DE102013223817A1 - Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack - Google Patents
Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013223817A1 DE102013223817A1 DE102013223817.7A DE102013223817A DE102013223817A1 DE 102013223817 A1 DE102013223817 A1 DE 102013223817A1 DE 102013223817 A DE102013223817 A DE 102013223817A DE 102013223817 A1 DE102013223817 A1 DE 102013223817A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- media distribution
- sealing element
- fuel cell
- membrane
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0232—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenelement mindestens aufweisend zwei Medienverteilereinheiten und eine zwischen den beiden Medienverteilereinheiten angeordnete Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Membran-Elektroden-Einheit-Einheit zumindest abschnittsweise ein erstes Dichtungselement und die beiden Medienverteilereinheiten jeweils zumindest abschnittsweise ein zweites Dichtungselement aufweisen, und wobei das erste Dichtungselement und das zweite Dichtungselement sich zumindest abschnittweise kontaktieren. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel, aufweisend mindestens zwei miteinander in Reihe angeordneter Membran-Elektroden-Einheiten und zwischen den beiden Membran-Elektroden-Einheiten angeordnete sowie diese begrenzend angeordnete Medienverteilereinheiten, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellenelementes oder des Brennstoffzellenstapels.The present invention relates to a fuel cell element having at least two media distribution units and arranged between the two media distribution units membrane electrode assembly, wherein the membrane electrode unit unit at least partially a first sealing element and the two media distribution units each at least partially have a second sealing element, and wherein the first sealing element and the second sealing element contact at least in sections. Furthermore, the invention relates to a fuel cell stack comprising at least two membrane electrode units arranged in series with one another and media distribution units arranged between the two membrane electrode units and also delimiting them, as well as a method for producing the fuel cell element or the fuel cell stack.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenelement nach Anspruch 1, einen Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 9 und ein Verfahren nach Anspruch 10 zum Herstellen des Brennstoffzellenelements bzw. des Brennstoffzellenstapels, wobei die Brennstoffzelle aus wenigstens zwei Medienverteilereinheiten und einer zwischen den beiden Medienverteilereinheiten angeordneten Membran-Elektroden-Einheit besteht und die Membran-Elektroden-Einheit ein erstes Dichtungselement und die Medienverteilereinheit ein zweites Dichtungselement aufweisen.The present invention relates to a fuel cell element according to
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Grundsätzlich ist es bekannt, dass eine Brennstoffzelle, welche eine galvanische Zelle ist, die eine chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt, aus Elektroden besteht, die durch eine semipermeable Membran oder einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Die Elektrodenplatten oder auch Bipolarplatten genannt, weisen vornehmlich einen metallischen Werkstoff auf und sind mit einem Katalysator, wie beispielsweise einem Platinmaterial oder einem Palladiummaterial oder auch anderen Katalysatoren beschichtet.Basically, it is known that a fuel cell, which is a galvanic cell that converts a chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidant into electrical energy, consists of electrodes separated by a semipermeable membrane or an electrolyte. The electrode plates or also called bipolar plates, mainly comprise a metallic material and are coated with a catalyst such as a platinum material or a palladium material or other catalysts.
Bipolarplatten werden bekanntlich aus zwei Metallfolien hergestellt, wobei eine oder mehrere (Gas-)Verteilerstrukturen in Form von beispielsweise Kanälen mittels eines Prägeverfahrens auf die Folienoberflächen der Folien aufgebracht werden können. Nach einem Fügen dieser beiden Folien miteinander entstehen durch diese Gasverteilerstrukturen entsprechende Hohlräume, durch welche hindurch ein Kühlmedium strömen kann.Bipolar plates are known to be made of two metal foils, wherein one or more (gas) distribution structures in the form of, for example, channels can be applied to the foil surfaces of the foils by means of an embossing process. After joining these two films together, corresponding cavities are created by these gas distributor structures through which a cooling medium can flow.
Vorteilhaft werden auf beiden Oberflächen der jeweiligen Folien, das heißt auf der Vorderseite (Innenseite) genauso wie auch auf der Rückseite (Außenseite) entsprechende Verteilerstrukturen aufgebracht, sodass durch die Verteilerstruktur auf der Außenseite der gefügten Folien beispielsweise die Reaktionsgase geleitet werden können. Auf der Anodenseite tritt als Reaktionsgas Wasserstoff und auf der Kathodenseite Luft auf.Advantageously, corresponding distributor structures are applied to both surfaces of the respective foils, that is to say on the front side (inner side) as well as on the rear side (outer side), so that the reaction gases can be passed through the distributor structure on the outside of the joined foils, for example. Hydrogen appears on the anode side as the reaction gas and air on the cathode side.
Alternativ können anstelle der Folien mit geprägter Verteilerstruktur auf deren Oberflächen auch zwei planare Folien mit ebenen Oberflächen verwendet werden. In diesem Fall werden zwischen diesen beiden Folien und auch auf den beiden äußeren Folienseiten zusätzliche Strukturelemente zum Leiten der Medien, das heißt zum Leiten von gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. Fluiden, angeordnet. Alternatively, instead of the films with an embossed distribution structure on the surfaces of which two planar films with flat surfaces can be used. In this case, additional structural elements for conducting the media, that is for the conduction of gaseous and / or liquid media or fluids, are arranged between these two films and also on the two outer sides of the film.
Eine Anordnung einer aus zwei Folien bestehenden Bipolarplatte erfordert demnach eine Abdichtung der Bipolarplatte zum einen gegenüber der die Bipolarplatte umgebende Umgebung und zum anderen auch eine Abdichtung innerhalb der Bipolarplatte zwischen den einzelnen Strukturelementen oder den Verteilerstrukturen. Mittels der Verwendung derartiger Dichtungen soll es ermöglicht werden, dass sich die einzelnen Medien, wie das Anodengas, das Kathodengas und/oder das Kühlmedium nicht untereinander bzw. miteinander vermischen. Des Weiteren wird auch ein Austritt eines dieser Medien nach außen in die Außenumgebung vermieden.An arrangement of a bipolar plate consisting of two foils therefore requires a seal of the bipolar plate on the one hand against the environment surrounding the bipolar plate and, on the other hand, also a seal within the bipolar plate between the individual structural elements or the distributor structures. By means of the use of such seals it should be made possible that the individual media, such as the anode gas, the cathode gas and / or the cooling medium, do not mix with one another or with one another. Furthermore, escape of one of these media to the outside into the outside environment is avoided.
