DE10359787A1 - Elektrochemische Zelle mit mechanisch gering belasteter PEM - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, mit einer Polymerelektrolytmembran vorgeschlagen, bei der die Polymerelektrolytmembran entlang ihres Umfangs von einem Dichtmittel umfasst ist und bei der die durch Verspannungsmittel erzeugten Dichtkräfte in einem Bereich des Dichtrandes eingeleitet sind, der an den Umfassungsbereich angrenzt, sodass die Dichtkräfte nicht direkt auf die PEM gerichtet sind. Bei einer derartigen elektrochemischen Zelle besteht keine oder zumindest nur eine geringe Gefahr, dass die Polymerelektrolytmembran durch eigene Volumenänderungen beschädigt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrochemischen Zellen. Sie betrifft insbesondere eine elektrochemische Zelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
• Derartige elektrochemische Zellen werden beispielsweise auf dem Gebiet der Erzeugung von elektrischem Strom mit Hilfe von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen eingesetzt.
• Der prinzipielle Aufbau einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (kurz PEMFC) weist die folgenden Bauteile auf. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung (kurz MEA), die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymerelektrolytmembran (kurz PEM) aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatteneinheiten angeordnet, wobei eine über der Anode angeordnete Separatorplatteneinheit Kanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist und eine über der Kathode angeordnete Separatorplatteneinheit Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel und wobei diese Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden (kurz GDE) ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (z.B. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O) erzeugten elektrischen Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, durch diffundieren zu lassen. Eine GDE besteht aus wenigstens einer Gasdiffusionsschicht bzw. Gasdiffusionslage (kurz GDL) und einer Katalysatorschicht, die der PEM zugewandt ist und an der die elektrochemische Reaktion stattfindet. Die PEMFC weist ferner Mittel zum Abdichten auf, beispielsweise einen Dichtrand, der das Innere der elektrochemischen Zelle gegenüber der äußeren Umgebung abdichtet, sodass die Betriebsstoffe nicht entweichen oder sich miteinander vermischen können und keine Stoffe aus der äußeren Umgebung unerwünscht in die Zelle eindringen können.
• Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln (kurz Stacks) gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten (kurz Bipolarplatten) eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur als Endplatten des Stacks. Zum Zusammenhalten eines Stacks oder einer einzelnen PEMFC sind im Allgemeinen Mittel zum Verspannen (kurz Verspannungsmittel) vorgesehen, die u.a. die Kräfte erzeugen, die zum Abdichten des Stacks oder der PEMFC erforderlich sind (kurz Dichtkräfte).
• Als Reaktionsstoffe werden bei einer PEMFC Brennstoffe und Oxidationsmittel eingesetzt. Meist werden gasförmige Reaktionsstoffe eingesetzt, z.B. H₂ oder ein H₂-haltiges Gas (z.B. Reformatgas) als Brennstoff und O₂ oder ein O₂-haltiges Gas (z.B. Luft) als Oxidationsmittel. Unter Reaktionsstoffe werden alle an der elektrochemischen Reaktion teilnehmenden Stoffe verstanden, also auch Reaktionsprodukte wie z.B. H₂O.
