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DE102020207918A1 - Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly - Google Patents

Fuel cell assembly and method for manufacturing a fuel cell assembly Download PDF

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DE102020207918A1
DE102020207918A1 DE102020207918.8A DE102020207918A DE102020207918A1 DE 102020207918 A1 DE102020207918 A1 DE 102020207918A1 DE 102020207918 A DE102020207918 A DE 102020207918A DE 102020207918 A1 DE102020207918 A1 DE 102020207918A1
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fuel cell
fuel
fuel cells
transverse direction
seals
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (10) mit in einer Stapelrichtung (z) gestapelten Brennstoffzellen (20), die sich plattenförmig in ersten und zweiten Querrichtungen (x, y) erstrecken und jeweils aufweisen: eine Bipolar-Halbplatte (22) mit einer Kanalstruktur (24) zur Führung eines Brennstoffes; eine Gasdiffusionslage (26); eine Membran-Elektroden-Einheit (28), aufweisend eine Elektrolytmembran (30) und beiderseits davon angeordnete Elektrodenschichten (32, 34); eine weitere Gasdiffusionslage (36); eine weitere Bipolar-Halbplatte (38) mit einer Kanalstruktur (40) zur Führung des Oxidationsmittels, die an zwei in der ersten Querrichtung (x) einander entgegengesetzten Seiten offen ist, um eine Oxidationsmittelströmung in der ersten Querrichtung (x) durch die Brennstoffzellenanordnung (10) zu ermöglichen. Erfindungsgemäß weist jede der Brennstoffzellen (20) an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung (y) einander entgegengesetzten Seiten in ihrem seitlichen Randbereich eine Dichtung (50) auf, die an den Bipolar-Halbplatten (22, 38) und der Membran-Elektroden-Einheit (28) anliegt, wobei die Dichtungen (50) jeweils in der zweiten Querrichtung (y) über seitliche Ränder (23, 39) der Bipolar-Halbplatten (22, 38) herausragen und diese Ränder (23, 39) derart umgreifen, dass die Dichtungen (50) von in Stapelrichtung (z) einander benachbarten Brennstoffzellen (20) aneinander anliegen.The invention relates to a fuel cell arrangement (10) with fuel cells (20) stacked in a stacking direction (z), which extend in plate form in first and second transverse directions (x, y) and each have: a bipolar half plate (22) with a channel structure ( 24) for carrying a fuel; a gas diffusion layer (26); a membrane-electrode unit (28) having an electrolyte membrane (30) and electrode layers (32, 34) arranged on both sides thereof; another gas diffusion layer (36); a further bipolar half-plate (38) with a channel structure (40) for guiding the oxidant, which is open on two opposite sides in the first transverse direction (x) in order to allow an oxidant flow in the first transverse direction (x) through the fuel cell arrangement (10 ) to allow. According to the invention, each of the fuel cells (20) has a seal (50) on at least one of two opposite sides in the second transverse direction (y) in its lateral edge region, which is attached to the bipolar half plates (22, 38) and the membrane electrodes - the unit (28) rests, the seals (50) each protruding in the second transverse direction (y) over lateral edges (23, 39) of the bipolar half-plates (22, 38) and embracing these edges (23, 39) in such a way, that the seals (50) of fuel cells (20) that are adjacent to one another in the stacking direction (z) bear against one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The present invention relates to a fuel cell arrangement according to the preamble of claim 1 and a method for producing a fuel cell arrangement according to the preamble of claim 7.

Eine derartige Brennstoffzellenanordnung wird im Stand der Technik auch als Brennstoffzellenstapel bezeichnet und weist in einer Stapelrichtung gestapelt angeordnete Brennstoffzellen auf, die jeweils plattenförmig ausgebildet sind und sich orthogonal zur Stapelrichtung betrachtet jeweils in einer ersten Querrichtung und einer dazu orthogonalen zweiten Querrichtung erstrecken.Such a fuel cell arrangement is also referred to as a fuel cell stack in the prior art and has fuel cells stacked in a stacking direction, each of which is plate-shaped and, viewed orthogonally to the stacking direction, extends in a first transverse direction and a second transverse direction orthogonal thereto.

Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils in der Stapelrichtung gestapelt auf:

  • - eine anodenseitige Bipolar-Halbplatte mit einer Kanalstruktur zur Führung eines Brennstoffes,
  • - eine anodenseitige Gasdiffusionslage,
  • - eine Membran-Elektroden-Einheit, aufweisend eine Elektrolytmembran und in Stapelrichtung beiderseits davon angeordnete Elektrodenschichten, die eine Anode und eine Kathode für eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel ausbilden,
  • - eine kathodenseitige Gasdiffusionslage,
  • - eine kathodenseitige Bipolar-Halbplatte mit einer Kanalstruktur zur Führung des Oxidationsmittels.
The individual fuel cells each have, stacked in the stacking direction:
  • - an anode-side bipolar half-plate with a channel structure for guiding a fuel,
  • - a gas diffusion layer on the anode side,
  • - A membrane-electrode unit, comprising an electrolyte membrane and electrode layers arranged on both sides thereof in the stacking direction, which form an anode and a cathode for an electrochemical reaction of the fuel with an oxidizing agent,
  • - a cathode-side gas diffusion layer,
  • - A cathode-side bipolar half-plate with a channel structure for guiding the oxidizing agent.

Zum Stand der Technik derartiger Brennstoffzellenstapel sei beispielhaft auf die Veröffentlichungen EP 2 357 698 B1 , EP 2 445 045 B1 , EP 2 584 635 B1 , EP 2 946 431 B1 und EP 3 316 377 A1 verwiesen.For the state of the art of such fuel cell stacks, refer to the publications as an example EP 2 357 698 B1 , EP 2 445 045 B1 , EP 2 584 635 B1 , EP 2 946 431 B1 and EP 3 316 377 A1 referenced.

Mit einer Brennstoffzellenanordnung kann durch eine elektrochemische Reaktion die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes (z. B. Wasserstoff) und eines kontinuierlich zugeführten Oxidationsmittels (z. B. Sauerstoff oder Luft) in elektrische Energie gewandelt werden.With a fuel cell arrangement, the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel (e.g. hydrogen) and a continuously supplied oxidizing agent (e.g. oxygen or air) can be converted into electrical energy by means of an electrochemical reaction.

Im Betrieb der über die (elektrisch leitfähigen) Bipolar-Halbplatten in elektrischer Reihenschaltung angeordneten Brennstoffzellen müssen die Reaktanten der elektrochemischen Reaktion, also der Brennstoff (z. B. Wasserstoff) und das Oxidationsmittel (z. B. Luft), auf in Stapelrichtung betrachtet unterschiedlichen Seiten der Membran-Elektroden-Einheit innerhalb jeder Brennstoffzelle zugeführt werden.During operation of the fuel cells arranged in an electrical series connection via the (electrically conductive) bipolar half-plates, the reactants of the electrochemical reaction, i.e. the fuel (e.g. hydrogen) and the oxidizing agent (e.g. air), must be different when viewed in the stacking direction Sides of the membrane-electrode assembly are fed within each fuel cell.

Zu diesem Zweck sind die Bipolar-Halbplatten jeder Brennstoffzelle auf ihren der Membran-Elektroden-Einheit zugewandten Seiten jeweils mit der oben erwähnten Kanalstruktur ausgebildet, um den Brennstoff und das Oxidationsmittel auf den jeweiligen Seiten der Membran-Elektroden-Einheit über diese Kanalstrukturen in die dort angrenzende jeweilige Gasdiffusionslage einzubringen und somit über die jeweilige Gasdiffusionslage an die jeweilige Elektrodenschicht auf der entsprechenden Seite der Elektrolytmembran heranzuführen.For this purpose, the bipolar half-plates of each fuel cell are each designed with the above-mentioned channel structure on their sides facing the membrane-electrode unit in order to transfer the fuel and the oxidizing agent on the respective sides of the membrane-electrode unit via these channel structures into the there to introduce adjacent respective gas diffusion layer and thus to bring it up to the respective electrode layer on the corresponding side of the electrolyte membrane via the respective gas diffusion layer.

Die Elektrodenschichten sind üblicherweise aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet und mit einem geeigneten Katalysator beschichtet bzw. durchsetzt. Die brennstoffseitige Elektrodenschicht bildet hierbei eine Anode und die oxidationsmittelseitige Elektrodenschicht eine Kathode der Membran-Elektroden-Einheit.The electrode layers are usually formed from a carbon material and coated or interspersed with a suitable catalyst. The electrode layer on the fuel side forms an anode and the electrode layer on the oxidizing agent side forms a cathode of the membrane-electrode unit.

Bei einer Brennstoffzellenanordnung der hier interessierenden Art ist bei den einzelnen Brennstoffzellen die zur Führung des Oxidationsmittels vorgesehene Kanalstruktur an zwei in der ersten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzelle offen, um im Betrieb eine Strömung des Oxidationsmittels in der ersten Querrichtung durch die Brennstoffzellenanordnung hindurch zu ermöglichen.In a fuel cell arrangement of the type of interest here, in the individual fuel cells, the channel structure provided for guiding the oxidant is open on two opposite sides of the fuel cell viewed in the first transverse direction in order to enable the oxidant to flow through the fuel cell arrangement in the first transverse direction during operation .

Bei einer derartigen Brennstoffzellenanordnung kann das Oxidationsmittel beispielsweise mit einem Gebläse in der ersten Querrichtung durch die Brennstoffzellenanordnung hindurchgetrieben werden und hierbei zugleich für eine Kühlung der Brennstoffzellenanordnung sorgen. In einer Ausführungsform wird Luft (z. B. aus der Umgebung) über die Kanalstruktur der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte zugeführt bzw. durchströmt diese Kanalstruktur und dient somit sowohl als Oxidationsmittel als auch Kühlmittel (luftgekühlter Brennstoffzellenstapel).In such a fuel cell arrangement, the oxidizing agent can be driven through the fuel cell arrangement in the first transverse direction, for example with a fan, and at the same time ensure cooling of the fuel cell arrangement. In one embodiment, air (e.g. from the environment) is supplied via the channel structure of the cathode-side bipolar half-plate or flows through this channel structure and thus serves both as an oxidizing agent and a coolant (air-cooled fuel cell stack).

In dieser Hinsicht kann bei dieser Anordnung auch von „Brennstoffzellen mit offener Kathode“ gesprochen werden, da der Oxidationsmittel-führende Bereich, d.h. kathodenseitige Kanalstruktur, Gasdiffusionslage, Elektrodenschicht (Kathode) nicht zur Umgebung hin abgedichtet sind. Vielmehr ist lediglich der (anodenseitige) Brennstoff-führende Bereich gegen die Umgebung gedichtet, um einen Verlust von Brennstoff aus diesem Brennstoffzellenbereich in die Umgebung sowie einen Eintrag eines Mediums (z. B. Luft) aus der Umgebung in diesen Brennstoffzellenbereich hinein zu verhindern.In this regard, this arrangement can also be referred to as “fuel cells with an open cathode”, since the area carrying the oxidizing agent, i.e. the channel structure on the cathode side, gas diffusion layer, electrode layer (cathode) are not sealed off from the environment. Rather, only the (anode-side) fuel-carrying area is sealed against the environment in order to prevent a loss of fuel from this fuel cell area into the environment and an entry of a medium (e.g. air) from the environment into this fuel cell area.

Das Produkt der in den einzelnen Brennstoffzellen ablaufenden elektrochemischen Reaktion, beispielsweise Wasser, kann über den Oxidationsmittel (z. B. Luft)-führenden Brennstoffzellenbereich abgeführt werden.The product of the electrochemical reaction taking place in the individual fuel cells, for example water, can be discharged via the fuel cell area carrying the oxidizing agent (for example air).

Sämtliche vorstehend mit Bezug auf den Stand der Technik erläuterten Merkmale von Brennstoffzellenanordnungen können einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei der unten noch beschriebenen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein.All of the features of fuel cell assemblies explained above with reference to the prior art can also be provided individually or in any combination in the fuel cell assembly according to the invention described below.