Diese an den einzelnen Folien bzw. Separatorfolien der Bipolarplatte angeordneten Dichtungen müssen grundsätzlich vor dem Zusammenbau der Bipolarplatte an jede einzelne Folie angespritzt werden. Dies erfordert ein zeit- und kostenintensives Spritzverfahren, bei welchem auch die Anordnungen der einzelnen Folien zueinander derart beachtet werden müssen, dass eine oben genannte erforderliche Abdichtung der Verteilerstrukturen bei einem Zusammenbau der Folien zu einer Bipolarplatte gewährleistet werden kann.These seals arranged on the individual foils or separator foils of the bipolar plate must always be injection-molded onto each individual foil prior to the assembly of the bipolar plate. This requires a time-consuming and cost-intensive spraying process, in which the arrangements of the individual foils to one another must be taken into account in such a way that an above-mentioned required sealing of the distributor structures can be ensured in an assembly of the foils to a bipolar plate.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzellenelement, einen Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenelementes bzw. eines Brennstoffzellenstapels zu schaffen, durch welche in einfacher und kostengünstiger Art und Weise eine prozesssichere Abdichtung der Verteilerstrukturen gegenüber der Außenumgebung und auch untereinander hinsichtlich der Vermeidung von Medienvermischungen ermöglicht wird.It is therefore the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a fuel cell element, a fuel cell stack and a method for producing a fuel cell element or a fuel cell stack, by which in a simple and cost-effective manner, a reliable sealing of the distributor structures against the outside environment and also with each other in terms of avoidance of media blending is made possible.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellenelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruches 9 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen des Brennstoffzellenelementes oder des Brennstoffzellenstapels mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Brennstoffzellenelement bzw. dem Brennstoffzellenstapel beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is achieved by a fuel cell element with the features of
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenelement weist mindestens zwei Medienverteilereinheiten und eine zwischen den beiden Medienverteilereinheiten angeordnete Membran-Elektroden-Einheit, wobei die Membran-Elektroden-Einheit zumindest abschnittsweise ein erstes Dichtungselement und die beiden Medienverteilereinheiten jeweils zumindest abschnittsweise ein zweites Dichtungselement aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kontaktieren sich das erste Dichtungselement und das zweite Dichtungselement zumindest abschnittweise. The fuel cell element according to the invention has at least two media distribution units and a membrane electrode unit arranged between the two media distribution units, wherein the membrane electrode unit at least partially a first sealing element and the two media distribution units at least partially have a second sealing element. In the context of the present invention, the first sealing element and the second sealing element contact each other at least in sections.
Die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) bildet einen wesentlichen Bestandteil eines Brennstoffzellenelementes und weist zumindest ein Kathodenelement und ein Anodenelement sowie ein zwischen dem Kathodenelement und dem Anodenelement angeordnetes Elektrolyt-Membran-Element auf. Vorzugsweise ist die Membran-Elektroden-Einheit plattenförmig ausgestaltet und weist folglich zwei parallele Reaktionsflächen sowie diese Reaktionsflächen verbindende Mantelflächen auf. Es ist folglich denkbar, dass die Membran-Elektroden-Einheit in Form eines Quaders, insbesondere in Form einer Platte oder eines Zylinders, insbesondere in Form einer Scheibe ausgestaltet ist.The membrane-electrode assembly (MEA) forms an essential part of a fuel cell element and has at least a cathode element and an anode element and an electrolyte membrane element arranged between the cathode element and the anode element. Preferably, the membrane-electrode assembly is plate-shaped and thus has two parallel reaction surfaces and these reaction surfaces connecting lateral surfaces. It is therefore conceivable that the membrane-electrode unit is designed in the form of a cuboid, in particular in the form of a plate or a cylinder, in particular in the form of a disk.
Die Medienverteilereinheit bildet gemäß der vorliegenden Erfindung den die Membran-Elektroden-Einheit angrenzenden Bereich, durch welchen die Medien, wie das Kathodengas, das Anodengas und/oder das Kühlmittel zu der Membran-Elektroden-Einheit hin und von der Membran-Elektroden-Einheit hinweg bzw. an der Membran-Elektroden-Einheit entlang transportiert werden können.The media distribution unit according to the present invention forms the area adjacent the membrane-electrode assembly through which the media, such as the cathode gas, the anode gas, and / or the coolant, are toward and away from the membrane-electrode assembly or can be transported along the membrane-electrode assembly along.
Vorzugsweise bilden das erste Dichtungselement und das zweite Dichtungselement zusammen eine Berührungsdichtung, bei welcher die beiden Dichtungselemente einander berühren. Im Rahmen der Erfindung kann das erste Dichtungselement ein weiches, flexibles, elastische bzw. verformbares Material aufweisen. Vorzugsweise besteht das erste Dichtungselement wenigstens teilweise aus einem gummiähnlichen Elastomere bzw. Kunststoffmaterial und stellt folglich eine Weichstoffdichtung dar. Das erste Dichtungselement kann dabei unter anderem ein Material bzw. einen Werkstoffe aus der folgenden Gruppe aufweisen: Nitril-Butadien-Kautschuk, Fluor-Karbon-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Acrylat-Kautschuk, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuk, Polyrethan, Poly-Tetra-Fluor-Ethylen, oder einen damit vergleichbaren Werkstoff. Das Elastizitätsmodul des ersten Dichtungselementes kann dabei beispielsweise zwischen 0,001–0,7 GPa und besonders bevorzugt zwischen 0,01–0,06 GPa liegen.Preferably, the first sealing element and the second sealing element together form a contact seal in which the two sealing elements touch each other. In the context of the invention, the first sealing element may comprise a soft, flexible, elastic or deformable material. The first sealing element preferably consists at least partially of a rubber-like elastomer or plastic material and consequently represents a soft-material seal. The first sealing element may include, inter alia, a material or a material from the following group: nitrile-butadiene rubber, fluorocarbon Rubber, ethylene-propylene-diene rubber, acrylate rubber, methyl-vinyl-silicone rubber, polyethane, poly-tetra-fluoro-ethylene, or a comparable material. The modulus of elasticity of the first sealing element can be, for example, between 0.001-0.7 GPa and more preferably between 0.01-0.06 GPa.
