbereiche positioniert.
- Es ist jedoch besonders bevorzugt, wenn die Dichtung in Stapelrichtung zumindest in Abschnitten zwischen der MEA-Platte, insbesondere der Gasdiffusionslage, und der benachbarten Bipolarplatte abdichtend angeordnet ist, so dass sich ein Kraftschluss zwischen Bipolarplatte, Dichtung und Gasdiffusionslage in Stapelrichtung ergibt. Die Dichtung erfolgt somit nicht oder nicht nur zwischen den Bipolarplatten, sondern zwischen der MEA-Platte und der Bipolarplatte. Für den Fall, dass die Bipolarplatte metallisch ausgebildet ist, kann diese eine parallel zur Dichtung verlaufende Sicke aufweisen, um die Funktionssicherheit der Dichtung zu erhöhen.
- Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung ist vorgesehen, dass sich die Hinterlandstopperbereiche benachbarter Bipolarplatten gegenseitig abstützen. Der Kraftfluss erfolgt dann zwischen den Bipolarplatten unter Ausklammerung der MEA-Platte. Es ist dabei optional möglich, dass zwischen den Hinterlandstopperbereichen benachbarter Bipolarplatten eine elektrische Isolierung und/oder ein elastischer Bereich angeordnet ist.
- Allgemein ist es nämlich bevorzugt, wenn der Hauptkraftschluss des Brennstoffzellenstapels über die Hinterlandstopperbereiche erfolgt und nur ein kleinerer Nebenkraftschluss über die Dichtungen abgetragen wird, um diese unabhängig von mechanischen Belastungen auslegen zu können. Es ist jedoch sinnvoll, zwischen den Hinterlandstopperbereichen elektrische Isolierungen anzuordnen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Alternativ hierzu können die Hinterlandstopperbereiche auch aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein.
- Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Isolierung zwischen den Hinterlandstopperbereichen elastisch ausgebildet, um etwaige Fertigungstoleranzen elastisch ausgleichen zu können.
- Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Dichtung bis zwischen die Hinterlandstopperbereiche der angrenzenden Bipolarplatten. Damit bildet die Dichtung neben der Dichtungsfunktion auch ein elastisches und/oder elektrisch isolierendes Zwischenelement zwischen den Hinterlandstopperbereichen aus. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Bauteile eingespart werden können, da auf eine zusätzliche elektrisch isolierende/elastische Zwischenlage zwischen den Hinterlandstopperbereichen verzichtet werden kann.
- Die Bipolarplatten können z. B. aus einem metallischen oder einem graphitischen Werkstoff bestehen. Die Hinterlandstopperbereiche können umlaufend und/oder unterbrochen und/oder nur in Bereichen angebracht sein. Insellösungen sind ebenfalls möglich.
- Besonders bevorzugt sind die Hinterlandstopperbereiche einstückig mit den Bipolarplatten ausgebildet. Im Fall eines metallischen Werkstoffes, zum Beispiel, wenn die Bipolarplatten aus Edelstahlblechen gefertigt sind, können die Hinterlandstopperbereiche durch Umformen eingebracht werden. Im Fall von graphitischen Materialien werden die Hinterlandstopperbereiche vorzugsweise durch Abtragen von anderen Bereichen erzeugt. Andere Fertigungsverfahren wie z. B. Urformen, Fügen etc zur Fertigung der Hinterlandstopperbereiche sind ebenfalls denkbar. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Hinterlandstopperbereiche als separate Bauteile eingesetzt werden.