Nachteilig ist bei bekannten Brennstoffzellenanordnungen der eingangs genannten Art, dass bei deren Verwendung bzw. in deren Installationsumgebung (z. B. A disadvantage of known fuel cell arrangements of the type mentioned at the beginning is that when they are used or in their installation environment (e.g.

Brennstoffzellenstapel in einem Gehäuse) oftmals keine besondere Abdichtung zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite für das Oxidationsmittel (z. B. Luft) vorgesehen ist, mit der Folge, dass parasitäre Oxidationsmittelströme z. B. von der Einlassseite zur Auslassseite strömen und somit den Systemwirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung verschlechtern.Fuel cell stacks in a housing) often no special seal is provided between an inlet side and an outlet side for the oxidizing agent (e.g. air), with the result that parasitic oxidizing agent flows e.g. B. flow from the inlet side to the outlet side and thus worsen the system efficiency of the fuel cell arrangement.

Eine weitere nachteilige Folge besteht in diesem Zusammenhang oftmals darin, dass eine die Energieumsetzungseffizienz und die Kühleffizienz steigernde so genannte Druckaufladung der gestapelten Brennstoffzellen zur Schaffung eines erhöhten Drucks von Oxidationsmittel in den Brennstoffzellen bei gleichzeitig hoher Durchströmungsrate erschwert ist, da durch die erwähnten parasitären Oxidationsmittelströme in unerwünschter Weise der Druck auf der Auslassseite erhöht wird.Another disadvantageous consequence in this context is that a so-called pressure charging of the stacked fuel cells, which increases the energy conversion efficiency and the cooling efficiency, in order to create an increased pressure of oxidizing agent in the fuel cells with a high flow rate at the same time, is made more difficult, since the aforementioned parasitic oxidizing agent flows are undesirable Way the pressure on the outlet side is increased.

Schließlich besteht ein weiterer Nachteil z. B. darin, dass die Brennstoffzellen bzw. der daraus gebildete Brennstoffzellenstapel nicht (zumindest bereichsweise) gasdicht und elektrisch isoliert in ein die gestapelten Brennstoffzellen umgebendes Gehäuse eingebracht werden kann. Zu bedenken ist hierbei, dass der Brennstoffzellenstapel keine „glatten“ Seitenflächen besitzt und dass die Bipolar-Halbplatten aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.Finally, there is another disadvantage e.g. B. in the fact that the fuel cells or the fuel cell stack formed therefrom cannot (at least in some areas) be introduced gas-tight and electrically insulated into a housing surrounding the stacked fuel cells. It should be noted here that the fuel cell stack does not have any “smooth” side surfaces and that the bipolar half-plates are made from an electrically conductive material.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs genannten Art deren Anwendungsbereich zu erweitern und/oder deren Leistungseigenschaften im Betrieb zu verbessern.It is an object of the present invention to avoid the disadvantages mentioned above and, in the case of a fuel cell arrangement of the type mentioned at the beginning, to expand its field of application and / or to improve its performance properties during operation.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gemäß eines ersten Aspekts durch eine Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention, this object is achieved according to a first aspect by a fuel cell arrangement according to claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Brennstoffzellen an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung in ihrem entsprechenden seitlichen Randbereich ferner eine Dichtung aufweist, die in diesem seitlichen Randbereich an der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte, der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte und der Membran-Elektroden-Einheit anliegt, um von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte zur Membran-Elektroden-Einheit hin und von der Membran-Elektroden-Einheit zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte hin abzudichten, und dass diese Dichtungen jeweils in der zweiten Querrichtung über seitliche Ränder der Bipolar-Halbplatten herausragen und diese seitlichen Ränder derart umgreifen, dass die Dichtungen von in Stapelrichtung einander benachbarten Brennstoffzellen aneinander anliegen.The fuel cell arrangement according to the invention is characterized in that each of the fuel cells on at least one of two sides of the fuel cell arrangement which are opposite to one another when viewed in the second transverse direction also has a seal in its corresponding lateral edge area, which in this lateral edge area is attached to the anode-side bipolar half-plate and the cathode-side Bipolar half-plate and the membrane-electrode-unit rests in order to seal from the anode-side bipolar-half-plate to the membrane-electrode-unit and from the membrane-electrode-unit to the cathode-side bipolar half-plate, and that these seals in each case in the second Project transversely over lateral edges of the bipolar half-plates and encompass these lateral edges in such a way that the seals of fuel cells adjacent to one another in the stacking direction rest against one another.

Die in der zweiten Querrichtung über die seitlichen Ränder der Bipolar-Halbplatten herausragenden Dichtungen und insbesondere deren Anlage an jeweils im Brennstoffzellenstapel benachbarten Dichtungen führt an den beiden betreffenden Seiten der Brennstoffzellenanordnung zu einer von den Dichtungen gebildeten gemeinsamen einhüllenden Dichtstruktur, die viele Vorteile besitzt.The seals protruding beyond the lateral edges of the bipolar half-plates in the second transverse direction and in particular their contact with seals adjacent to each other in the fuel cell stack leads to a common enveloping sealing structure formed by the seals on the two relevant sides of the fuel cell assembly, which has many advantages.

So können mit der Erfindung z. B. die erwähnten parasitären Luftströme vermieden werden. Damit verbessert diese Dichtstruktur vorteilhaft die Leistungseigenschaften der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere im Falle eines Betriebs mit Druckaufladung des Brennstoffzellenstapels. Außerdem kann mittels aus elektrisch nichtleitendem Material gebildeten Dichtungen vorteilhaft eine elektrische Isolation zwischen dem Brennstoffzellenstapel und einer in der Installationsumgebung den Brennstoffzellenstapel umgebenden Komponente wie insbesondere z. B. einem Gehäuse geschaffen werden. Ferner kann mittels aus elastischem Material gebildeten Dichtungen vorteilhaft eine verbesserte mechanische Stabilität des Brennstoffzellenstapels in einem Gehäuse erzielt werden, was z. B. insbesondere für mobile Anwendungen (in einem Fahrzeug) von Vorteil ist.So with the invention z. B. the mentioned parasitic air currents can be avoided. This sealing structure thus advantageously improves the performance properties of the fuel cell arrangement, in particular in the case of operation with pressure charging of the fuel cell stack. In addition, an electrical insulation between the fuel cell stack and a component surrounding the fuel cell stack in the installation environment, such as in particular z. B. a housing can be created. Furthermore, improved mechanical stability of the fuel cell stack in a housing can advantageously be achieved by means of seals formed from elastic material, which z. B. is particularly advantageous for mobile applications (in a vehicle).

Bevorzugt besitzen die einzelnen Brennstoffzellen jeweils eine plattenförmige Gestalt mit wenigstens annähernd rechteckiger Kontur, so dass sich ein dementsprechend etwa quaderförmiger Brennstoffzellenstapel ergibt.The individual fuel cells preferably each have a plate-like shape with an at least approximately rectangular contour, so that a corresponding roughly cuboid fuel cell stack results.

In einer Ausführungsform sind die Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung für einen Betrieb mit Wasserstoff als Brennstoff geeignet ausgebildet, z. B. mit einer als Protonenleitmembran ausgebildeten Elektrolytmembran.In one embodiment, the fuel cells of the fuel cell arrangement are designed to be suitable for operation with hydrogen as the fuel, e.g. B. with an electrolyte membrane designed as a proton conducting membrane.

Alternativ kommt jedoch auch z. B. eine Ausbildung der Brennstoffzellenanordnung für einen Betrieb mit einem anderen Brennstoff wie z. B. einer organischen Verbindung (z. B. Methan oder Methanol) oder z. B. Erdgas in Betracht.Alternatively, however, also z. B. a design of the fuel cell assembly for operation with a different fuel such. B. an organic compound (z. B. methane or methanol) or z. B. natural gas into consideration.

In einer Ausführungsform ist die Brennstoffzellenanordnung für einen Betrieb mit Luft als Oxidationsmittel geeignet ausgebildet, insbesondere wobei eine aktiv (z. B. mittels eines Gebläses) durch die Kanalstrukturen der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatten geführte Luft (z. B. aus der Umgebung) auch als Kühlmittel zum Kühlen der einzelnen Brennstoffzellen und somit der Brennstoffzellenanordnung eingesetzt wird.In one embodiment, the fuel cell arrangement is designed to be suitable for operation with air as the oxidizing agent, in particular with air (e.g. from the environment) actively guided (e.g. by means of a fan) through the channel structures of the cathode-side bipolar half-plates also as Coolant is used to cool the individual fuel cells and thus the fuel cell arrangement.

In einer bevorzugten Verwendung der Brennstoffzellenanordnung ist ein Betrieb mit Druckaufladung des Brennstoffzellenstapels mit dem Oxidationsmittel vorgesehen, wobei in diesem Fall die Zufuhr des Oxidationsmittels unter einem gegenüber atmosphärischem Umgebungsdruck erhöhten Druck (Zufuhrdruck) auf einer Einlassseite für das Oxidationsmittel erfolgt. Dieser Einlassdruck kann z. B. größer als 1,2 bar, insbesondere größer als 1,5 bar, bemessen sein. Andererseits ist bei einer Druckaufladung ein Einlassdruck von weniger als 5 bar, insbesondere weniger als 4 bar, zumeist ausreichend.In a preferred use of the fuel cell arrangement, operation with pressure charging of the fuel cell stack with the oxidizing agent is provided, in which case the oxidizing agent is supplied under a pressure higher than atmospheric ambient pressure (supply pressure) on an inlet side for the oxidizing agent. This inlet pressure can e.g. B. greater than 1.2 bar, in particular greater than 1.5 bar, be dimensioned. On the other hand, in the case of pressure charging, an inlet pressure of less than 5 bar, in particular less than 4 bar, is usually sufficient.

In einer spezielleren Ausgestaltung erfolgt eine Abfuhr des Oxidationsmittels an einer Auslasseite, an welcher ein Unterdruck herrscht, der unterhalb atmosphärischem Umgebungsdruck liegt. Dieser Auslassdruck kann z. B. kleiner als 0,8 bar, insbesondere kleiner als 0,6 bar, bemessen sein. Andererseits ist zumeist ein Auslassdruck von mindestens 0,1 bar, insbesondere mindestens 0,2 bar, vorteilhaft.In a more specific embodiment, the oxidizing agent is discharged at an outlet side at which there is a negative pressure that is below the ambient atmospheric pressure. This outlet pressure can e.g. B. less than 0.8 bar, in particular less than 0.6 bar, be dimensioned. On the other hand, an outlet pressure of at least 0.1 bar, in particular at least 0.2 bar, is usually advantageous.

Die im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Kanalstrukturen der einzelnen Brennstoffzellen können jeweils mehrere, z. B. mehr als 10, oder z. B. mehr als 50, parallel zueinander verlaufende Kanäle aufweisen.The channel structures of the individual fuel cells provided in the context of the invention can each have several, e.g. B. more than 10, or z. B. have more than 50, parallel channels.

Jede der Kanalstrukturen kann z. B. insbesondere jeweils geradlinig und parallel zueinander verlaufende Kanäle aufweisen, was z. B. insbesondere für die anodenseitigen Kanalstrukturen (an den anodenseitigen Bipolar-Halbplatten) eine bevorzugte Ausgestaltung darstellt. Insbesondere die Kanäle der anodenseitigen Bipolar-Halbplatten können z. B. allesamt in der ersten Querrichtung orientiert verlaufen.Each of the channel structures can e.g. B. in particular each have rectilinear and parallel channels, which z. B. in particular for the anode-side channel structures (on the anode-side bipolar half-plates) represents a preferred embodiment. In particular, the channels of the anode-side bipolar half-plates can, for. B. all run oriented in the first transverse direction.