Demgegenüber weist das zweite Dichtungselement, welches in Bereichen der Medienverteilereinheiten angeordnet ist, ein steiferes, härteres, starreres, unelastischeres Material als das erste Dichtungselement der Membran-Elektroden-Einheit auf. Vorzugsweise weist das zweite Dichtungselement ein Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylenterephthalat oder einem ähnlichen bzw. vergleichbaren Werkstoff auf. So ist es denkbar, dass das zweite Dichtungselement einen im Vergleich zum ersten Dichtungselement größeren bzw. höheren Elastizitätsmodul von vorzugsweise 0,7–7 GPa und besonders bevorzugt von 1,5–5 GPa aufweist.In contrast, the second sealing element, which is arranged in areas of the media distribution units, a stiffer, harder, more rigid, inelastic material than the first sealing element of the membrane-electrode assembly. Preferably, the second sealing element comprises a plastic material, such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene terephthalate or a similar or comparable material. Thus, it is conceivable that the second sealing element has a larger or higher than the first sealing element elastic modulus of preferably 0.7-7 GPa and more preferably of 1.5-5 GPa.
Vorteilhaft kann mit dem oben beschriebenen Dichtungskonzept, das heißt aufgrund einer Kombination von sich unterscheidenden elastischen Dichtungswerkstoffen, eine funktional zuverlässige Dichtung und eine kostengünstige Herstellung der Dichtung der zu verbindenden Teile sowie folglich auch eine kostengünstig Herstellung der Teile selbst ermöglicht werden. Mittels insbesondere einem ersten weichen Dichtungselement und einem zweiten relativ harten Dichtungselement wird vorteilhaft ein einfacher Aufbau eines Brennstoffzellenelementes aus lediglich zwei vorgefertigten Bauteilen ermöglicht.Advantageously, with the sealing concept described above, that is, due to a combination of differing elastic sealing materials, a functionally reliable seal and a cost-effective production of the seal of the parts to be joined and consequently also a cost-effective production of the parts themselves are made possible. By means of in particular a first soft sealing element and a second relatively hard sealing element, a simple construction of a fuel cell element made of only two prefabricated components is advantageously made possible.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Medienverteilereinheit mindestens zwei und bevorzugt drei Medienverteilerstrukturbereiche aufweist, welche jeweils mittels einer zumindest abschnittsweise zwischen den beiden Medienverteilerstrukturbereichen angeordneten Separatorfolien beabstandet voneinander angeordnet sind. Ein Medienverteilerstrukturbereich ist insbesondere ein dreidimensional strukturierter, poröser Bereich, durch welchen hindurch die Brennstoffzellenmedien, wie das Anodengas, das Kathodengas und/oder das Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenelementes strömen bzw. fließen können. Vorteilhaft sind die Separatorfolien und die Medienverteilerstrukturbereiche in Form einer Sandwichbauweise aufeinander gestapelt angeordnet. Es ist zudem denkbar, dass die Separatorfolien und die Medienverteilerstrukturbereiche insbesondere während eines vorangegangenen Fertigungsprozesses miteinander stoffschlüssig verbunden sind, wobei als Fügeverfahren beispielsweise ein Sintern oder auch ein Löten verwendet werden kann. Vorteilhaft erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anordnung der Separatorfolien mit den Medienverteilerstrukturbereichen im Sandwich-Aufbau ohne die Verwendung von geprägten oder lasergeschweißten Komponenten. Ausgehend von einer Medienverteilereinheit mit drei Medienverteilerstrukturbereichen, dient vorteilhaft einer der drei Medienverteilerstrukturbereiche zur Verteilung des Anodengases, ein anderer der drei Medienverteilerstrukturbereiche zur Verteilung des Kathodengases und ein dritter der drei Medienverteilerstrukturbereiche zur Verteilung des Kühlmediums, welches in einem flüssigen oder auch einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen kann. Ausgehend von einer Medienverteilereinheit mit zwei Medienverteilerstrukturbereichen, wobei diese Medienverteilereinheit insbesondere in einem Endbereich eines Brennstoffzellenelementes bzw. eines Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, dient eine der zwei Medienverteilerstrukturbereiche zum Verteilen eines Anodengases oder eines Kathodengases, je nach Anordnung an der Membran-Elektroden-Einheit, und die andere der zwei Medienverteilerstrukturbereiche dient zur Verteilung des Kühlmediums.In the context of the invention, it is conceivable that the media distribution unit has at least two and preferably three media distribution structure regions, which are each arranged at a distance from one another by means of a separator film arranged at least in sections between the two media distribution structure regions. A media distribution structure area is in particular a three-dimensionally structured, porous area through which the fuel cell media, such as the anode gas, the cathode gas and / or the coolant, can flow or flow for cooling the fuel cell or the fuel cell element. Advantageously, the separator sheets and the media distribution pattern portions are stacked on top of each other in the form of a sandwich construction. It is also conceivable that the Separatorfolien and the media distribution structure areas are materially connected to each other in particular during a previous manufacturing process, which can be used as a joining process, for example, a sintering or soldering. Advantageously, according to the present invention, an arrangement of the separator sheets with the media distribution pattern areas in the sandwich construction without the use of embossed or laser welded components. Starting from a media distribution unit with three media distribution structure areas, advantageously one of the three media distribution structure areas serves to distribute the anode gas, another one of the three media distribution structure areas to distribute the cathode gas, and a third of the three Media distribution structure areas for distribution of the cooling medium, which may be present in a liquid or even a gaseous state. Starting from a media distribution unit having two media distribution structure areas, wherein this media distribution unit is arranged in particular in an end area of a fuel cell element or a fuel cell stack, one of the two media distribution structure areas serves for distributing an anode gas or a cathode gas, depending on the arrangement on the membrane electrode unit, and another of the two media distribution structure areas serves to distribute the cooling medium.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Medienverteilerstrukturbereiche zumindest abschnittsweise metallische Gewebestrukturen und/oder ein Streckmetall und/oder einen Metallschaum aufweisen bzw. daraus bestehen. It is furthermore conceivable that the media distribution structure regions comprise or consist at least in sections of metallic fabric structures and / or an expanded metal and / or a metal foam.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass mindestens eine der beiden Separatorfolien eine aufgebrachte Verteilerstruktur aufweist, welche sich insbesondere entlang einer oder auch entlang beider Strömungsoberflächen erstreckt. Hierbei wird als Strömungsoberfläche die Oberfläche verstanden, an welcher entlang ein Medium der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenelementes fließen bzw. strömen kann. Die Verteilerstruktur kann dabei beispielsweise in Form eines Kanals bzw. einer Vertiefung ausgestaltet sein, welche entlang der Strömungsoberfläche mäanderförmig, zickzack-förmig oder wellenförmig oder in einer anderen Ausprägung verläuft.In the context of the invention, it is possible for at least one of the two separator foils to have an applied distributor structure, which extends in particular along one or else along both flow surfaces. Here, the flow surface is understood to mean the surface along which a medium of the fuel cell or of the fuel cell element can flow or flow. In this case, the distributor structure can be designed, for example, in the form of a channel or a depression which runs meander-shaped, zigzag-shaped or wave-shaped or in another form along the flow surface.