• Trockene PEM weisen geringe Ionenleitfähigkeiten auf. Sie werden daher in der Regel befeuchtet, indem die Reaktions stoffe befeuchtet werden, bevor sie einer PEMFC zugeführt werden. Ferner entsteht, wie oben erwähnt, bei der elektrochemische Reaktion in einer PEMFC Wasser. Dabei ergibt sich das Problem, dass die Materialien, die üblicher Weise für eine PEM eingesetzt werden, Wasser bis zu einem gewissen Grad aufnehmen können und dabei aufquellen. Unter entsprechend trockenen Bedingungen und/oder hohen Temperaturen können diese Materialien das Wasser wieder abgeben und quellen dabei ab (Schrumpfung). D.h. dass die PEM auf sich ändernde thermodynamische Bedingungen (v.a. relative Feuchte der Reaktionsstoffe und Temperatur) mit einer entsprechenden Volumenänderung reagieren. Bei herkömmlichen elektrochemischen Zellen sind jedoch die PEM meist fest gelagert bzw. eingespannt, sodass ihrer Volumenänderung ein erheblicher Widerstand entgegengesetzt wird. Bei einer Volumenänderung erleiden die PEM derartiger Zellen dann eine erhebliche mechanische Belastung. Dabei können Zug-, Schub- oder Torsionskräfte auftreten, die die PEM zu dehnen, zu komprimieren oder zu scheren versuchen. In ungünstigen Fällen kann dies zu Membranversagen führen, beispielsweise durch Zerreißen der PEM. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass ein derartiges Membranversagen insbesondere im Bereich der Ränder der PEM auftritt, d.h. in einem Bereich, in dem die PEM einer herkömmlichen elektrochemischen Zelle z.B. durch Dichtmittel fest gelagert bzw. eingespannt ist. Die Folgen eines Membranversagens sind u.a. ein signifikanter Abfall der Leistung der elektrochemischen Zelle bis hin zum Totalausfall und das Vermischen der Reaktionsstoffe, das insbesondere bei H₂/O₂-Brennstoffzellen zur Bildung gefährlicher Knallgasgemische führen kann.
• Das Problem mechanischer Belastungen einer PEM einer elektrochemischen Zelle ist im Stand der Technik bekannt. In dem Patent US 5,264,299 (International Fuel Cells) wird z.B. eine PEMFC offenbart, bei der eine PEM aus einer Einheit aus Stützplatten und, an den Rändern, einem elastischen Dichtrand umgeben ist. Die Dichtplatten schützen die PEM vor mechanische Belastungen durch thermische Spannungen. Die elastischen Dichtränder tolerieren begrenzte Deformationen, ohne dabei nenneswerte strukturelle Schäden zu erleiden. Volumenänderungen infolge des Auf- und Abquellens der PEM haben jedoch eine viel größere mechanische Belastung der PEM zur Folge, als thermische Spannungen. Starre, poröse Stützplatten, wie sie in US 5,264,299 vorgeschlagen werden, behindern dabei die erforderlichen Ausgleichsbewegungen eher und verstärken dadurch die auftretenden Zug-, Schub- oder Torsionskräfte, die die PEM bei einer Volumenänderung mechanisch belasten.
• Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle mit Polymerelektrolytmembran zu schaffen, bei der keine oder zumindest nur eine geringe Gefahr besteht, dass die Polymerelektrolytmembran bei Volumenänderungen beschädigt wird.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine PEMFC, die zumindest die folgenden Bauteile umfasst:
• – eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA), die eine Polymerelektrolytmembran (PEM) aufweist,
• – einen Dichtrand, von dem die PEM entlang ihres Umfangs umfasst ist, und
• – Verspannungsmittel, mit denen die Bauteile der elektrochemischen Zelle aneinandergedrückt sind.
• Erfindungsgemäß sind die durch die Verspannungsmittel erzeugten Dichtkräfte in einem an den Bereich der Umfassung der PEM (kurz Umfassungsbereich) angrenzenden Bereich des Dichtrandes in die elektrochemische Zelle eingeleitet, sodass die Dichtkräfte nicht direkt auf die PEM gerichtet sind.
• Die PEM wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in erster Näherung als zweidimensionale Fläche angesehen. Der Umfang der PEM ist damit als Länge der Begrenzungslinie der PEM-Fläche definiert.
• Bei der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle besteht keine oder nur eine geringe Gefahr, dass die Dichtkräfte v.a. auf die Ränder der PEM einwirken, dadurch diese Ränder derart festklemmen, dass einer Volumenänderung der PEM eine so hohe (Zug-, Schub- oder Torsions-) Kraft entgegensetzen, dass diese mechanisch beschädigt wird.