- Die Hinterlandstopperbereiche können in manchen Ausführungsformen starr oder im Wesentlichen starr ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Hinterlandstopperbereiche auch nachgiebig und/oder elastisch realisiert sein, wobei die elastische Eigenschaft wahlweise durch eine Formelastizität und/oder eine Werkstoffelastizität erreicht wird. Bei der Auslegung ist es jedoch – wie bereits erläutert – bevorzugt, wenn der Hauptkraftschluss über die Hinterlandstopperbereiche und nur ein Nebenkraftschluss über die Dichtung oder die aktiven Bereiche der Brennstoffzelleneinheit, also über die Gasdiffusionslage und die Membran, abgeleitet werden. Somit wird durch das Abstützen der Bipolarplatten über die Hinterlandstopperbereiche der Hauptdichtbereich aus dem Hauptkraftschluss genommen.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist, insbesondere, um Antriebsenergie für einen Antriebsmotor zur Verfügung zu stellen. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Vielzahl von Brennstoffzelleneinheiten auf, wie sie zuvor beschrieben worden sind bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheiten wird erreicht, dass die Endplatten des Brennstoffzellenstapels sich über die Hinterlandstopperbereiche und die aktive Area abstützen, wobei der Hauptkraftschluss über die Hinterlandstopperbereiche erfolgt.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt entlang der Stapelrichtung durch eine Brennstoffzelleneinheit als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 in gleicher Darstellung wie die1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Brennstoffzelleneinheit1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelleneinheit1 ist insbesondere für einen mobilen Einsatz, zum Beispiel in einem Fahrzeug, zur Erzeugung der Antriebsenergie ausgelegt. Hierzu werden eine Vielzahl, zum Beispiel mehr als 50 oder 100 derartiger Brennstoffzelleneinheiten in einem Brennstoffzellenstapel angeordnet. - In dem gezeigten Bereich sind 3 Stapelkörper in einer Stapelrichtung S angeordnet, wobei mittig eine MEA-Platte
2 liegt, die in Stapelrichtung S beidseitig an Bipolarplatten3 angrenzt. Die MEA-Platte2 umfasst eine Membran4 , an die beidseitig jeweils eine Katalysatorschicht5 und eine Gasdiffusionslage6 angrenzen. Membran4 , Katalysatorschicht5 und Gasdiffusionslage6 erstrecken sich flächig in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene. Durch die Membran4 , welche insbesondere als eine Protonenaustauschmembran (PEM) ausgebildet ist, wird ein Anodenraum und ein Kathodenraum7a , b voneinander getrennt. Durch die angrenzenden Bipolarplatten3 wird der Anoden- bzw. Kathodenraum7a , b in bzw. gegen die Stapelrichtung S abgeschlossen. Die Bipolarplatten3 können aus einem graphitischen Werkstoff oder – wie hier gezeigt – aus einem metallischen Werkstoff, z. B. aus Edelstahlblechen, gefertigt sein. - Die Abdichtung zwischen den Bipolarplatten
3 und der MEA-Platte2 erfolgt durch eine Dichtung8 , welche umlaufend um den Anoden- bzw. Kathodenraum7a , b ausgebildet ist. Die Dichtung8 ist in dem gezeigten Beispiel als LIM-Dichtung, also eine Liquid-Injection-Molding-Dichtung ausgebildet und wird vor dem Einbau der MEA-Platte2 seitlich umlaufend an die MEA-Platte2 angespritzt. Wie sich aus der1 ergibt, umgreift die Dichtung8 die MEA-Platte2 so, dass auch die Gasdiffusionslagen6 u-förmig mit umgriffen sind. Durch diese Ausführung erfolgt die Abdichtung der Kathoden- bzw. Anodenräume7a , b nicht nur in lateraler Richtung neben der MEA-Platte2 , sondern in Stapelrichtung S auch deckungsgleich zu der MEA-Platte2 . - Konstruktiv betrachtet zeigen die Bipolarplatten