Es ist des Weiteren möglich, dass das erste Dichtungselement wenigstens Bereiche einzelner Begrenzungsflächen der Membran-Elektroden-Einheit umgibt, wobei zumindest eine der Begrenzungsflächen mit wenigstens einem Energieübertragungsleiter verbunden ist. Als Begrenzungsflächen werden hierbei insbesondere die Reaktionsoberfläche bzw. -flächen sowie auch die Mantelflächen bezeichnet. Die Mantelflächen bzw. Mantelflächenbereiche begrenzen die Membran-Elektroden-Einheit als vollständige Einheit in deren Dimension. Bei einer quaderförmigen bzw. plattenförmigen Ausgestaltung der Membran-Elektroden-Einheit weist die Membran-Elektroden-Einheit insgesamt zwei Reaktionsflächen und vier Mantelflächen auf, welche sich von einer ersten Reaktionsfläche zu einer zweiten Reaktionsfläche erstrecken. Bei einer zylinderförmigen und insbesondere scheibenförmigen Ausgestaltung der Membran-Elektroden-Einheit weist die Membran-Elektroden-Einheit zwei Reaktionsflächen und eine Mantelfläche auf, welche sich von einer ersten Reaktionsfläche zu einer zweiten Reaktionsfläche erstreckt. Die Reaktionsflächen sind dabei diejenigen Oberflächen, welche mit der Außenumgebung in Wirkverbindung stehen und folglich insbesondere Reaktionsgase, wie Wasserstoff oder Luft, an deren Oberfläche reagieren lassen. Vornehmlich erstreckt sich das erste Dichtungselement nahezu vollständig entlang der Mantelfläche bzw. der Mantelflächen und zumindest teilweise entlang der Reaktionsflächen, insbesondere entlang derjenigen Bereiche der Reaktionsflächen, welche an die Mantelflächen angrenzen. Infolgedessen ist das erste Dichtungselement als eine umlaufende Dichtung ausgebildet, welche die Membran-Elektroden-Einheit vornehmlich in deren Randbereich vollständig umgibt.It is furthermore possible for the first sealing element to surround at least regions of individual boundary surfaces of the membrane-electrode unit, wherein at least one of the boundary surfaces is connected to at least one energy transmission conductor. In this case, in particular the reaction surface or surfaces as well as the lateral surfaces are referred to as delimiting surfaces. The lateral surfaces or lateral surface areas bound the membrane-electrode unit as a complete unit in its dimension. In a cuboid or plate-like configuration of the membrane-electrode assembly, the membrane-electrode assembly has a total of two reaction surfaces and four lateral surfaces, which extend from a first reaction surface to a second reaction surface. In a cylindrical and in particular disc-shaped configuration of the membrane-electrode assembly, the membrane-electrode assembly has two reaction surfaces and a lateral surface which extends from a first reaction surface to a second reaction surface. In this case, the reaction surfaces are those surfaces which are in operative connection with the outside environment and consequently allow, in particular, reaction gases, such as hydrogen or air, to react on the surface thereof. Notably, the first sealing element extends almost completely along the lateral surface or the lateral surfaces and at least partially along the reaction surfaces, in particular along those regions of the reaction surfaces which adjoin the lateral surfaces. As a result, the first sealing element is formed as a circumferential seal, which completely surrounds the membrane-electrode assembly, especially in its edge region.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass das zweite Dichtungselement wenigstens Bereiche einzelner Begrenzungsflächen der Separatorfolien der Medienverteilereinheit umgibt. Die Begrenzungsflächen der Separatorfolien sind gemäß der vorliegenden Erfindung Strömungsoberflächen bzw. Strömungsflächen und Manteloberflächen bzw. Mantelflächen. Die Mantelflächen erstrecken sich zwischen den beiden Strömungsflächen, welche wiederum mit einem der Medien zumindest bereichsweise in Kontakt stehen. Demnach wird als Strömungsfläche eine Fläche verstanden, an welcher entlang ein Medium der Brennstoffzelleneinheit, wie das Anodengas, das Kathodengas und/oder das Kühlmedium fließt bzw. strömt. Bei einer quaderförmigen bzw. plattenförmigen Ausgestaltung der Separatorfolie weist die Separatorfolie insgesamt zwei Strömungsflächen und vier Mantelflächen auf, welche sich von einer ersten Strömungsfläche zu einer zweiten Strömungsfläche erstrecken Bei einer zylinderförmigen und insbesondere scheibenförmigen Ausgestaltung der Separatorfolie weist die Separatorfolie zwei Strömungsflächen und eine Mantelfläche auf, welche sich von einer ersten Strömungsfläche zu einer zweiten Strömungsfläche erstreckt.In the context of the invention, it is conceivable for the second sealing element to surround at least regions of individual boundary surfaces of the separator foils of the media distributor unit. The boundary surfaces of the separator sheets according to the present invention are flow surfaces and shell surfaces. The lateral surfaces extend between the two flow surfaces, which in turn are at least partially in contact with one of the media. Accordingly, the flow surface is understood to mean a surface along which a medium of the fuel cell unit, such as the anode gas, the cathode gas and / or the cooling medium, flows or flows. In the case of a cuboidal or plate-like configuration of the separator film, the separator film has a total of two flow surfaces and four lateral surfaces which extend from a first flow surface to a second flow surface. In the case of a cylindrical and, in particular, disc-shaped configuration of the separator film, the separator film has two flow surfaces and a lateral surface, which extends from a first flow surface to a second flow surface.