• Die auf eine PEM durch Volumenänderung einwirkenden Kräfte können außerdem dadurch verringert werden, dass die PEM im Umfassungsbereich gleitend gelagert ist. Für die bei einer Volumenänderung der PEM auftretenden Kräfte bedeutet das, dass die Haftreibungskraft zwischen dem Material des Dichtrandes und dem Material der PEM, F_H, kleiner ist, als die Kraft, die erforderlich ist, um die PEM mechanisch zu beschädigen, F_M:F_H < F_M·F_H ist dabei proportional zum Produkt aus Haftreibungskoeffizient μ_H und Normalkraft F_N und proportional zur Dichtkraft, F_D:F_H ∝ μ_H·F_N ∝ F_D. Das bedeutet, dass geeignete Haftreibungskoeffizienten μ_H von der eingesetzten Materialkombination Dichtrand/PEM und der angelegten Dichtkraft F_D abhängig sind: Je höher die angelegte Dichtkraft F_D, desto geringer sollte der Haftreibungskoeffizienten μ_H bei der eingesetzten Materialkombination sein.
• Dabei kann eine gleitende Lagerung der die PEM im Umfassungsbereich dadurch unterstützt werden, dass im Kontaktbereich zwischen PEM und Dichtrand ein Gleitmittel angeordnet ist. Dadurch können die Haftreibungskoeffizienten μ_H zwischen Dichtrand und PEM und damit die auf die PEM bei Volumenänderung einwirkenden schädlichen Kräfte weiter reduziert werden.
• Geeignete Gleitmittel sind beispielsweise Siliconöle mit sehr niedriger Flüchtigkeit, wie z.B. die von der Firma Wacker erhältlichen Siliconöle mit 300 Si-Atomen und mehr (Siliconöle AKF 300, AKF 1000 und AKF 10000) oder Graphit.
• Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle ist der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet, das eine größere Elastizität aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist, sodass die PEM in dem Dichtrand flexibel gelagert ist.
• Dadurch, dass das Material des Dichtrands eine größere Elastizität aufweist als das Material der PEM, kann der Dichtrand Kräfte aufnehmen, die bei Volumenveränderungen der PEM durch die PEM aufgebaut werden. Dadurch kann weitgehend verhindert werden, dass derartige Kräfte (das sind insbesondere Zug-, Schub- und Torsionskräfte) v.a. in den kritischen Randbereichen so groß werden, dass die PEM zerreißt oder gestaucht oder sonst wie mechanisch beschädigt wird. PEMFC mit einem derartigen Dichtrand fallen weniger häufig aus und weisen daher eine deutlich gesteigerte Lebensdauer auf.
• Der Dichtrand kann dabei in allen Bereichen eine größere Elastizität als die PEM aufweisen. Er kann aber auch Bereiche aufweisen, die eine kleinere Elastizität besitzen. Letzteres ist v.a. für Bereiche des Dichtrandes vorteilhaft die dafür vorgesehen sind, Dichtkräfte aufzunehmen. Derartige Bereiche wirken wie Abstandshalter die verhindern, dass die Verspannungsmittel die Zelle oder den Stack zu stark aneinander drücken und dadurch beschädigen. In ungünstigen Fällen könnten sonst bestimmte Bauteile wie z.B. metallische Bipolarplatten verbiegen oder in elektrischen Kontakt miteinander kommen, was einen Kurzschluss zur Folge hätte.
• Da auf die PEM einwirkende Zugkräfte besonders schädlich für die strukturelle Integrität der PEM sind, ist es bevorzugt, wenn der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet ist, das eine kleineres E-Modul aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist. Auch Torsionskräfte sind sehr schädlich für die strukturelle Integrität der PEM. Daher ist es ebenfalls bevorzugt, wenn der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet ist, das eine kleineres G-Modul aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist. Durch diese Maßnahmen nimmt das Material des Dichtrandes auftretende Zug- und oder Torsionskräfte auf, wodurch die auf die PEM einwirkenden Zug und/oder Torsionskräfte reduziert werden und die Gefahr des Membranversagens deutlich verringert werden kann.