3 an ihren den Anoden- bzw. Kathodenraum7a , b abgewandten Randbereichen einen Hinterlandstopper9 , also einen Bereich, dessen Erstreckung oder Dicke in Stapelrichtung S größer als die sonstige Bipolarplatte3 ist. Optional sind diese nachgiebig und/oder elastisch ausgebildet. Die Elastizität wird bei dem Ausführungsbeispiel in der1 durch eine Formelastizität erreicht. Durch den Hinterlandstopper9 wird außerhalb des abgedichteten Bereichs eine Beabstandung der Bipolarplatten3 zueinander sicher gestellt. Dies führt auch dazu, dass Kräfte in Stapelrichtung S über die Hinterlandstopper9 abgetragen werden und nicht oder weniger über die Dichtungen8 oder die Gasdiffusionslagen6 . Die Hinterlandstopper9 stützen sich dabei in Stapelrichtung S beidseitig an den Bipolarplatten3 ab. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Hinterlandstopper9 einstückig mit den Bipolarplatten3 ausgebildet. Zueinander sind die Hinterlandstopper9 durch eine Isolierung10 elektrisch isoliert. Optional kann die Isolierung10 als eine elastische Zwischenschicht ausgebildet sein und stellt damit eine weitere Komponente dar, über deren Auslegung das Verhältnis zwischen Hauptkraftfluss über die Hinterlandstopper10 und die Dichtung8 zu beeinflussen ist. - Die
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Brennstoffzelleneinheit1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Vergleich zu der Ausführungsform in der1 ist die Isolierung10 ein integraler Bestandteil der Dichtung8 . Bei einer ersten Alternative kann die Isolierung10 als ein separates Bauteil in die Dichtung8 eingespritzt sein und so mit dieser verbunden sein. Bei einer anderen Umsetzungsalternative wird die Isolierung10 gemeinsam mit der Dichtung8 gespritzt, also im Werkzeug urgeformt. Die Hinterlandstopper9 stützen sich bei diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar auf der Dichtung8 bzw. der Isolierung10 ab. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennstoffzelleneinheit
- 2
- MEA-Platte
- 3
- Bipolarplatte
- 4
- Membran
- 5
- Katalysatorschicht
- 6
- Gasdiffusionslage
- 7a, b
- Anoden- und Kathodenraum
- 8
- Dichtung
- 9
- Hinterlandstopper
- 10
- Isolierung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- US 2006/70147785 A1 [0004]
Claims (14)
- Brennstoffzelleneinheit (
1 ) mit einer MEA-Platte (2 ), mit dazu benachbarten Bipolarplatten (3 ), die so angeordnet sind, dass sich beidseitig zu der MEA-Platte (2 ) jeweils ein Elektrodenraum (7a , b) ausbildet, mit einer Dichtung (8 ), wobei die Dichtung (8 ) mindestens einen der Elektrodenräume (7a , b) abdichtet, einen Hinterlandstopperbereich (9 ), welcher zur Beabstandung der Bipolarplatten (3 ) und/oder der MEA-Platte (2 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet dass die Dichtung (8 ) über ein Spritzverfahren an die MEA-Platte (2 ) appliziert ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8 ) in einem LIM-Verfahren (Liquid Injection Moulding) Verfahren hergestellt ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8 ) aus Silikon besteht und/oder umfasst. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung mit der MEA-Platte (2 ) unlösbar verbunden ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8 ) stoffschlüssig, haftschlüssig und/oder formschlüssig mit der MEA-Platte (2 ) verbunden ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8 ) vollständig um die MEA-Platte (2 ) ausgebildet ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MEA-Platte (2 ) eine Membran (4 ), Katalysatorschichten (5 ) und Gasdiffusionslagen (6 ) umfasst, wobei die Dichtung (8 ) die Gasdiffusionslagen (6 ) in Stapelrichtung (S) vollständig umgreift und/oder seitlich abdichtet. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8 ) in Stapelrichtung (S) zumindest abschnittsweise zwischen der MEA-Platte (2 ), insbesondere der Gasdiffusionslage (6 ), und der benachbarten Bipolarplatte (3 ) abdichtend angeordnet ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hinterlandstopperbereiche (9 ) benachbarter Bipolarplatten (3 ) gegenseitig abstützen. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hinterlandstopperbereichen (9 ) benachbarter Bipolarplatten (3 ) eine elektrische Isolierung (10 ) angeordnet ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung (10 ) elastisch ausgebildet ist. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtung (8 ) bis zwischen die Hinterlandstopperbereiche (9 ) der angrenzenden Bipolarplatten (3 ) erstreckt. - Brennstoffzelleneinheit (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterlandstopperbereiche (9 ) elastisch ausgebildet sind. - Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vielzahl der Brennstoffzelleneinheiten (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Cited By (7)