Es ist vorzugsweise denkbar, dass beide Separatorfolien in einem gemeinsamen zweiten Dichtungselement angeordnet sind, wobei das zweite Dichtungselement zumindest die Mantelfläche bzw. die Mantelflächen der Separatorfolien vornehmlich vollständig, zumindest jedoch bereichsweise, umgibt und sich bis auf an die Mantelfläche angrenzenden Bereiche der Strömungsflächen der Separatorfolien erstreckt. It is preferably conceivable for both separator foils to be arranged in a common second sealing element, wherein the second sealing element surrounds at least the lateral surface or the lateral surfaces of the separator foils primarily completely, but at least partially, and extends to areas of the flow surfaces of the separator foils adjacent to the lateral surface extends.
Vorteilhaft dient insbesondere das zweite Dichtungselement zur Abdichtung des Kühlmediums gegenüber der Außenumgebung, sowie zur mechanischen Fixierung bzw. Arretierung des ersten Dichtungselementes an der Membran-Elektroden-Einheit sowie innerhalb des Brennstoffzellenelementes und/oder zur Ermöglichung einer mechanischen Stabilität eines Brennstoffzellelementes sowie auch eines Brennstoffzellenstapels.In particular, the second sealing element advantageously serves for sealing the cooling medium relative to the outside environment, as well as for mechanically fixing or locking the first sealing element to the membrane-electrode unit and within the fuel cell element and / or for enabling a mechanical stability of a fuel cell element as well as a fuel cell stack.
Es ist erfindungsgemäß möglich, dass das zweite Dichtungselement der ersten Medienverteilereinheit das zweite Dichtungselement der zweiten Medienverteilereinheit wenigstens abschnittsweise kontaktiert. Hierbei wird nach einem Verpressen bzw. Aufeinanderpressen bzw. Zusammenpressen der Membran-Elektroden-Einheit mit den Medienverteilereinheiten die erste Dichtung vorteilhaft von den jeweiligen zweiten Dichtungen der Medienverteilereinheiten nahezu vollständig umgeben, sodass sich zumindest in einzelnen Bereichen die zweiten Dichtungen der Medienverteilereinheiten berühren. Vorteilhaft ist die erste Dichtung folglich derart dimensioniert, dass diese im Zusammenbauzustand von der Membran-Elektroden-Einheit und den Medienverteilereinheiten, welcher hier auch als Brennstoffzellenelement und kurz als Zellenelement bezeichnet wird, innerhalb des Zellelementes ohne Kontakt zur Außenumgebung und damit vollständig von den jeweiligen zweiten Dichtungselementen umgeben, angeordnet und ausgestaltet ist.It is possible according to the invention that the second sealing element of the first Media distribution unit contacted the second sealing element of the second media distribution unit at least in sections. Here, after pressing or pressing together or compressing the membrane-electrode assembly with the media distribution units, the first seal is advantageously almost completely surrounded by the respective second seals of the media distribution units, so that the second seals of the media distribution units touch each other, at least in individual areas. Advantageously, the first seal is thus dimensioned such that it is in the assembled state of the membrane-electrode assembly and the media distribution units, which is also referred to herein as a fuel cell element and briefly as a cell element, within the cell element without contact with the outside environment and thus completely from the respective second Surround sealing elements, arranged and designed.
Optional ist es denkbar, dass zwischen dem zweiten Dichtungselement der ersten Medienverteilereinheit und dem zweiten Dichtungselement der zweiten Medienverteilereinheit zumindest abschnittsweise wenigstens ein Bereich des ersten Dichtungselementes angeordnet ist. Optionally, it is conceivable that at least a portion of the first sealing element is arranged at least in sections between the second sealing element of the first media distributor unit and the second sealing element of the second media distributor unit.
Des Weiteren ist ein Brennstoffzellenstapel, aufweisend mindestens zwei miteinander in Reihe angeordneter Membran-Elektroden-Einheiten und zwischen den beiden Membran-Elektroden-Einheiten angeordnete und/oder diese begrenzend angeordnete Medienverteilereinheiten beansprucht. Erfindungsgemäß weisen die Membran-Elektroden-Einheiten jeweils zumindest abschnittsweise ein erstes Dichtungselement und die Medienverteilereinheiten jeweils zumindest abschnittsweise ein zweites Dichtungselement auf, wobei das erste Dichtungselement und das zweite Dichtungselement sich zumindest abschnittsweise kontaktieren.Furthermore, a fuel cell stack comprising at least two membrane-electrode units arranged in series with one another and media distribution units arranged between the two membrane-electrode units and / or arranged in a limiting manner is claimed. According to the invention, the membrane-electrode assemblies each comprise, at least in sections, a first sealing element and the media distributor units at least in sections a second sealing element, the first sealing element and the second sealing element contacting each other at least in sections.