In einer Ausführungsform verlaufen geradlinige Kanäle der anodenseitigen Bipolar-Halbplatten und der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatten allesamt in einer gemeinsamen (gleichen) Richtung orthogonal zur Stapelrichtung der Brennstoffzellenanordnung. In einer anderen Ausführungsform verlaufen solche geradlinigen Kanäle einerseits der anodenseitigen Bipolar-Halbplatten und andererseits der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatten in unterschiedlichen Richtungen orthogonal zur Stapelrichtung. Insbesondere können diese verschiedenen Richtungen der Kanäle orthogonal zueinander orientiert vorgesehen sein und somit z. B. in erster bzw. zweiter Querrichtung verlaufen.In one embodiment, straight channels of the anode-side bipolar half-plates and the cathode-side bipolar half-plates all run in a common (same) direction orthogonal to the stacking direction of the fuel cell arrangement. In another embodiment, such straight channels run on the one hand the anode-side bipolar half-plates and on the other hand the cathode-side bipolar half-plates in different directions orthogonal to the stacking direction. In particular, these different directions of the channels can be provided oriented orthogonally to one another and thus z. B. extend in the first or second transverse direction.

Alternativ zu geradlinig verlaufenden Kanälen können für die anodenseitigen Kanalstrukturen und/oder die kathodenseitigen Kanalstrukturen jedoch prinzipiell auch kompliziertere Verläufe der jeweiligen Kanäle vorgesehen sein, wie z. B. Verläufe beinhaltend Abwinkelungen und/oder Krümmungen, z. B. mäanderförmige Verläufe in der der von erster und zweiter Querrichtung aufgespannten „Brennstoffzellenebene“. Dies kann z. B. insbesondere für die kathodenseitigen Kanalstrukturen (an den kathodenseitigen Bipolar-Halbplatten) eine bevorzugte Ausgestaltung darstellen.As an alternative to rectilinear channels, more complicated courses of the respective channels can in principle also be provided for the anode-side channel structures and / or the cathode-side channel structures, such as, for. B. Gradients containing bends and / or curvatures, z. B. meandering courses in the "fuel cell plane" spanned by the first and second transverse directions. This can e.g. B. represent a preferred embodiment in particular for the cathode-side channel structures (on the cathode-side bipolar half-plates).

Die Kanäle der Kanalstrukturen können z. B. einen rechteckigen oder abgerundet-rechteckigen Querschnitt besitzen und können z. B. durch ein Einfräsen, ein Stanzen, ein Prägen oder ein Ätzen im Rahmen der Fertigung der Bipolar-Halbplatten bzw. Bipolarplatten ausgebildet worden sein.The channels of the channel structures can, for. B. have a rectangular or rounded-rectangular cross-section and can, for. B. have been formed by milling, punching, embossing or etching in the course of manufacturing the bipolar half-plates or bipolar plates.

In einer Ausführungsform sind die Bipolar-Halbplatten aus einem metallischen Material gebildet. Alternativ können die Bipolar-Halbplatten insbesondere z. B. aus einem Kohlenstoffmaterial oder z. B. aus einem elektrisch leitenden Kunststoffmaterial (z. B. entsprechend dotiert, z. B. mit Ruß) gebildet sein, oder aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material.In one embodiment, the bipolar half-plates are formed from a metallic material. Alternatively, the bipolar half-plates can in particular, for. B. of a carbon material or z. B. be formed from an electrically conductive plastic material (z. B. appropriately doped, z. B. With carbon black), or from another electrically conductive material.

Gemäß einer Ausführungsform werden die bei der Erfindung vorgesehenen Bipolar-Halbplatten jeweils separat voneinander vorgefertigt und bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung durch ein Stapeln der einzelnen Komponenten entsprechend in den Stapel eingefügt.According to one embodiment, the bipolar half-plates provided in the invention are each prefabricated separately from one another and inserted into the stack during the production of the fuel cell arrangement by stacking the individual components.

Zumeist bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Bipolar-Halbplatten für das Innere des Brennstoffzellenstapels jeweils separat voneinander vorgefertigt, jedoch vor deren Einfügung in die Brennstoffzellenanordnung paarweise miteinander verbunden wurden, z. B. durch eine Verklebung oder Verschweißung, so dass bei der Herstellung des Brennstoffzellenstapels Bipolarplatten verwendet werden (die jeweils aus zwei Bipolar-Halbplatten zusammengesetzt sind). An den beiden in Stapelrichtung betrachteten Enden können auch bei dieser Ausführungsform jeweils einzelne Bipolar-Halbplatten angeordnet werden („Endplatten“).Mostly preferred, however, is an embodiment in which the bipolar half-plates for the interior of the fuel cell stack are each prefabricated separately from one another, but have been connected to one another in pairs before they are inserted into the fuel cell assembly, e.g. B. by gluing or welding, so that bipolar plates are used in the manufacture of the fuel cell stack (which are each composed of two bipolar half-plates). In this embodiment, too, individual bipolar half-plates (“end plates”) can be arranged at the two ends viewed in the stacking direction.

Im Inneren des Brennstoffzellenstapels kann bei den einzelnen Brennstoffzellen eine Außenseite (d.h. die der Kanalstruktur abgewandte Seite) der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte z. B. direkt an einer Außenseite (d.h. der Kanalstruktur abgewandt) der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte einer in Stapelrichtung benachbarten (angrenzenden) Brennstoffzelle anliegen, wobei dann dementsprechend die Außenseite der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte einer Brennstoffzelle direkt an der Außenseite der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte einer in Stapelrichtung benachbarten Brennstoffzelle anliegt (sei es mit oder ohne fester Verbindung wie z. B. Verklebung, Verschweißung etc.).In the interior of the fuel cell stack, in the case of the individual fuel cells, an outside (ie the side facing away from the channel structure) of the anode-side bipolar half-plate z. B. directly on an outside (ie facing away from the channel structure) of the cathode-side bipolar half-plate of an adjacent (adjoining) in the stacking direction The fuel cell, with the outside of the cathode-side bipolar half-plate of a fuel cell correspondingly in contact with the outside of the anode-side bipolar half-plate of an adjacent fuel cell in the stacking direction (be it with or without a fixed connection such as gluing, welding, etc.).

Im Rahmen der Erfindung soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass zwischen derart im Stapel benachbarten Bipolar-Halbplatten z. B. eine weitere Kanalstruktur zur Führung eines Kühlmediums (z. B. Kühlwasser) ausgebildet ist.In the context of the invention, however, it should not be ruled out that between such adjacent bipolar half-plates in the stack, for. B. another channel structure for guiding a cooling medium (z. B. cooling water) is formed.

In einer Ausführungsform sind die Gasdiffusionslagen aus einem Kohlenstoff-Vlies gebildet. Alternativ kommen, je nach vorgesehenem Brennstoff und Oxidationsmittel, auch andere Materialien in Betracht.In one embodiment, the gas diffusion layers are formed from a carbon fleece. Alternatively, depending on the intended fuel and oxidizing agent, other materials can also be considered.

In einer Ausführungsform sind die Anode und Kathode ausbildenden Elektrodenschichten der Membran-Elektroden-Einheit der Brennstoffzellen mit einem Katalysator wie insbesondere z. B. einem Material enthaltend Platin oder Palladium beschichtet. Die Elektrodenschichten können den Katalysator insbesondere auf ihrer der zugehörigen Gasdiffusionslage zugewandten Seite aufweisen.In one embodiment, the anode and cathode forming electrode layers of the membrane-electrode unit of the fuel cells with a catalyst such as in particular z. B. coated a material containing platinum or palladium. The electrode layers can have the catalyst in particular on their side facing the associated gas diffusion layer.

Wie bereits erwähnt, sind bei der Erfindung die Dichtungen in den betreffenden seitlichen Randbereichen der Brennstoffzellen an einer oder an beiden der in der zweiten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung vorgesehen, wobei die Dichtungen von in Stapelrichtung einander benachbarten Brennstoffzellen aneinander anliegen.As already mentioned, in the invention the seals are provided in the relevant lateral edge regions of the fuel cells on one or both of the opposite sides of the fuel cell arrangement viewed in the second transverse direction, the seals of adjacent fuel cells in the stacking direction bearing against one another.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtungen aus einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Dichtungen um ein dauerhaft elastisches Material, wobei insbesondere auch in diesem Fall in Betracht kommt, bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung das Material zur Ausbildung der Dichtungen in einem flüssigen bis zähflüssigen Zustand zu applizieren und nachfolgend auszuhärten (in den bevorzugt dauerelastischen Zustand). In einer Ausführungsform sind die Dichtungen aus einem Polymermaterial gebildet.In one embodiment of the invention, the seals are formed from an elastic plastic material. The material of the seals is preferably a permanently elastic material, whereby in this case too, in particular, it is possible to apply the material for forming the seals in a liquid to viscous state during the production of the fuel cell arrangement and then to harden it (in the preferably permanently elastic state). In one embodiment, the seals are formed from a polymer material.

In einer Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung sind die Dichtungen an der wenigstens einen betreffenden Seite (der beiden in der zweiten Querrichtung einander entgegengesetzten Seiten) der Brennstoffzellenanordnung derart ausgebildet und angeordnet, dass damit an der betreffenden Seite eine Abdichtung erzielt wird, welche es im Betrieb der Brennstoffzellenanordnung verhindert oder zumindest behindert, dass Oxidationsmittel (z. B. Luft), das an einer für das Oxidationsmittel vorgesehenen Einlassseite der Brennstoffzellenanordnung zu Öffnungen der Kanalstrukturen für das Oxidationsmittel hin strömt, parasitär teilweise auch seitlich an den gestapelten Brennstoffzellen vorbei und somit bis zu einer Auslassseite strömen kann.In one embodiment of the fuel cell arrangement, the seals on the at least one relevant side (the two opposite sides in the second transverse direction) of the fuel cell arrangement are designed and arranged in such a way that a seal is achieved on the relevant side which prevents it from operating the fuel cell arrangement or at least prevents the oxidizing agent (e.g. air), which flows on an inlet side of the fuel cell arrangement provided for the oxidizing agent to openings in the channel structures for the oxidizing agent, parasitically in part also laterally past the stacked fuel cells and thus to an outlet side can.

Die für das Oxidationsmittel vorgesehene Einlassseite der Brennstoffzellenanordnung kann von einem Raumbereich gebildet sein, der an einem in erster Querrichtung betrachteten Ende des Brennstoffzellenstapels unmittelbar an diesen angrenzt. In diesem Raumbereich kann z. B. ein Gebläse zur Zufuhr von Oxidationsmittel in den Brennstoffzellenstapel angeordnet sein. Darüber hinaus kann dieser Raumbereich auch durch eine kanalartige Struktur zur Führung des Oxidationsmittels begrenzt sein, wobei in diesem Fall ein das Oxidationsmittel zuführendes Gebläse auch an anderer Stelle innerhalb dieser kanalartigen Struktur angeordnet sein kann. Die kanalartige Struktur kann z. B. von einem zur Unterbringung des Brennstoffzellenstapels vorgesehenen Gehäuse ausgebildet sein oder z. B. an einer für das Oxidationsmittel vorgesehenen Einlassöffnung eines solchen Gehäuses angeschlossen sein.The inlet side of the fuel cell arrangement provided for the oxidizing agent can be formed by a spatial region which directly adjoins the fuel cell stack at an end of the fuel cell stack viewed in the first transverse direction. In this area z. B. a fan for supplying oxidizing agent can be arranged in the fuel cell stack. In addition, this spatial area can also be delimited by a channel-like structure for guiding the oxidizing agent, in which case a fan supplying the oxidizing agent can also be arranged elsewhere within this channel-like structure. The channel-like structure can, for. B. be formed by a provided for accommodating the fuel cell stack housing or z. B. be connected to an inlet opening of such a housing provided for the oxidizing agent.

Bevorzugt sind die Dichtungen an beiden in der zweiten Querrichtung einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung ausgebildet und angeordnet, so dass besonders vorteilhaft an beiden Seiten die erwähnte Abdichtung erzielt wird und somit an einer Einlassseite zu Öffnungen der Kanalstrukturen für das Oxidationsmittel hin strömendes Oxidationsmittel auf keiner der beiden Seiten des Brennstoffzellenstapels diesen parasitär bis hin zur Auslassseite umströmen kann.The seals are preferably formed and arranged on both sides of the fuel cell arrangement that are opposite to one another in the second transverse direction, so that the aforementioned seal is particularly advantageously achieved on both sides and thus, on an inlet side, oxidant flowing towards openings in the channel structures for the oxidant does not occur on either of the two Sides of the fuel cell stack can flow around this parasitically up to the outlet side.