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| DE102010054305A1 (de) * | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Daimler Ag | Brennstoffzellenstapel mit mehreren Brennstoffzellen |
| DE102014221351A1 (de) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Volkswagen Ag | Brennstoffzelle |
| DE102015221158A1 (de) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit und Membran-Elektroden-Einheit |
| DE202016107302U1 (de) * | 2016-12-22 | 2018-03-27 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Separatorplatte für ein elektrochemisches System |
| DE102017201989A1 (de) | 2017-02-08 | 2018-08-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Separatorplatte mit Distanzelement sowie Brennstoffzellensystem |
| WO2019048101A1 (de) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Audi Ag | Verfahren zur herstellung eines verbunds aus einer bipolarplatte und einer membran-elektroden-einheit mit hilfe einer magnetischen fixierung |
| DE102020203069A1 (de) | 2020-03-11 | 2021-09-16 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Brennstoffzelle, Brennstoffzellenstapel |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111384416B (zh) * | 2020-03-25 | 2025-08-26 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池双极板密封结构和密封方法 |
| CN113113628B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-10-14 | 东风汽车集团股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池及燃料电池汽车 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060147785A1 (en) | 2004-12-30 | 2006-07-06 | Industrial Technology Research Institute | Fuel cell |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4105421B2 (ja) * | 2001-10-31 | 2008-06-25 | 株式会社日立製作所 | 固体高分子型燃料電池用電極及びそれを用いた固体高分子型燃料電池並びに発電システム |
| US20030224237A1 (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-04 | Vanderleeden Olen R. | Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell |
| JP5062389B2 (ja) * | 2005-07-15 | 2012-10-31 | Nok株式会社 | 燃料電池およびその製造方法 |
| JP2007193971A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| CN101542799B (zh) * | 2007-03-30 | 2012-10-24 | 松下电器产业株式会社 | 高分子电解质型燃料电池和电极-膜-框接合体的制造方法 |
-
2009
- 2009-09-03 DE DE102009039901A patent/DE102009039901A1/de not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-07-28 WO PCT/EP2010/004610 patent/WO2011026543A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060147785A1 (en) | 2004-12-30 | 2006-07-06 | Industrial Technology Research Institute | Fuel cell |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010054305A1 (de) * | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Daimler Ag | Brennstoffzellenstapel mit mehreren Brennstoffzellen |
| DE102014221351A1 (de) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Volkswagen Ag | Brennstoffzelle |
| US10790520B2 (en) | 2014-10-21 | 2020-09-29 | Audi Ag | Fuel cell |
| DE102015221158A1 (de) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Einheit und Membran-Elektroden-Einheit |
| DE202016107302U1 (de) * | 2016-12-22 | 2018-03-27 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Separatorplatte für ein elektrochemisches System |
| DE102017201989A1 (de) | 2017-02-08 | 2018-08-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Separatorplatte mit Distanzelement sowie Brennstoffzellensystem |
| US11387468B2 (en) | 2017-02-08 | 2022-07-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Separator plate having spacer element and fuel cell system |
| WO2019048101A1 (de) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Audi Ag | Verfahren zur herstellung eines verbunds aus einer bipolarplatte und einer membran-elektroden-einheit mit hilfe einer magnetischen fixierung |
| US11316179B2 (en) | 2017-09-05 | 2022-04-26 | Volkswagen Ag | Method for producing a composite of a bipolar plate and a membrane electrode assembly with the aid of a magnetic fixing |
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