Es ist demnach auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel mehr als zwei Membran-Elektroden-Einheiten aufweist, zwischen welchen jeweils eine Medienverteilereinheit mit vornehmlich drei Medienverteilerstrukturbereichen bzw. Medienverteilerstrukturen angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung weisen die Medienverteilereinheiten, welche den Abschluss des Brennstoffzellenstapels bilden, und folglich lediglich an einer Membran-Elektroden-Einheit angeordnet sind, um diese gegenüber der Umgebung zu begrenzen, vorzugsweise zwei Medienverteilerstrukturbereiche auf. Hierbei dient eine der beiden Medienverteilerstrukturbereiche zum verteilen bzw. leiten eines gasförmigen Mediums, wie dem Elektrodengas der jeweiligen Elektrode und der andere der beiden Medienverteilerstrukturbereiche zum Verteilen bzw. Leiten eines Kühlmediums, wie beispielsweise eines flüssigen Mediums.Accordingly, it is also conceivable that the fuel cell stack according to the invention has more than two membrane-electrode units, between each of which a media distributor unit with primarily three media distributor structure regions or media distributor structures is arranged. In the context of the invention, the media distribution units, which form the end of the fuel cell stack, and consequently are arranged only on a membrane-electrode unit in order to limit them to the environment, preferably have two media distribution structure regions. Here, one of the two media distribution structure areas serves to distribute or direct a gaseous medium, such as the electrode gas of the respective electrode and the other of the two media distribution structure areas for distributing or guiding a cooling medium, such as a liquid medium.
Bei dem beschriebenen Brennstoffzellenstapel ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Brennstoffzellenelement beschrieben worden sind.In the described fuel cell stack, all the advantages that have already been described for the fuel cell element result.
Des Weiteren ist ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Brennstoffzellenelementes oder eines oben beschriebenen Brennstoffzellenstapels beansprucht. Das Verfahren weist erfindungsgemäß zumindest die folgenden Schritte auf:
- – Anspritzen des ersten Dichtungselementes zumindest in Bereiche einzelner Begrenzungsflächen der Membran-Elektroden-Einheit,
- – Anspritzen des zweiten Dichtungselementes zumindest in Bereiche einzelner Begrenzungsflächen der Separatorfolien der Medienverteilereinheit,
- – Anordnen zumindest einer Membran-Elektroden-Einheit zwischen jeweils zwei Medienverteilereinheiten, und
- – Aneinanderpressen der Membran-Elektroden Einheit mit den Medienverteilereinheiten bis das zweite Dichtungselement der ersten Medienverteilereinheit zumindest abschnittweise das zweite Dichtungselement der zweiten Medienverteilereinheit kontaktiert, oder bis das zweite Dichtungselement der ersten Medienverteilereinheit sowie das zweite Dichtungselement der zweiten Medienverteilereinheit jeweils wenigstens einen Bereich des zumindest teilweise zwischen die jeweilig zueinander angeordneten zweiten Dichtungselemente der Medienverteilereinheiten anordenbaren ersten Dichtungselementes der Membran-Elektroden-Einheit kontaktieren
- - Injection of the first sealing element at least in areas of individual boundary surfaces of the membrane electrode assembly,
- Injection molding of the second sealing element at least in areas of individual boundary surfaces of the separator foils of the media distribution unit,
- Arranging at least one membrane-electrode unit between in each case two media distribution units, and
- Pressing the membrane electrode assembly together with the media distribution units until the second sealing element of the first media distribution unit at least partially contacts the second sealing element of the second media distribution unit, or until the second sealing element of the first media distribution unit and the second sealing element of the second media distribution unit each at least partially interpose at least a portion of the respective arranged second sealing elements of the media distribution units can be arranged to contact the first sealing element of the membrane-electrode unit
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das erste Dichtungselement, welches vornehmlich aus einem elastischen bzw. weichen kautschukartigen Material besteht bzw. dieses aufweist an einen Randbereich des Membran-Elektroden-Einheit angespritzt. Vornehmlich weist die Membran-Elektroden-Einheit eine flächige, plattenartige bzw. scheibenartige Gesamtstruktur auf, welche folglich eine Reaktionsoberfläche und eine Mantelfläche umfasst. Das erste Dichtungselement ist vorteilhaft eine Dichtungsschicht, welche insbesondere im Bereich der Mantelfläche umlaufend bzw. die Membran-Elektroden-Einheit umhüllend angespritzt wird. Es ist vorteilhaft möglich, dass die Dichtungsschicht bzw. das Dichtungselement auch in Bereichen der Reaktionsfläche und hierbei insbesondere in den Randbereichen der Reaktionsfläche(n), welche an die Mantelfläche angrenzen bzw. in diese übergehen, angespritzt wird. Folglich wird in einem ersten Verfahrensschritt ein erstes Element mit einer Dichtung, sprich die Membran-Elektroden-Einheit mit einem angespritzten ersten Dichtungselement hergestellt bzw. gefertigt.According to the method according to the invention, the first sealing element, which consists primarily of an elastic or soft rubber-like material, or has this molded onto an edge region of the membrane-electrode unit. In particular, the membrane-electrode unit has a flat, plate-like or disk-like overall structure, which consequently comprises a reaction surface and a lateral surface. The first sealing element is advantageously a sealing layer, which is injection-molded in particular in the area of the circumferential surface or enveloping the membrane-electrode unit. It is advantageously possible for the sealing layer or the sealing element also to be injection-molded in regions of the reaction surface and in particular in the edge regions of the reaction surface (s) which adjoin the lateral surface or merge into it. Consequently, in a first method step, a first element with a seal, that is to say the membrane-electrode unit with a molded-on first sealing element, is manufactured or manufactured.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird dann die Medienverteilereinheit mit einer Dichtung gefertigt. Hierfür wird diese vergleichbar zur Membran-Elektroden-Einheit mit vornehmlich einem starren bzw. steifen Kunststoffmaterial insbesondere im Randbereich umspritzt. Auch die Medienverteilereinheit weist vornehmlich eine flächige plattenförmige bzw. scheibenförmige Gesamtstruktur auf, wobei die Randbereiche der Separatorfolien zumindest abschnittsweise hinsichtlich der Medienverteilerstruktureinheiten hervorstehen. Demnach wird vornehmlich um die Randbereiche der Separatorfolien und hierbei insbesondere um die Mantelfläche und besonders auch um Bereiche der Strömungsflächen das Kunststoffmaterial angespritzt. Es ist demnach denkbar, dass beide Separatorfolien mit ein und demselben Dichtungselement bzw. Dichtungsmaterial umspritzt und folglich dadurch miteinander verbunden werden. Hierbei entsteht ein zweites Element bzw. Bauteil, nämlich die Medienverteileinheit mit einem angespritzten zweiten Dichtungselement. In a further production step, the media distribution unit is then manufactured with a seal. For this purpose, it is encapsulated in a manner comparable to the membrane-electrode unit, with a rigid or rigid plastic material, in particular in the edge area. The media distribution unit also has primarily a flat plate-shaped or disc-shaped overall structure, the edge regions of the separator films protruding at least in sections with respect to the media distribution structure units. Accordingly, the plastic material is sprayed onto the marginal areas of the separator foils and in this case in particular around the lateral area and in particular also around areas of the flow areas. It is therefore conceivable that both Separatorfolien be encapsulated with one and the same sealing element or sealing material and thus connected by it. This creates a second element or component, namely the media distribution unit with a molded second sealing element.