• Außer der geforderten Elastizität sind weitere Anforderungen an geeignete Materialien für den Dichtrand gestellt, sodass die Auswahl von geeigneten Dichtungsmaterialien nicht unproblematisch ist. Das Material muss natürlich Dichtungseigenschaften aufweisen, wie z.B. Gas- und Wasserdampfbarriereeigenschaften, trockenen oder feuchten Arbeitsgasen wie z.B. Sauerstoff, Wasserstoff bei erhöhter Temperatur (ca. 120 °C) in Dauerbelastung widerstehen, ohne dass eine Alterung des Dichtungsmaterials durch Versprödung oder Degradation oder gar eine Quellung eintritt. D.h. das Material muss zusätzlich hydrolysestabil sein. Die Verwendung von Materialien mit Zusatzstoffen wie z.B. Weichmachern führen im Laufe der Zeit dazu, dass sie aus dem Material heraus diffundieren und sich anderweitig ablagern oder den Katalysator vergiften, was zu einem vorzeitigen Ausfall des Systems führen kann.
• Das Dichtungsmaterial ist vorzugsweise thermoplastisch. Als thermoplastisches Polymer sind dabei nur solche geeignet, die den spezifischen Anforderungen in einer elektrochemischen Zelle, insbesondere einer PEMFC, hinsichtlich der mechanischen und chemischen Forderungen genügen. Weiterhin ist gefordert, dass das thermoplastische Material, unter Beibehaltung aller vorgenannten Eigenschaften, bis mindestens 120 °C stabil bleibt. Das Polymermaterial kann als Basismaterial enthalten: Polyethylen oder polyethylenhaltiges Material, Polypropylen oder polypropylenhaltiges Material, Polyester oder polyesterhaltiges Material, Polyamid oder polyamidhaltiges Material, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer oder ethylenvinylalkohol-copolymer-haltiges Material, Polyvinylidenchlorid oder polyvinylidenchloridhaltiges Material, Polyvinylchlorid oder polyvinylchloridhaltiges Material, sowie Mischungen davon und/oder Pfropf- und/oder Copolymerisate daraus.
• Es ist jedoch auch möglich, das Polymermaterial so zu modifizieren, dass bestimmte für die Verarbeitung (z.B. Siegelfähigkeit) bzw. den Betrieb in einer Brennstoffzelle notwendigen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften realisiert werden können. Dies kann durch die chemische Modifikation des Basismaterials an sich geschehen und/oder durch die Zugabe von eigenschaftssteuernden Additiven oder Zusatzstoffen. Die an Barrierematerialien gestellten Anforderungen können sehr vielfältig sein. Die Forderungen können dahingehen, dass Barrieren gegen Stoffe mit vollkommen verschiedenen Eigenschaften erstellt werden müssen. Der geforderte Eigenschaftskatalog kann häufig nicht allein durch einen Werkstoff erreicht werden, sodass verschiedenartige Werkstoffe in Form von Verbunden kombiniert werden müssen. Folienverbunde für elektrochemische Zellen müssen aus einer Kombination einer Feuchte- mit einer Gasbarriere aufgebaut sein. Beispielsweise bilden Polyolefine wie Polypropylen oder Polyethylen hierbei die Feuchtebarriereschicht und polare Materialien wie beispielsweise Polyamid, Ethylenvinylalkohol oder Polyester die Gasbarriere.
• Als in diesem Zusammenhang besonders geeignet haben sich v.a. Silicon-Polymere erwiesen. Außerdem geeignet sind v.a. Polymere, beispielsweise Elastomere oder Gummis (z.B. Ethylen-Propylen-Gummi), Fluorelastomere (z.B. Viton, Fa. DuPont), Chlorelastomere (z.B. Polychloropren, chlosulfoniertes Polyethylen), thermoplastische Elastomere (z.B. Kraton oder Dynaflex, Fa. GLS), Fluorsilicone (z.B. Fluoralkyl-Polysiloxane), Silicongummi oder Thermoplaste (z.B. Ethylen-Vinyl-Acetat, fluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere, Santopren der Fa. Bayer) und Naturgummi.