Die Auslassseite für das Oxidationsmittel befindet sich in einem an einer Seite des Brennstoffzellenstapels angrenzenden Raumbereich, der in erster Querrichtung betrachtet dem Einlassbereich entgegengesetzt ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem Gebläse an der Einlassseite kann ein Gebläse auch an der Auslassseite, also in dem auslassseitigen Raumbereich oder einer auslassseitigen kanalartigen Struktur vorgesehen sein, wobei diese Struktur wieder z. B. durch ein Gehäuse der Brennstoffzellenanordnung ausgebildet sein kann oder z. B. daran angeschlossen sein kann.The outlet side for the oxidizing agent is located in a space area adjoining one side of the fuel cell stack, which, viewed in the first transverse direction, is opposite to the inlet area. As an alternative or in addition to a fan on the inlet side, a fan can also be provided on the outlet side, that is to say in the outlet-side spatial area or an outlet-side channel-like structure, this structure again e.g. B. can be formed by a housing of the fuel cell assembly or z. B. can be connected to it.

In einer Ausführungsform weist die Brennstoffzellenanordnung ferner ein die gestapelten Brennstoffzellen wenigstens teilweise umgebendes Gehäuse auf, an dessen Innenseite die Dichtungen anliegen. Das Gehäuse kann z. B. eine Rahmenstruktur darstellen oder zumindest aufweisen, mittels welcher die gestapelte Anordnung der Brennstoffzellen mitsamt der Dichtungen fixiert wird.In one embodiment, the fuel cell arrangement furthermore has a housing which at least partially surrounds the stacked fuel cells and on the inside of which the seals rest. The housing can e.g. B. represent or at least have a frame structure by means of which the stacked arrangement of the fuel cells together with the seals is fixed.

Das Gehäuse kann aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere einem metallischen Material, gebildet sein, und ein elektrisch isolierendes Material der Dichtungen kann für eine elektrische Isolation zwischen den Brennstoffzellen und dem Gehäuse sorgen.The housing can be formed from an electrically conductive material, in particular a metallic material, and an electrically insulating material of the seals can provide electrical insulation between the fuel cells and the housing.

Das Gehäuse kann z. B. aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt sein, die bei der Herstellung (Montage) der Brennstoffzellenanordnung miteinander verbunden wurden.The housing can e.g. B. be composed of several housing parts that were connected to one another during the manufacture (assembly) of the fuel cell assembly.

Das Gehäuse kann die gestapelt angeordneten Brennstoffzellen zumindest an einer oder an beiden in der zweiten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung umgeben. An den betreffenden Seiten kann sich jeweils z. B. ein plattenförmiges Gehäuseteil erstrecken und z. B. vollflächig an den Dichtungen anliegen. Alternativ kann ein solches Gehäuseteil z. B. mit Durchbrechungen versehen sein und z. B. als eine „formgebende Struktur“ nur stellenweise an den Dichtungen anliegen, um diese zu fixieren und/oder durch eine Anlagekraft in einer bestimmten Form zu halten.The housing can surround the stacked fuel cells at least on one or on both sides of the fuel cell arrangement which are opposite to one another when viewed in the second transverse direction. On the respective pages, z. B. extend a plate-shaped housing part and z. B. full surface on the seals. Alternatively, such a housing part z. B. be provided with openings and z. B. as a "shape-giving structure" only in places on the seals in order to fix them and / or to keep them in a certain shape by a contact force.

An jeder der betreffenden Seiten sind die Dichtungen jeweils in einem Raumbereich angeordnet, der begrenzt wird von der betreffenden Brennstoffzelle und einer Innenseite des Gehäuses und den (in Stapelrichtung) benachbarten Dichtungen. On each of the sides in question, the seals are arranged in a space which is delimited by the fuel cell in question and an inside of the housing and the seals that are adjacent (in the stacking direction).

Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn in einem Querschnitt jedes solchen Raumbereiches betrachtet „keine Dichtungslücken“ bestehen, d. h. das Material der Dichtungen diesen Querschnitt vollständig ausfüllt.It is particularly preferred here if, viewed in a cross section of each such spatial area, there are “no gaps in the seal”, ie. H. the material of the seals completely fills this cross-section.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtungen aus elastischem Material gebildet und sind die Dichtungen an der betreffenden Seite (der in der zweiten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten) der Brennstoffzellenanordnung jeweils in dem Raumbereich komprimiert, der begrenzt wird von der betreffenden Brennstoffzelle und der Innenseite des Gehäuses und den benachbarten Dichtungen. Damit lassen sich vorteilhaft die vorerwähnten Dichtungslücken vermeiden.In a preferred embodiment, the seals are made of elastic material and the seals on the relevant side (the opposite sides when viewed in the second transverse direction) of the fuel cell arrangement are compressed in the space that is delimited by the relevant fuel cell and the inside of the housing and the neighboring seals. In this way, the aforementioned gaps in the seal can advantageously be avoided.

Im fertigen Zustand der Brennstoffzellenanordnung, z. B. nach einer Verspannung der gestapelt angeordneten Brennstoffzellen zwischen zwei so genannten Endplatten und/oder Anordnung eines Gehäuserahmens bzw. Gehäuses, können die Dichtungen z. B. durch Kompressionskräfte belastet sein, die in der zweiten Querrichtung und/oder in der Stapelrichtung wirken.In the finished state of the fuel cell assembly, e.g. B. after tensioning the stacked fuel cells between two so-called end plates and / or arrangement of a housing frame or housing, the seals can, for. B. be loaded by compression forces that act in the second transverse direction and / or in the stacking direction.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtungen derart formgestaltet, dass insbesondere auch ohne Einwirkung von (z. B. durch Verspannung des Brennstoffzellenstapels hervorgerufenen) Kompressionskräften die Anordnung der Dichtungen im Querschnitt betrachtet bereits im Wesentlichen „keine Dichtungslücken“ aufweist.In one embodiment of the invention, the seals are designed in such a way that, in particular even without the action of compression forces (e.g. caused by tensioning the fuel cell stack), the arrangement of the seals already has essentially “no seal gaps” when viewed in cross section.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtungen derart formgestaltet, dass die Dichtungen von in Stapelrichtung einander benachbarten Brennstoffzellen unter Ausbildung einer Formschlussverbindung aneinander anliegen. Insbesondere können die Dichtungen hierbei z. B. mit in Stapelrichtung orientierten Vorsprüngen und korrespondierenden Vertiefungen versehen sein, so dass die Vorsprünge in die korrespondierenden Vertiefungen eingreifen („Nut-Feder-Verbindung“).In one embodiment of the invention, the seals are designed in such a way that the seals of fuel cells which are adjacent to one another in the stacking direction bear against one another, forming a form-fit connection. In particular, the seals can here, for. B. be provided with projections oriented in the stacking direction and corresponding depressions, so that the projections engage in the corresponding depressions (“tongue and groove connection”).

In einer Ausführungsform der Erfindung ragen die Dichtungen jeweils in der zweiten Querrichtung über die seitlichen Ränder der Bipolar-Halbplatten um einen Betrag heraus, der mindestens das 0,25-fache, insbesondere mindestens das 0,5-fache, einer in Stapelrichtung gemessenen Dicke der Brennstoffzellen beträgt, und/oder maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, der in Stapelrichtung gemessenen Dicke der Brennstoffzellen beträgt.In one embodiment of the invention, the seals protrude in the second transverse direction over the lateral edges of the bipolar half-plates by an amount that is at least 0.25 times, in particular at least 0.5 times, a thickness measured in the stacking direction Fuel cells is, and / or a maximum of 10 times, in particular a maximum of 5 times, the thickness of the fuel cells measured in the stacking direction.

Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung, welches aufweist: Bilden einer Brennstoffzellenanordnung durch stapelndes Anordnen von Brennstoffzellen in einer Stapelrichtung, wobei die Brennstoffzellen jeweils plattenförmig ausgebildet sind, sich orthogonal zur Stapelrichtung betrachtet jeweils in einer ersten Querrichtung und einer dazu orthogonalen zweiten Querrichtung erstrecken, und die Brennstoffzellen jeweils in der Stapelrichtung gestapelt aufweisen: eine anodenseitige Bipolar-Halbplatte mit einer Kanalstruktur zur Führung eines Brennstoffes; eine anodenseitige Gasdiffusionslage; eine Membran-Elektroden-Einheit, aufweisend eine Elektrolytmembran und in Stapelrichtung beiderseits davon angeordnete Elektrodenschichten, die eine Anode und eine Kathode für eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel ausbilden; eine kathodenseitige Gasdiffusionslage; und eine kathodenseitige Bipolar-Halbplatte mit einer Kanalstruktur zur Führung des Oxidationsmittels, die an zwei in der ersten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzelle offen ist, um eine Strömung des Oxidationsmittels in der ersten Querrichtung durch die Brennstoffzellenanordnung hindurch zu ermöglichen.According to a further aspect, the invention relates to a method for producing a fuel cell arrangement, which comprises: Forming a fuel cell arrangement by stacking fuel cells in a stacking direction, the fuel cells each being plate-shaped, viewed orthogonally to the stacking direction, each in a first transverse direction and one to it extend in the orthogonal second transverse direction, and the fuel cells each have stacked in the stacking direction: an anode-side bipolar half-plate with a channel structure for guiding a fuel; an anode-side gas diffusion layer; a membrane-electrode unit, comprising an electrolyte membrane and electrode layers arranged on both sides thereof in the stacking direction, which form an anode and a cathode for an electrochemical reaction of the fuel with an oxidizing agent; a cathode-side gas diffusion layer; and a cathode-side bipolar half-plate with a channel structure for guiding the oxidizing agent, which is open on two opposite sides of the fuel cell, viewed in the first transverse direction, in order to enable a flow of the oxidizing agent in the first transverse direction through the fuel cell arrangement.

Gemäß der Erfindung ist bei diesem Herstellungsverfahren vorgesehen, dass jede der Brennstoffzellen an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung in ihrem entsprechenden seitlichen Randbereich ferner eine Dichtung aufweist, die in diesem seitlichen Randbereich an der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte, der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte und der Membran-Elektroden-Einheit anliegt, um von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte zur Membran-Elektroden-Einheit hin und von der Membran-Elektroden-Einheit zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte hin abzudichten, und dass die Dichtungen jeweils in der zweiten Querrichtung über seitliche Ränder der Bipolar-Halbplatten herausragen und diese seitlichen Ränder derart umgreifen, dass bei dem stapelnden Anordnen der Brennstoffzellen die Dichtungen von in Stapelrichtung einander benachbarten Brennstoffzellen aneinander zur Anlage kommen.According to the invention, it is provided in this production method that each of the fuel cells is located on at least one of two opposite sides of the fuel cell arrangement as viewed in the second transverse direction its corresponding lateral edge area furthermore has a seal which, in this lateral edge area, rests against the anode-side bipolar half-plate, the cathode-side bipolar half-plate and the membrane-electrode unit in order to move from the anode-side bipolar half-plate to the membrane-electrode unit from the membrane-electrode unit to the cathode-side bipolar half-plate, and that the seals protrude in the second transverse direction over the lateral edges of the bipolar half-plates and encompass these lateral edges in such a way that when the fuel cells are stacked, the seals from in Stack direction adjacent fuel cells come to rest against each other.