Beide Bauteile werden in einem darauffolgenden dritten Verfahrensschritt derart aufeinander bzw. zueinander angeordnet, dass das erste Dichtungselement zumindest bereichsweise in Bereiche der Medienverteileinheit eingebracht wird und folglich zumindest abschnittsweise zwischen einem Medienverteilerstrukturbereich und dem zweiten Dichtungselement innerhalb einer Dichtungsnut angeordnet wird. Wird nun eine weitere Medienverteilereinheit mit angespritztem Dichtungselement auf die erste Medienverteilereinheit mit angespritztem Dichtungselement angeordnet, ist es denkbar, dass sich zumindest Bereiche der jeweils zweiten Dichtungselemente der beiden Medienverteilereinheiten berühren, sofern die Formgebung des ersten Dichtungselement dies ermöglicht. Das bedeutet, sofern das erste Dichtungselement eine vornehmlich kubische Form aufweist, welche sich im Wesentlichen vollständig von den zweiten Dichtungselementen der Medienverteileinheiten umschließen lässt, kontaktieren sich diese zweiten Dichtungselemente zumindest bereichsweise. Es ist jedoch auch denkbar, dass erst nach einem Zusammenpressen der nun vorliegenden drei Bauteile sich die jeweiligen zweiten Dichtungselemente der Medienverteileinheiten wenigstens abschnittsweise kontaktieren.Both components are arranged on one another in a subsequent third method step such that the first sealing element is at least partially introduced into areas of the media distribution unit and consequently arranged at least in sections between a media distributor structure area and the second sealing element within a sealing groove. If a further media distributor unit with molded sealing element is arranged on the first media distributor unit with molded sealing element, it is conceivable for at least areas of the respective second sealing elements of the two media distributor units to touch, if the shaping of the first sealing element makes this possible. This means that, if the first sealing element has a predominantly cubic shape, which can be completely surrounded by the second sealing elements of the media distribution units, these second sealing elements at least partially contact each other. However, it is also conceivable that the respective second sealing elements of the media distribution units only contact sections at least after a compression of the now present three components.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch denkbar, dass sich die jeweiligen zweiten Dichtungselemente gar nicht kontaktieren, auch nicht nach einem Zusammenpressen der mindestens drei Bauteile, nämlich der beiden Medienverteilereinheiten und der zwischen den Medienverteilereinheiten angeordneten Membran-Elektroden-Einheit. In diesem Fall ist das erste Dichtungselement derart ausgestalten bzw. dimensioniert, vornehmlich größer als in dem vorangegangenen Fall, als sich die jeweiligen zweiten Dichtungselemente berühren konnten, dass es bei einem Zusammenpressen der drei Bauteile zumindest abschnittsweise zwischen die Medienverteilereinheiten bzw. deren zweite Dichtungselemente gedrückt bzw. gepresst wird. Folglich liegt das erste Dichtungselement zumindest bereichsweise zwischen den zweiten Dichtungselementen. Es ist jedoch auch denkbar, dass alternativ oder zusätzlich zur oben genannten veränderten Größe das erste Dichtungselement der Membran-Elektroden-Einheit auch eine geänderte Form mit insbesondere einem Vorsprungsbereich aufweist, welcher sich beim aneinander Anordnen der drei Bauteile vorteilhaft unmittelbar zwischen die zweiten Dichtungselemente der Medienverteilereinheiten, nämlich dem zweiten Dichtungselement der ersten Medienverteilereinheit und dem zweiten Dichtungselement der zweiten Medienverteilereinheit anordnet. Demnach wird insbesondere nach einem Verpressen bzw. Zusammenpressen der drei Bauteile miteinander dieser Vorsprungsbereich des ersten Dichtungselementes der Membran-Elektroden-Einheit zwischen die beiden zweiten Dichtungselemente der Medienverteilereinheiten eingepresst, sodass die jeweiligen zweiten Dichtungselemente der Medienverteilereinheiten sich auch nach dem Verpressen nicht kontaktieren können. It is also conceivable according to the present invention that the respective second sealing elements do not contact at all, not even after pressing together the at least three components, namely the two media distribution units and the membrane electrode unit arranged between the media distribution units. In this case, the first sealing element is designed or dimensioned, in particular larger than in the previous case, when the respective second sealing elements could touch, that when the three components are pressed together, it is pressed at least in sections between the media distribution units or their second sealing elements is pressed. Consequently, the first sealing element lies at least partially between the second sealing elements. However, it is also conceivable that, alternatively or in addition to the above-mentioned modified size, the first sealing element of the membrane-electrode assembly also has a modified shape with, in particular, a projection region which, when the three components are arranged one another, advantageously directly between the second sealing elements of the media distribution units namely, the second sealing element of the first media distributor unit and the second sealing element of the second media distributor unit. Accordingly, in particular after pressing or pressing together of the three components, this projection region of the first sealing element of the membrane-electrode unit is pressed in between the two second sealing elements of the media distribution units, so that the respective second sealing elements of the media distribution units can not contact each other even after the pressing.