In einer Ausführungsform sind die Dichtungen jeweils einstückig ausgebildet. Alternativ kommt in Betracht, die Dichtungen jeweils aus mehreren Dichtungsteilen zusammengesetzt auszubilden. Jede Dichtung oder jedes Dichtungsteil kann z. B. während des stapelnden Anordnens der Brennstoffzellen als ein „Einlegeteil“ im entsprechenden seitlichen Randbereich „mitgestapelt“ werden. Alternativ kommt in Betracht, jede Dichtung (oder z. B. sämtliche zur Ausbildung einer Dichtung vorgesehenen Dichtungsteile) im Rahmen einer Vorfertigung der weiteren Brennstoffzellenkomponenten auszubilden und hierbei mit der oder den betreffenden Brennstoffzellenkomponenten direkt zu verbinden, insbesondere z. B. daran anzuformen, bevor diese Brennstoffzellenkomponenten zur Bildung des Brennstoffzellenstapels gestapelt werden.In one embodiment, the seals are each formed in one piece. Alternatively, it is possible to form the seals composed of several sealing parts. Each seal or each sealing part can e.g. B. during the stacking arrangement of the fuel cells as an "insert" in the corresponding lateral edge area are "stacked". Alternatively, each seal (or, for example, all of the sealing parts provided for forming a seal) can be designed as part of a prefabrication of the further fuel cell components and connected directly to the fuel cell component (s) concerned, in particular e.g. B. to form before these fuel cell components are stacked to form the fuel cell stack.

Beispielsweise kann die Dichtung einstückig vorgesehen sein und an dem oder den betreffenden seitlichen Rändern der Membran-Elektroden-Einheit angeformt werden. Eine andere Möglichkeit wäre z. B. eine zweiteilige Ausbildung der Dichtung, wobei die zwei Dichtungsteile jeweils an einer Bipolar-Halbplatte angeformt werden (welche nach dem Stapeln die anodenseitige bzw. kathodenseitige Bipolar-Halbplatte darstellen).For example, the seal can be provided in one piece and molded onto the relevant lateral edge or edges of the membrane-electrode unit. Another possibility would be e.g. B. a two-part design of the seal, the two sealing parts are each formed on a bipolar half-plate (which represent the anode-side and cathode-side bipolar half-plate after stacking).

In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens weist dieses ferner ein Einbringen des durch das stapelnde Anordnen der Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapels in ein Gehäuse auf, derart, dass dadurch die Dichtungen an der Innenseite des Gehäuses zur Anlage kommen.In one embodiment of the production method, this also includes the introduction of the fuel cell stack formed by the stacking arrangement of the fuel cells into a housing in such a way that the seals come to rest against the inside of the housing.

In einer Ausführungsform werden die Dichtungen durch die Unterbringung bzw. das Einbringen der Brennstoffzellen bzw. des aus den Brennstoffzellen gebildeten Stapels in das Gehäuse komprimiert, und zwar bevorzugt derart, dass durch diese Kompression eine abdichtende Wirkung der aneinander anliegenden Dichtungen weiter verbessert wird, insbesondere z. B. die vorerwähnten „Dichtungslücken“ geschlossen werden.In one embodiment, the seals are compressed by accommodating or introducing the fuel cells or the stack formed from the fuel cells into the housing, preferably in such a way that a sealing effect of the seals resting against one another is further improved by this compression, in particular z . B. the aforementioned "sealing gaps" are closed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:

  • 1 eine Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß eines Ausführungsbeispiels,
  • 2 eine Schnittansicht einer Brennstoffzellenanordnung aus gestapelt angeordneten Brennstoffzellen des in 1 gezeigten Beispiels,
  • 3 eine Schnittansicht einer in einem Gehäuse untergebrachten Brennstoffzellenanordnung des in 2 gezeigten Beispiels, und
  • 4 eine Schnittansicht einer Brennstoffzellenanordnung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
The invention is further described below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. They each show schematically:
  • 1 a sectional view of a fuel cell according to an embodiment,
  • 2 a sectional view of a fuel cell arrangement of stacked fuel cells of the FIG 1 example shown,
  • 3 a sectional view of a housing accommodated in a housing fuel cell arrangement of FIG 2 example shown, and
  • 4th a sectional view of a fuel cell arrangement according to a further embodiment.

1 zeigt eine Brennstoffzelle 20 zur Wandlung der chemischen Reaktionsenergie eines zugeführten Brennstoffes, im Beispiel Wasserstoff, und eines zugeführten Oxidationsmittels, im Beispiel Luft, in elektrische Energie. 1 shows a fuel cell 20th to convert the chemical reaction energy of a supplied fuel, in the example hydrogen, and a supplied oxidizing agent, in the example air, into electrical energy.

Die Brennstoffzelle 20 ist plattenförmig formgestaltet und erstreckt sich in einer Plattenebene dieser Formgestaltung in einer ersten Querrichtung x und einer dazu orthogonalen zweiten Querrichtung y.The fuel cell 20th is plate-shaped and extends in a plate plane of this shape in a first transverse direction x and a second transverse direction y orthogonal thereto.

Die Richtung orthogonal zu der von den Querrichtungen x, y aufgespannten Plattenebene wird als Stapelrichtung z bezeichnet.The direction orthogonal to the plate plane spanned by the transverse directions x, y is referred to as the stacking direction z.

Eine weiter unten (mit Bezug auf die 2 und 3) beschriebene Brennstoffzellenanordnung 10 wird aus mehreren in dieser Stapelrichtung z gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 20 gebildet, wobei jede Brennstoffzelle 20 jeweils aus einer Mehrzahl von plattenförmig formgestalteten und in der Stapelrichtung z gestapelt angeordneten Komponenten zusammengesetzt ist.One below (with reference to the 2 and 3 ) described fuel cell arrangement 10 is made up of several fuel cells stacked in this stacking direction z 20th formed, each fuel cell 20th is composed in each case of a plurality of plate-shaped shaped and stacked components arranged in the stacking direction z.

Es handelt sich dabei zunächst um eine anodenseitige Bipolar-Halbplatte 22, an deren Innenseite (d. h. der dem Inneren der Brennstoffzelle 20 zugewandten Seite) eine Kanalstruktur 24 zur Führung des Brennstoffes (Wasserstoff) ausgebildet ist. Über die aus elektrisch leitfähigem Material (z. B. Metall) hergestellte Bipolar-Halbplatte 22 wird im Betrieb der Brennstoffzelle 20 erzeugter elektrischer Strom abgeführt.It is initially a bipolar half-plate on the anode side 22nd , on the inside (ie the inside of the fuel cell 20th facing side) a channel structure 24 is designed to guide the fuel (hydrogen). Via the bipolar half-plate made of electrically conductive material (e.g. metal) 22nd is in operation of the fuel cell 20th generated electric current dissipated.

An der Innenseite der Bipolar-Halbplatte 22 und somit an der Kanalstruktur 24 angrenzend ist eine elektrisch leitfähige und für den Brennstoff durchlässige Gasdiffusionslage 26 (z. B. Kohlenstoff-Vlies) vorgesehen, über welche der Brennstoff im Betrieb der Brennstoffzelle 20 zu einer in der Stapelrichtung z daran angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit 28 gelangt.On the inside of the bipolar half-plate 22nd and thus on the channel structure 24 adjacent is an electrically conductive gas diffusion layer permeable to the fuel 26th (z. B. carbon fleece) provided over which the fuel in operation of the fuel cell 20th to a membrane-electrode unit adjoining it in the stacking direction z 28 got.

Die Membran-Elektroden-Einheit 28 umfasst eine elektrisch nicht leitfähige, protonenleitende Elektrolytmembran 30 und in der Stapelrichtung z betrachtet beiderseits davon angeordnete elektrisch leitfähige und mit einem Katalysator 35 (z. B. Platin oder Palladium) beschichtete Elektrodenschichten 32 und 34 (z. B. aus Metall). Die Elektrodenschicht 32 bildet hierbei die Anode und die Elektrodenschicht 34 bildet hierbei die Kathode für eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffes (Wasserstoff) mit dem Oxidationsmittel (Luft).The membrane-electrode unit 28 comprises an electrically non-conductive, proton-conductive electrolyte membrane 30th and, viewed in the stacking direction z, arranged on both sides thereof, electrically conductive and with a catalyst 35 (e.g. platinum or palladium) coated electrode layers 32 and 34 (e.g. made of metal). The electrode layer 32 forms the anode and the electrode layer 34 forms the cathode for an electrochemical reaction of the fuel (hydrogen) with the oxidizing agent (air).

Im Betrieb der Brennstoffzelle 20 wird somit der Brennstoff (Wasserstoff) ausgehend von der Kanalstruktur 24 über die anodenseitige Gasdiffusionslage 26 an die Elektrodenschicht 32 (Anode) herangeführt.In operation of the fuel cell 20th becomes the fuel (hydrogen) based on the channel structure 24 via the gas diffusion layer on the anode side 26th to the electrode layer 32 (Anode) brought up.

Das Oxidationsmittel (Luft) wird über eine an die Elektrodenschicht 34 (Kathode) angrenzende kathodenseitige Gasdiffusionslage 36 an diese Elektrodenschicht 34 herangeführt.The oxidizing agent (air) is attached to the electrode layer via a 34 (Cathode) adjoining cathode-side gas diffusion layer 36 to this electrode layer 34 introduced.

In der Stapelrichtung z an diese elektrisch leitfähige, für das Oxidationsmittel durchlässige Gasdiffusionslage 36 angrenzend ist eine elektrisch leitfähige kathodenseitige Bipolar-Halbplatte 38 vorgesehen, an deren Innenseite eine Kanalstruktur 40 zur Führung des Oxidationsmittels ausgebildet ist. Die Bipolar-Halbplatte 38 dient im Betrieb der Brennstoffzelle 20 kathodenseitig außerdem zur Abfuhr des von der Brennstoffzelle 20 erzeugten elektrischen Stroms.In the stacking direction z to this electrically conductive gas diffusion layer permeable to the oxidizing agent 36 adjacent is an electrically conductive cathode-side bipolar half-plate 38 provided, on the inside of which a channel structure 40 is designed to guide the oxidizing agent. The bipolar half-plate 38 is used when the fuel cell is in operation 20th on the cathode side, it is also used to remove the from the fuel cell 20th generated electric current.

Eine erste Besonderheit der Brennstoffzelle 20 besteht darin, dass die Oxidationsmittel-führende Kanalstruktur 40 an zwei in der ersten Querrichtung x betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzelle 20 offen ist, um eine Strömung des Oxidationsmittels in der ersten Querrichtung x durch die Kanalstruktur 40 hindurch zu ermöglichen. In Übereinstimmung mit der schematischen Darstellung der Kanalstruktur 40 in 1 besteht diese Oxidationsmittel-führende Kanalstruktur 40 aus in der ersten Querrichtung x parallel zueinander und insbesondere jeweils geradlinig parallel zueinander verlaufenden Oxidationsmittelkanälen (z. B. mehr als 10, insbesondere mehr als 50 Kanäle pro Brennstoffzelle 20). Es ergibt sich dann pro Brennstoffzelle 20 eine entsprechende Anzahl an Einlassöffnungen dieser Kanäle an einer Einlassseite (in 1 z. B. überhalb der Zeichenebene) und eine entsprechende Anzahl von Auslassöffnungen an einer Auslassseite (in 1 z. B. unterhalb der Zeichenebene).A first specialty of the fuel cell 20th is that the oxidizing agent-carrying channel structure 40 on two opposite sides of the fuel cell viewed in the first transverse direction x 20th is open to a flow of the oxidizing agent in the first transverse direction x through the channel structure 40 to allow through. In accordance with the schematic representation of the channel structure 40 in 1 this oxidizing agent-carrying channel structure exists 40 of oxidizing agent channels running parallel to one another in the first transverse direction x and in particular in each case in a straight line parallel to one another (for example more than 10, in particular more than 50 channels per fuel cell 20th ). It then results for each fuel cell 20th a corresponding number of inlet openings of these channels on one inlet side (in 1 z . B. above the plane of the drawing) and a corresponding number of outlet openings on one outlet side (in 1 z . B. below the plane of the drawing).

Nach Stapelung mehrerer derartiger Brennstoffzellen 20 zur Bildung eines Brennstoffzellenstapels (vgl. 2 und 3), bildet ein Raumbereich angrenzend an die Gesamtheit der einlassseitigen Kanalöffnungen der Kanalstrukturen 40 der Brennstoffzellen 20 eine Einlassseite der Brennstoffzellenanordnung 10 und ein Raumbereich angrenzend an die Gesamtheit von deren auslassseitigen Kanalöffnungen eine Auslassseite der Brennstoffzellenanordnung 10.After stacking several such fuel cells 20th to form a fuel cell stack (cf. 2 and 3 ), forms a space adjacent to the entirety of the inlet-side channel openings of the channel structures 40 the fuel cells 20th an inlet side of the fuel cell assembly 10 and a space region adjoining the entirety of their outlet-side channel openings, an outlet side of the fuel cell arrangement 10 .

Demgegenüber sind die Brennstoff-führenden Kanalstrukturen 24 an keiner Seite der Brennstoffzellenanordnung 10 offen, sondern vielmehr gegenüber einer Umgebung des aus den Brennstoffzellen 20 gebildeten Stapels abgedichtet. Um im Betrieb der Brennstoffzellen 20 die Kanalstrukturen 24 zu versorgen bzw. zu durchströmen, weist die Brennstoffzellenanordnung 10 wenigstens einen Brennstoffeinlass und wenigstens einen Brennstoffauslass auf, welche jeweils über in der x-y-Ebene deckungsgleich angeordnete Durchbrüche (Durchgangsöffnungen) in den einzelnen Brennstoffzellen 20 mit den einzelnen Kanalstrukturen 24 verbunden sind. In dieser Weise kann für die Brennstoffzellenanordnung 10 wenigstens ein in der Stapelrichtung z durch die Brennstoffzellenanordnung 10 verlaufender Brennstoffzufuhrkanal sowie wenigstens ein in Stapelrichtung z durch die Brennstoffzellenanordnung 10 verlaufender Brennstoffabfuhrkanal durch jeweils in der x-y-Ebene deckungsgleich angeordnete Einlass-Durchgangsöffnungen und Auslass-Durchgangsöffnungen ausgebildet werden (in den Figuren nicht dargestellt).In contrast, the fuel-carrying channel structures are 24 on either side of the fuel cell assembly 10 open, but rather towards an environment from the fuel cells 20th formed stack sealed. In order to operate the fuel cells 20th the channel structures 24 to supply or to flow through, has the fuel cell arrangement 10 at least one fuel inlet and at least one fuel outlet, each of which via openings (passage openings) in the individual fuel cells which are arranged congruently in the xy plane 20th with the individual channel structures 24 are connected. In this way, for the fuel cell assembly 10 at least one in the stacking direction z through the fuel cell arrangement 10 running fuel supply channel and at least one in the stacking direction z through the fuel cell arrangement 10 running fuel discharge channel can be formed by inlet passage openings and outlet passage openings arranged congruently in each case in the xy plane (not shown in the figures).

Eine zweite Besonderheit der Brennstoffzelle 20 bzw. der durch Stapeln solcher Brennstoffzellen 20 gebildeten Brennstoffzellenanordnung 10 besteht darin, dass jede der Brennstoffzellen 20 an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung y betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung 10 in ihrem entsprechenden seitlichen Randbereich eine Dichtung 50 aufweist, die in diesem seitlichen Randbereich an der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte 22, der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte 38 und der Membran-Elektroden-Einheit 28 anliegt, um von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte 22 zur Membran-Elektroden-Einheit 28 hin und von der Membran-Elektroden-Einheit 28 zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte 38 hin abzudichten, und dass diese Dichtungen 50 jeweils in der zweiten Querrichtung y über seitliche Ränder 23, 39 der Bipolar-Halbplatten 22, 38 herausragen und diese seitlichen Ränder 23, 39 derart (und zumindest teilweise) umgreifen, dass die Dichtungen 50 von in Stapelrichtung z einander benachbarten Brennstoffzellen 20 aneinander anliegen.A second specialty of the fuel cell 20th or by stacking such fuel cells 20th formed fuel cell assembly 10 is that each of the fuel cells 20th on at least one of two opposite sides of the fuel cell arrangement viewed in the second transverse direction y 10 a seal in its corresponding lateral edge area 50 has, in this lateral edge area on the anode-side bipolar half-plate 22nd , the cathode-side bipolar half-plate 38 and the membrane-electrode assembly 28 is applied to from the anode-side bipolar half-plate 22nd to the membrane electrode unit 28 to and from the membrane-electrode assembly 28 to the cathode-side bipolar half-plate 38 to seal, and that these seals 50 each in the second transverse direction y over lateral edges 23 , 39 of the bipolar half plates 22nd , 38 stick out and those side edges 23 , 39 in such a way (and at least partially) that the seals 50 of fuel cells adjacent to one another in the stacking direction z 20th rest against each other.

2 veranschaulicht die Brennstoffzellenanordnung 10, die durch stapelndes Anordnen von Brennstoffzellen 20 (1) in der Stapelrichtung z gebildet wurde. 2 illustrates the fuel cell assembly 10 made by stacking fuel cells 20th ( 1 ) was formed in the stacking direction z.

Zur Unterscheidbarkeit der Brennstoffzellen 20 in diesem Brennstoffzellenstapel sind in 2 die einzelnen Brennstoffzellen 20 entsprechend ihrer Anordnung im Stapel mit 20-1, 20-2, ... bezeichnet und die zugehörigen Dichtungen 50 (1) in 2 mit 50-1, 50-2, ... bezeichnet.To distinguish the fuel cells 20th in this fuel cell stack are in 2 the individual fuel cells 20th according to their Arrangement in the stack with 20-1, 20-2, ... and the associated seals 50 ( 1 ) in 2 denoted by 50-1, 50-2, ...

Bei dem Beispiel der Brennstoffzelle 20 gemäß 1 ist die Dichtung 50 einstückig ausgebildet und erstreckt sich hierbei streifenförmig in der ersten Querrichtung x z. B. über die gesamte Länge des entsprechenden seitlichen Randbereiches (in 1 links).In the example of the fuel cell 20th according to 1 is the poetry 50 formed in one piece and extends here in strips in the first transverse direction x z. B. over the entire length of the corresponding lateral edge area (in 1 Left).

In diesem seitlichen Randbereich ragt die Elektrolytmembran 30 in der zweiten Querrichtung y über seitliche Ränder der benachbarten Gasdiffusionslagen 26, 36 heraus, wobei an dem herausragenden Abschnitt der Elektrolytmembran 30 eine so genannte Unterdichtung 42 vorgesehen ist, die im Beispiel bei der Vorfertigung der Membran-Elektroden-Einheit 28 als Bestandteil derselben ausgebildet wurde.The electrolyte membrane protrudes in this lateral edge area 30th in the second transverse direction y over the side edges of the adjacent gas diffusion layers 26th , 36 out, being at the protruding portion of the electrolyte membrane 30th a so-called sub-seal 42 is provided in the example during the prefabrication of the membrane-electrode unit 28 was trained as part of the same.

Die einstückige Dichtung 50 liegt im in 1 gezeigten seitlichen Randbereich der Brennstoffzelle 20 an den Innenseiten der Bipolar-Halbplatten 22, 38 und an der Unterdichtung 42 der Membran-Elektroden-Einheit 28 an. Die Dichtung 50 dichtet somit sowohl von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte 22 zur Membran-Elektroden-Einheit 28 hin als auch von der Membran-Elektroden-Einheit 28 zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte 38 hin ab. Abweichend vom in 1 gezeigten Beispiel könnte die Unterdichtung (die bei herkömmlichen Brennstoffzellenanordnung auch als ein Halterahmen für die Membran-Elektroden-Einheit dient) auch weggelassen werden.The one-piece seal 50 lies in the in 1 shown lateral edge area of the fuel cell 20th on the inside of the bipolar half-plates 22nd , 38 and on the subgasket 42 the membrane electrode assembly 28 on. The seal 50 thus seals both from the anode-side bipolar half-plate 22nd to the membrane electrode unit 28 to and from the membrane-electrode unit 28 to the cathode-side bipolar half-plate 38 down. Deviating from the in 1 In the example shown, the subgasket (which in conventional fuel cell arrangements also serves as a holding frame for the membrane-electrode unit) could also be omitted.

Aus 1 ist ferner ersichtlich, wie die Dichtung 50 in der zweiten Querrichtung y, in 1 nach links, über die seitlichen Ränder 23 (der Bipolar-Halbplatte 22) und 39 (der Bipolar-Halbplatte 38) herausragt und diese seitlichen Ränder 23, 39 teilweise umgreift. Die Dichtung 50 ist somit auf der in 1 links dargestellten Außenseite der Brennstoffzelle 20, d. h. über die seitlichen Ränder 23, 39 hinaus, erweitert, wobei durch den teilweisen Umgriff dieser Ränder 23, 39 die beiden Enden der Dichtung 50 in Stapelrichtung z betrachtet jeweils etwas über die Bipolar-Halbplatten 22, 38 überstehen (in 1 nach oben und unten).Out 1 can also be seen as the seal 50 in the second transverse direction y, in 1 to the left, over the side edges 23 (the bipolar half-plate 22nd ) and 39 (of the bipolar half-plate 38 ) protrudes and these side edges 23 , 39 partially encompassed. The seal 50 is therefore on the in 1 Outside of the fuel cell shown on the left 20th , ie over the side edges 23 , 39 addition, expanded, with the partial encirclement of these margins 23 , 39 the two ends of the seal 50 viewed in the stacking direction z, a little over the bipolar half-plates 22nd , 38 survive (in 1 up and down).

Dieser „Höhenunterschied“ zwischen einerseits den äußeren Endflächen der Bipolar-Halbplatten 22, 38 und andererseits den Enden der Dichtung 50 in Stapelrichtung z betrachtet gewährleistet, dass in der Brennstoffzellenanordnung 10, wie aus 2 ersichtlich, die Dichtungen 50-1, 50-2, ... der in Stapelrichtung z einander benachbarten Brennstoffzellen 20-1, 20-2, ... aneinander anliegen.This “difference in height” between the outer end faces of the bipolar half-plates on the one hand 22nd , 38 and on the other hand the ends of the seal 50 Viewed in the stacking direction z ensures that in the fuel cell arrangement 10 how out 2 can be seen the seals 50-1 , 50-2 , ... of the fuel cells adjacent to one another in the stacking direction z 20-1 , 20-2 , ... lie against each other.

Auf der in 2 nicht dargestellten, in der zweiten Querrichtung y entgegengesetzten Seite der Brennstoffzellenanordnung 10 ist die Brennstoffzellenanordnung 10 bevorzugt in einer Weise ausgebildet, die der Gestaltung der in 2 links dargestellten Seite entspricht, d. h. auch dort sind (spiegelbildlich) angeordnete Dichtungen vorgesehen.On the in 2 not shown, in the second transverse direction y opposite side of the fuel cell arrangement 10 is the fuel cell assembly 10 preferably designed in a way that corresponds to the design of the in 2 corresponds to the side shown on the left, ie there are also provided (mirror-inverted) seals.

In dem Beispiel gemäß der 1 und 2 führt der seitliche Überstand der Dichtungen 50-1, 50-2, ... zu einer an der entsprechenden Seite der Brennstoffzellenanordnung 10 ausgebildeten, die gestapelten Brennstoffzellen 20 an dieser Seite gewissermaßen einhüllenden Dichtstruktur, durch welche z. B. parasitäre Oxidationsmittelströme von der Einlassseite am Brennstoffzellenstapel vorbei zur Auslassseite vorteilhaft unterdrückt werden können. Darüber hinaus wird mit dieser Dichtstruktur vorteilhaft eine an der betreffenden Seite der Brennstoffzellenanordnung 10 wirkende elektrische Isolation gebildet.In the example according to the 1 and 2 the lateral protrusion of the seals leads 50-1 , 50-2 , ... to one on the corresponding side of the fuel cell assembly 10 trained, the stacked fuel cells 20th on this side to a certain extent enveloping sealing structure, through which z. B. parasitic oxidant flows from the inlet side past the fuel cell stack to the outlet side can advantageously be suppressed. In addition, this sealing structure advantageously makes one on the relevant side of the fuel cell arrangement 10 effective electrical insulation formed.