Nach dem Anordnen bzw. Zusammenpressen der einzelnen Bauteile miteinander ist es denkbar, dass das so entstandene Brennstoffzellenelement mit Abschlussplatten bzw. Abschlusselementen begrenzt wird, welche das Brennstoffzellenelement zumindest teilweise umgeben und zusammenhalten.After arranging or compressing the individual components with one another, it is conceivable that the resulting fuel cell element is limited with end plates or end elements, which at least partially surround the fuel cell element and hold together.
Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Brennstoffzellenelement und/oder dem Brennstoffzellenstapel beschrieben worden sind.In the described method, all the advantages that have already been described for the fuel cell element and / or the fuel cell stack result.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELEPREFERRED EMBODIMENTS
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenelement sowie der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:The fuel cell element according to the invention and the fuel cell stack according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. Each show schematically:
In
In der
Wie in der
Die Medienverteilerstrukturbereiche
In der
Die erste Medienverteilereinheit
Die beiden Medienverteilereinheiten
Gemäß der in
Vorteilhaft dichtet folglich das erste Dichtungselement
Die zweiten Dichtungselemente
In der
In der
Vorteilhaft werden das erste Dichtungselement
Die
In der
Bedingt durch den Aufbau und den Herstellungsprozess bzw. den Spritzgussprozess, bei welchem unter anderem das zweite Dichtungselement
In der
In der
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013223817.7A DE102013223817A1 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013223817.7A DE102013223817A1 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102013223817A1 true DE102013223817A1 (en) | 2015-05-21 |
Family
ID=53184436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102013223817.7A Pending DE102013223817A1 (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102013223817A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016218062A1 (en) | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Robert Bosch Gmbh | fuel cell |
| DE102017211273A1 (en) * | 2017-07-03 | 2019-01-03 | Audi Ag | Method for producing a fuel cell layer |
| WO2021244805A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Bipolar plate with sealing arrangement, fuel cell with bipolar plate, and method for sealingly covering |
| DE102020207918A1 (en) | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Vitesco Technologies GmbH | Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly |
| WO2022084134A1 (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | Robert Bosch Gmbh | Body for a fuel cell, fuel cell, fuel cell stack, method for producing a body, method for producing a fuel cell, and method for producing a fuel cell stack |
-
2013
- 2013-11-21 DE DE102013223817.7A patent/DE102013223817A1/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016218062A1 (en) | 2016-09-21 | 2018-03-22 | Robert Bosch Gmbh | fuel cell |
| WO2018054580A1 (en) | 2016-09-21 | 2018-03-29 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell |
| US10886542B2 (en) | 2016-09-21 | 2021-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell |
| DE102017211273A1 (en) * | 2017-07-03 | 2019-01-03 | Audi Ag | Method for producing a fuel cell layer |
| WO2021244805A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Bipolar plate with sealing arrangement, fuel cell with bipolar plate, and method for sealingly covering |
| CN115702515A (en) * | 2020-06-04 | 2023-02-14 | 罗伯特·博世有限公司 | Bipolar plate with sealing device, fuel cell with bipolar plate and method for sealing covering |
| DE102020207918A1 (en) | 2020-06-25 | 2021-12-30 | Vitesco Technologies GmbH | Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly |
| DE102020207918B4 (en) | 2020-06-25 | 2023-11-16 | Vitesco Technologies GmbH | Fuel cell arrangement and method for producing a fuel cell arrangement |
| WO2022084134A1 (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | Robert Bosch Gmbh | Body for a fuel cell, fuel cell, fuel cell stack, method for producing a body, method for producing a fuel cell, and method for producing a fuel cell stack |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0774794B1 (en) | Fuel cell with polymeric electrolyte and integrated seal | |
| DE102016117232B4 (en) | BIPOLAR PLATE ASSEMBLY AND FUEL CELL STACK | |
| DE102014005930A1 (en) | Hybrid bipolar plate arrangement for fuel cells | |
| WO2016062550A1 (en) | Fuel cell | |
| DE19539959C2 (en) | Fuel cell arrangement | |
| EP2405527A1 (en) | Battery block with a cooling device | |
| DE102013220486A1 (en) | Manufacturing multi-part, preferably multi-layer bipolar plate for electrochemical device, comprises generating sealing element from elastic material on first part of bipolar plate by molding-process, and connecting first and second part | |
| DE102017201644A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FUEL CELL STACK AND METHOD FOR PRODUCING A METAL SEPARATOR FOR A FUEL CELL | |
| WO2010054744A1 (en) | Bipolar plate for a fuel cell arrangement, particularly for disposing between two adjacent membrane electrode arrangements in a fuel cell stack | |
| DE102013223817A1 (en) | Fuel cell element, fuel cell stack and method for producing a fuel cell or a fuel cell stack | |
| EP2417662A2 (en) | Bipolar plate for fuel or electrolyte cells | |
| DE10250434A1 (en) | Module for a fuel cell arrangement | |
| WO2011069625A1 (en) | Energy conversion apparatus, in particular fuel cell stack or electrolyzer | |
| DE102013223776A1 (en) | Separator plate for a fuel cell stack | |
| DE102014015617B4 (en) | Fuel cell stack | |
| EP3476000B1 (en) | Device for energy conversion, in particular fuel cell or electrolyzer | |
| DE102020134157B4 (en) | Modular flow frame for an electrochemical cell, flow frame electrode unit, cell, cell stack, and method for producing a flow frame | |
| EP4395009B1 (en) | Counter-current tempering device, battery housing for using a tempering device | |
| DE102012111229B4 (en) | Bipolar plate for a PEM stack reactor and PEM stack reactor | |
| DE102018115987A1 (en) | Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly from a gas diffusion layer and a sealing element | |
| DE102006009844A1 (en) | Bipolar plate, in particular for a fuel cell stack of a vehicle | |
| DE102014210509A1 (en) | fuel cell | |
| DE102014205551A1 (en) | Method for producing a bipolar plate with seal and bipolar plate | |
| DE102016208378A1 (en) | Method of manufacturing a bipolar plate unit, bipolar plate unit and fuel cell stack | |
| EP2684247A1 (en) | Connecting layer, battery having said connecting layer, and motor vehicle having said battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000 Ipc: H01M0008027100 |