Voll zum Tragen kommen diese Vorteile nach Integration des in 2 gezeigten Brennstoffzellenstapels in eine entsprechende Installationsumgebung, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht.These advantages come into full effect once the in 2 fuel cell stack shown in a corresponding installation environment, such as in 3 illustrated.

3 zeigt den Brennstoffzellenstapel von 2 in einem Gehäuse 60 derart untergebracht, dass die Dichtungen 50-1, 50-2, ... in dem entsprechenden Bereich (in 3 links) an der Innenseite des Gehäuses 60 anliegen. Das in 3 schematisch dargestellte Gehäuse 60 kann in der Praxis einteilig oder bevorzugt mehrteilig (aus mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt) ausgebildet sein. 3 FIG. 3 shows the fuel cell stack of FIG 2 in one housing 60 housed so that the seals 50-1 , 50-2 , ... in the corresponding area (in 3 left) on the inside of the housing 60 issue. This in 3 housing shown schematically 60 can in practice be made in one piece or preferably in several parts (composed of several housing parts).

Bei der das Gehäuse 60 aufweisenden Brennstoffzellenanordnung 10 in 3 sind die aus elektrisch isolierendem, elastischen Material gebildeten Dichtungen 50-1, 50-2, ... soweit komprimiert, d. h. mechanisch einerseits durch das Gehäuse 60 und andererseits durch die Brennstoffzellen 20-1, 20-2, ... belastet, dass damit jede der Dichtungen vollflächig einerseits an den jeweiligen Rändern der Bipolar-Halbplatten und andererseits an einem betreffenden Innenseitenabschnitt des Gehäuses 60 anliegen.In the case of the housing 60 having fuel cell assembly 10 in 3 are the seals made of electrically insulating, elastic material 50-1 , 50-2 , ... as far as it is compressed, ie mechanically on the one hand by the housing 60 and on the other hand by the fuel cells 20-1 , 20-2 , ... loaded so that each of the seals over the entire surface on the one hand on the respective edges of the bipolar half-plates and on the other hand on a relevant inner side section of the housing 60 issue.

Hierdurch kann eine vorteilhafte Trennung (Abdichtung) von Räumen einerseits auf der Zuführungsseite (Einlassseite) und andererseits auf der Abführungsseite (Auslassseite) des Brennstoffzellenstapels erzielt werden. Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 10 können vorteilhaft auch z. B. ein einlassseitiger Druck und ein auslassseitiger Druck des Oxidationsmittels unabhängig voneinander eingestellt werden, ohne dass parasitäre Oxidationsmittelströme um den Brennstoffzellenstapel herum einen tendenziellen Druckausgleich zwischen Einlassseite und Auslassseite bewirken können.In this way, an advantageous separation (sealing) of spaces can be achieved on the one hand on the supply side (inlet side) and on the other hand on the discharge side (outlet side) of the fuel cell stack. With such a fuel cell arrangement according to the invention 10 can also be advantageous for. B. an inlet-side pressure and an outlet-side pressure of the oxidizing agent can be set independently of one another without parasitic oxidizing agent flows around the fuel cell stack causing a tendency to equalize the pressure between the inlet side and the outlet side.

Falls das elektrisch leitfähige Gehäuse 60 sich wie in 3 oben dargestellt auch an einem oder beiden in Stapelrichtung z betrachteten Ende des Brennstoffzellenstapels erstreckt, so kann z. B. durch Einfügung einer Isolationslage 61 wie dargestellt eine elektrische Isolation der betreffenden „Endplatten“ (oberste und unterste Bipolar-Halbplatten im Stapel) gegenüber dem Gehäuse 60 sichergestellt werden.If the electrically conductive housing 60 like in 3 shown above also on one or both ends of the fuel cell stack viewed in the stacking direction z, so can, for. B. by inserting an insulation layer 61 As shown, the relevant "end plates" (top and bottom bipolar half-plates in the stack) are electrically isolated from the housing 60 be ensured.

In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 60 aus wenigstens zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt, von denen ein erstes Gehäuseteil eine (in 3 dargestellte) erste Seitenwand (an einem in der zweiten Querrichtung betrachteten Ende der Brennstoffzellenanordnung 10) und ein zweites Gehäuseteil eine (in 3 nicht dargestellte) zweite Seitenwand ausbildet, die der ersten Seitenwand entgegengesetzt angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung können solche Gehäuseteile vorteilhaft bei der Montage der Brennstoffzellenanordnung 10 z. B. miteinander und/oder mit weiteren Gehäuseteilen verbunden (z. B. verschraubt oder verschweißt) werden.In one embodiment, the housing is 60 composed of at least two housing parts, of which a first housing part is one (in 3 shown) first side wall (at one end of the fuel cell arrangement viewed in the second transverse direction 10 ) and a second housing part one (in 3 not shown) forms the second side wall, which is arranged opposite the first side wall. In the context of the invention, such housing parts can be advantageous when assembling the fuel cell arrangement 10 z. B. connected to each other and / or to other housing parts (e.g. screwed or welded).

Aus 3 ist ein weiterer Vorteil der Brennstoffzellenanordnung 10 ersichtlich, der darin besteht, dass die Vermeidung einer unerwünschten Oxidationsmittelströmung seitlich am Brennstoffzellenstapel vorbei keine Dichtigkeit des Gehäuses 60 selbst im betreffenden Seitenwandabschnitt des Gehäuses 60 erfordert, da die erforderliche Abdichtung bereits durch die aneinander anliegenden Dichtungen 50-1, 50-2, ... erzielt wird. Das Gehäuse 60 kann daher z. B. problemlos auch mit Durchbrüchen oder dergleichen zur Reduktion des Gewichts und Materialaufwands ausgebildet werden.Out 3 is another advantage of the fuel cell assembly 10 can be seen, which consists in the fact that the avoidance of an undesired flow of oxidizing agent laterally past the fuel cell stack does not result in a tightness of the housing 60 even in the relevant side wall section of the housing 60 required, as the required seal is already provided by the seals resting against one another 50-1 , 50-2 , ... is achieved. The case 60 can therefore z. B. can easily be formed with openings or the like to reduce weight and material costs.

4 zeigt eine Brennstoffzellenanordnung 10 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem zwei Modifikationen gegenüber dem Beispiel von 3 vorgenommen sind. 4th shows a fuel cell assembly 10 according to a further embodiment, in which two modifications compared to the example of 3 are made.

Eine erste Modifikation besteht darin, dass die Dichtungen 50-1, 50-2, ... derart formgestaltet sind, dass auch ohne Einwirkung von Kompressionskräften die Anordnung der Dichtungen 50-1, 50-2, ... im Querschnitt (4) betrachtet bereits im Wesentlichen „keine Dichtungslücken“ aufweist (z. B. im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Anordnung 50-1, 50-2, ...). Der in 4 ersichtliche Querschnitt besitzt zumindest am seitlichen Ende (in 4 ganz links) bis hin zu den seitlichen Rändern der Bipolar-Halbplatten keine solchen Lücken.A first modification is that the seals 50-1 , 50-2 , ... are designed in such a way that the arrangement of the seals even without the action of compression forces 50-1 , 50-2 , ... in cross section ( 4th ) already essentially has "no gasket gaps" (e.g. in contrast to the one in 2 shown arrangement 50-1 , 50-2 , ...). The in 4th apparent cross-section has at least at the lateral end (in 4th far left) up to the lateral edges of the bipolar half-plates, there are no such gaps.

Eine zweite Modifikation besteht darin, dass die Dichtungen 50-1, 50-2, ... derart formgestaltet sind, dass die Dichtungen 50-1, 50-2, ... von in Stapelrichtung z einander benachbarten Brennstoffzellen 20-1, 20-2, ... unter Ausbildung einer jeweiligen Formschlussverbindung aneinander anliegen. Im Beispiel von 4 sind die Dichtungen 50-1, 50-2, ... mit in Stapelrichtung z orientierten Vorsprüngen und korrespondierenden Vertiefungen versehen, so dass die Vorsprünge in die korrespondierenden Vertiefungen eingreifen.A second modification is that the seals 50-1 , 50-2 , ... are designed in such a way that the seals 50-1 , 50-2 , ... of fuel cells adjacent to one another in the stacking direction z 20-1 , 20-2 , ... rest against one another with the formation of a respective form-fit connection. In the example of 4th are the seals 50-1 , 50-2 , ... provided with projections and corresponding recesses oriented in the stacking direction z, so that the projections engage in the corresponding recesses.

Im Beispiel besitzt jede der Dichtungen 50-1, 50-2, ... einen Vorsprung und eine Vertiefung (an den in Stapelrichtung z einander entgegengesetzten Enden). Abweichend davon könnten an jeder Dichtung auch mehrere Vorsprünge und korrespondierende Vertiefungen vorgesehen sein, beispielsweise zur Ausbildung von jeweils vielfach verzahnten Anlagebereichen zwischen einander benachbarten der Dichtungen 50-1, 50-2, ....In the example, each of the seals has 50-1 , 50-2 , ... a protrusion and a recess (at the opposite ends in the stacking direction z). In a departure from this, a plurality of projections and corresponding depressions could also be provided on each seal, for example to form multiple toothed contact areas between adjacent seals 50-1 , 50-2 , ....

Abweichend von dem in 4 gezeigten Beispiel könnte z. B. nur die erste oder nur die zweite der vorstehend erläuterten Modifikationen vorgesehen sein.Deviating from the in 4th example shown could e.g. B. only the first or only the second of the modifications explained above can be provided.

Um die gestapelte Anordnung der Brennstoffzellen 20-1, 20-2, ... mitsamt der Dichtungen 50-1, 50-2, ... mechanisch zu stabilisieren bzw. zu fixieren, sind im Beispiel von 4 an beiden in Stapelrichtung z betrachteten Enden der Brennstoffzellenanordnung 10 so genannte „Endplatten“ vorgesehen, von denen in 4 eine ersichtlich und mit 62 bezeichnet ist. Die beiden Endplatten können hierbei während der Montage des Brennstoffzellenstapels z. B. zueinander verspannt werden (z. B. mittels einer Verschraubung).Around the stacked arrangement of the fuel cells 20-1 , 20-2 , ... including the seals 50-1 , 50-2 , ... to stabilize or fix mechanically are in the example of 4th at both ends of the fuel cell arrangement viewed in the stacking direction z 10 so-called "end plates" are provided, of which in 4th one can be seen and is denoted by 62. The two end plates can be used during the assembly of the fuel cell stack z. B. be clamped to each other (z. B. by means of a screw connection).

Die Endplatte 62 ist (wie jede der Dichtungen) mit einem in Stapelrichtung z orientierten Vorsprung versehen, der in die korrespondierende Vertiefung der angrenzenden Dichtung 50-1 eingreift. Die in 4 nicht dargestellte Endplatte am entgegengesetzten Ende des Brennstoffzellenstapels wäre in diesem Beispiel dementsprechend mit einer Vertiefung zu versehen, in welche ein korrespondierender Vorsprung der angrenzenden Dichtung eingreift.The end plate 62 is (like each of the seals) provided with a projection oriented in the stacking direction z, which protrudes into the corresponding recess of the adjacent seal 50-1 intervenes. In the 4th End plate, not shown, at the opposite end of the fuel cell stack in this example would accordingly have to be provided with a recess into which a corresponding projection of the adjoining seal engages.

Auch die in 4 (ohne ein Gehäuse) dargestellte Brennstoffzellenanordnung 10 kann noch mit einem Gehäuse versehen werden, sei es mit oder ohne Ausübung einer Kompressionskraft von dem Gehäuse auf die Dichtungen 50-1, 50-2, ....The in 4th (without a housing) shown fuel cell assembly 10 can still be provided with a housing, be it with or without exerting a compressive force from the housing on the seals 50-1 , 50-2 , ....

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung 10 der in 4 gezeigten Art werden bei einem stapelnden Anordnen der Brennstoffzellen 20-1, 20-2, ... die Dichtungen 50-1, 50-2, ... von in Stapelrichtung z einander benachbarten Brennstoffzellen unter Ausbildung der vorstehend beschriebenen Formschlussverbindungen aneinander zur Anlage gebracht.In a method for manufacturing a fuel cell assembly 10 the in 4th are shown in a stacking arrangement of the fuel cells 20-1 , 20-2 , ... the seals 50-1 , 50-2 , ... brought into contact with one another by fuel cells adjacent to one another in the stacking direction z, forming the form-fitting connections described above.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2357698 B1 [0004]EP 2357698 B1 [0004]
  • EP 2445045 B1 [0004]EP 2445045 B1 [0004]
  • EP 2584635 B1 [0004]EP 2584635 B1 [0004]
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  • EP 3316377 A1 [0004]EP 3316377 A1 [0004]

Claims (8)

Brennstoffzellenanordnung (10), aufweisend in einer Stapelrichtung (z) gestapelt angeordnete Brennstoffzellen (20), wobei die Brennstoffzellen (20) jeweils plattenförmig ausgebildet sind und sich orthogonal zur Stapelrichtung (z) betrachtet jeweils in einer ersten Querrichtung (x) und einer dazu orthogonalen zweiten Querrichtung (y) erstrecken, wobei die Brennstoffzellen (20) jeweils in der Stapelrichtung (z) gestapelt aufweisen: - eine anodenseitige Bipolar-Halbplatte (22) mit einer Kanalstruktur (24) zur Führung eines Brennstoffes, - eine anodenseitige Gasdiffusionslage (26), - eine Membran-Elektroden-Einheit (28), aufweisend eine Elektrolytmembran (30) und in Stapelrichtung (z) beiderseits davon angeordnete Elektrodenschichten (32, 34), die eine Anode (32) und eine Kathode (34) für eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel ausbilden, - eine kathodenseitige Gasdiffusionslage (36), - eine kathodenseitige Bipolar-Halbplatte (38) mit einer Kanalstruktur (40) zur Führung des Oxidationsmittels, die an zwei in der ersten Querrichtung (x) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzelle (20) offen ist, um eine Strömung des Oxidationsmittels in der ersten Querrichtung (x) durch die Brennstoffzellenanordnung (10) hindurch zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Brennstoffzellen (20) an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung (y) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung (10) in ihrem entsprechenden seitlichen Randbereich ferner eine Dichtung (50) aufweist, die in diesem seitlichen Randbereich an der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte (22), der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte (38) und der Membran-Elektroden-Einheit (28) anliegt, um von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte (22) zur Membran-Elektroden-Einheit (28) hin und von der Membran-Elektroden-Einheit (28) zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte (38) hin abzudichten, und dass die Dichtungen (50) jeweils in der zweiten Querrichtung (y) über seitliche Ränder (23, 39) der Bipolar-Halbplatten (22, 38) herausragen und diese seitlichen Ränder (23, 39) derart umgreifen, dass die Dichtungen (50) von in Stapelrichtung (z) einander benachbarten Brennstoffzellen (20) aneinander anliegen.Fuel cell arrangement (10) comprising fuel cells (20) stacked in a stacking direction (z), the fuel cells (20) each being plate-shaped and viewed orthogonally to the stacking direction (z) in a first transverse direction (x) and an orthogonal to it in the second transverse direction (y), the fuel cells (20) each having, stacked in the stacking direction (z): - an anode-side bipolar half-plate (22) with a channel structure (24) for guiding a fuel, - an anode-side gas diffusion layer (26) - A membrane electrode unit (28), having an electrolyte membrane (30) and electrode layers (32, 34) arranged on both sides thereof in the stacking direction (z), the anode (32) and a cathode (34) for an electrochemical reaction of the fuel with an oxidizing agent, - a cathode-side gas diffusion layer (36), - a cathode-side bipolar half-plate (38) with a channel structure (40) for guiding the oxidizing agent, which is open on two opposite sides of the fuel cell (20), viewed in the first transverse direction (x), in order to allow the oxidizing agent to flow in the first transverse direction (x) through the fuel cell arrangement (10) enable, characterized in that each of the fuel cells (20) on at least one of two opposite sides of the fuel cell arrangement (10) viewed in the second transverse direction (y) furthermore has a seal (50) in its corresponding lateral edge region, which in this lateral edge area Edge area on the anode-side bipolar half-plate (22), the cathode-side bipolar half-plate (38) and the membrane-electrode unit (28) to move from the anode-side bipolar half-plate (22) to the membrane-electrode unit (28) to and from the membrane-electrode unit (28) to the cathode-side bipolar half-plate (38) to be sealed, and that the seals (50) each in d he second transverse direction (y) protrude over lateral edges (23, 39) of the bipolar half-plates (22, 38) and encompass these lateral edges (23, 39) in such a way that the seals (50) are adjacent to one another in the stacking direction (z) Fuel cells (20) rest against one another. Brennstoffzellenanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (50) in den betreffenden seitlichen Randbereichen der Brennstoffzellen (20) an beiden der in der zweiten Querrichtung (y) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung (10) vorgesehen sind.Fuel cell assembly (10) according to Claim 1 wherein the seals (50) are provided in the relevant lateral edge regions of the fuel cells (20) on both of the opposite sides of the fuel cell arrangement (10) viewed in the second transverse direction (y). Brennstoffzellenanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein die gestapelt angeordneten Brennstoffzellen (20) zumindest an den beiden in der zweiten Querrichtung (y) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung (10) umgebendes Gehäuse (60), an dessen Innenseite die Dichtungen (50) anliegen.Fuel cell arrangement (10) according to one of the preceding claims, further comprising a housing (60) surrounding the stacked fuel cells (20) at least on the two opposite sides of the fuel cell arrangement (10) viewed in the second transverse direction (y), on the inside of which the The seals (50) are in contact. Brennstoffzellenanordnung (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (60) aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere metallischen Material, gebildet ist.Fuel cell assembly (10) according to Claim 3 wherein the housing (60) is formed from an electrically conductive material, in particular a metallic material. Brennstoffzellenanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dichtungen (50) derart formgestaltet sind, dass die Dichtungen (50) von in Stapelrichtung (z) einander benachbarten Brennstoffzellen (20) unter Ausbildung einer Formschlussverbindung aneinander anliegen.Fuel cell arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the seals (50) are designed in such a way that the seals (50) of fuel cells (20) adjacent to one another in the stacking direction (z) rest against one another, forming a form-fit connection. Brennstoffzellenanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dichtungen (50) jeweils in der zweiten Querrichtung (y) über die seitlichen Ränder (23, 39) der Bipolar-Halbplatten (22, 38) um einen Betrag herausragen, der mindestens das 0,25-fache, insbesondere mindestens das 0,5-fache, einer in Stapelrichtung (z) gemessenen Dicke der Brennstoffzellen (20) beträgt, und/oder maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, der in Stapelrichtung (z) gemessenen Dicke der Brennstoffzellen (20) beträgt.Fuel cell arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the seals (50) each protrude in the second transverse direction (y) over the lateral edges (23, 39) of the bipolar half-plates (22, 38) by an amount that is at least that 0.25 times, in particular at least 0.5 times, a thickness of the fuel cells (20) measured in the stacking direction (z), and / or a maximum of 10 times, in particular a maximum of 5 times that measured in the stacking direction ( z) measured thickness of the fuel cells (20). Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend - Bilden einer Brennstoffzellenanordnung (10) durch stapelndes Anordnen von Brennstoffzellen (20) in einer Stapelrichtung (z), wobei die Brennstoffzellen (20) jeweils plattenförmig ausgebildet sind, sich orthogonal zur Stapelrichtung (z) betrachtet jeweils in einer ersten Querrichtung (x) und einer dazu orthogonalen zweiten Querrichtung (y) erstrecken, und die Brennstoffzellen (20) jeweils in der Stapelrichtung (z) gestapelt aufweisen: eine anodenseitige Bipolar-Halbplatte (22) mit einer Kanalstruktur (24) zur Führung eines Brennstoffes; eine anodenseitige Gasdiffusionslage (26); eine Membran-Elektroden-Einheit (28), aufweisend eine Elektrolytmembran (30) und in Stapelrichtung (z) beiderseits davon angeordnete Elektrodenschichten (32, 34), die eine Anode (32) und eine Kathode (34) für eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel ausbilden; eine kathodenseitige Gasdiffusionslage (36); und eine kathodenseitige Bipolar-Halbplatte (38) mit einer Kanalstruktur (40) zur Führung des Oxidationsmittels, die an zwei in der ersten Querrichtung (x) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzelle (20) offen ist, um eine Strömung des Oxidationsmittels in der ersten Querrichtung (x) durch die Brennstoffzellenanordnung (10) hindurch zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Brennstoffzellen (20) an wenigstens einer von zwei in der zweiten Querrichtung (y) betrachtet einander entgegengesetzten Seiten der Brennstoffzellenanordnung (10) in ihrem entsprechenden seitlichen Randbereich ferner eine Dichtung (50) aufweist, die in diesem seitlichen Randbereich an der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte (22), der kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte (38) und der Membran-Elektroden-Einheit (28) anliegt, um von der anodenseitigen Bipolar-Halbplatte (22) zur Membran-Elektroden-Einheit (28) hin und von der Membran-Elektroden-Einheit (28) zur kathodenseitigen Bipolar-Halbplatte (38) hin abzudichten, und dass die Dichtungen (50) jeweils in der zweiten Querrichtung (y) über seitliche Ränder (23, 39) der Bipolar-Halbplatten (22, 38) herausragen und diese seitlichen Ränder (23, 39) derart umgreifen, dass bei dem stapelnden Anordnen der Brennstoffzellen (20) die Dichtungen (50) von in Stapelrichtung (z) einander benachbarten Brennstoffzellen (20) aneinander zur Anlage kommen.Method for producing a fuel cell arrangement (10) according to one of the preceding claims, comprising - forming a fuel cell arrangement (10) by stacking fuel cells (20) in a stacking direction (z), the fuel cells (20) each being plate-shaped, orthogonally to the stacking direction (z) each extend in a first transverse direction (x) and a second transverse direction (y) orthogonal thereto, and the fuel cells (20) each stacked in the stacking direction (z) have: an anode-side bipolar half-plate (22) with a channel structure (24) for guiding a fuel; an anode-side gas diffusion layer (26); a membrane electrode unit (28), comprising an electrolyte membrane (30) and electrode layers (32, 34) arranged on both sides thereof in the stacking direction (z), the anode (32) and a cathode (34) for an electrochemical reaction of the fuel form with an oxidizing agent; a cathode-side gas diffusion layer (36); and a cathode-side bipolar half-plate (38) with a channel structure (40) for guiding the oxidizing agent, which is open on two opposite sides of the fuel cell (20) viewed in the first transverse direction (x) in order to allow the oxidizing agent to flow in the first Transverse direction (x) through the fuel cell arrangement (10) enable, characterized in that each of the fuel cells (20) on at least one of two opposite sides of the fuel cell arrangement (10) viewed in the second transverse direction (y) furthermore has a seal (50) in its corresponding lateral edge region, which in this lateral edge area Edge area on the anode-side bipolar half-plate (22), the cathode-side bipolar half-plate (38) and the membrane-electrode unit (28) to move from the anode-side bipolar half-plate (22) to the membrane-electrode unit (28) to and from the membrane-electrode unit (28) to the cathode-side bipolar half-plate (38), and that the seals (50) each in the second transverse direction (y) over the lateral edges (23, 39) of the bipolar half-plates (22, 38) protrude and encompass these lateral edges (23, 39) in such a way that when the fuel cells (20) are stacked, the seals (50) of B fuel cells (20) come to rest against one another. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend ein Einbringen des durch das stapelnde Anordnen der Brennstoffzellen (20) gebildeten Brennstoffzellenstapels in ein Gehäuse (60), derart, dass dadurch die Dichtungen (50) an der Innenseite des Gehäuses (60) zur Anlage kommen.Procedure according to Claim 7 , further comprising introducing the fuel cell stack formed by the stacking arrangement of the fuel cells (20) into a housing (60) such that the seals (50) come to rest against the inside of the housing (60).
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