• Als geeigneter Dicht- und Saturierwerkstoff haben sich zudem EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-(Misch)Terpolymer), Epoxidharz und Silicon erwiesen. Bei Epoxidharz bieten sich zudem Werkstoffvarianten (Compounds) an. Bei EPDM liegt die Gaspermeation deutlich niedriger als bei Silicon, welches sich aber wiederum durch hohe Elastizität auszeichnet. Weitere Dichtwerkstoffe sind Kautschuk, FKM (Fluorkautschuk-(Misch-)Polymer, z.B. Viton, Fa. DuPont) und Polysulfid.
• Allgemein sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Stoffe geeignet, die sich durch hohe Elastizität und kleine mechanische Module auszeichnen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 Einen Schnitt durch eine elektrochemische Zelle des Standes der Technik;
• 2 einen Schnitt durch eine Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle;
• 3 einen Schnitt durch eine andere Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle mit Kompressionsbegrenzer;
• 4 einen Schnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle mit gleitender Lagerung der PEM;
• 5 einen Schnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle mit Kompressionsbegrenzer und gleitender Lagerung der PEM;
• 6 einen Schnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle mit gering elastischem Bereich;
• 7 einen Schnitt durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen elektrochemische Zelle mit drittem Bereich.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Teil einer elektrochemische Zelle des Standes der Technik. Die dargestellte Anordnung zeigt lediglich eine MEA (1) mit zwei GDL (2, 2') und einer PEM (3) und Mittel zum Abdichten (kurz Dichtmittel) (4, 4'). Weitere Bauteile einer elektrochemischen Zelle, wie z.B. Separatorplatten, Mittel zum Zu- und Abführen von Betriebsstoffen und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, sie sind dem Fachmann jedoch bekannt. Die Dichtmittel (4, 4') sind an ihren Grenzflächen (6, 6') mit einem Bauteil der elektrochemischen Zelle, z.B. einer Separatorplatte (nicht dargestellt) lösbar, fluiddicht verbunden, was mit Hilfe der Zick-Zack-Linie dargestellt ist. Die Pfeile F_D zeigen an, dass im Bereich der Dichtmittel (4, 4') die von einem Verspannungsmittel (nicht dargestellt) erzeugten Dichtkräfte F_D eingeleitet sind, wodurch die PEM (3) fest gelagert ist. Bei Volumenänderungen der PEM (3) treten Kräfte F_M auf, die die PEM (3) vor allem im Bereich der Dichtmittel (4, 4') dehnen, stauchen oder scheren, sodass es vor allem in diesem Bereich zu mechanischen Beschädigungen der PEM (3) kommen kann.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Dichtmittel umfasst die PEM (3) im Bereich (7) (gestrichelte Ellipse) und bildet damit einen Dichtrand (5). Der Dichtrand (5) ist aus einem Material gebildet, das eine größere Elastizität aufweist, als die PEM (3) (nicht dargestellt). Zusätzlich ist der Dichtrand (5) im Bereich (6) lösbar mit einem angrenzenden Bauteil der elektrochemischen Zelle verbunden. Im Bereich (6) ist die Dichtkraft F_D eines Verspannungsmittels eingeleitet. Der Bereich (6) grenzt an den Umfassungsbereich (7) an. Bei dieser Anordnung bestehen für die PEM (3) ausreichend Möglichkeiten für eine Volumenänderung, ohne dass Kräfte auftreten, die so stark sind, dass sie die PEM (3) mechanisch beschädigen können.
• 3 zeigt eine Variante der in 1 schematisch dargestellten Anordnung, bei der der Dichtrand (5) einen Bereich (8) aufweist, der eine geringere Elastizität besitzt als die übrigen Bereiche des Dichtrands (5) und insbesondere als der Umfassungsbereich (7). Der gering elastische Bereich (8) ist im Bereich der Einleitung der Dichtkraft F_D angeordnet. Er bewirkt, dass die Dichtkraft F_D den Dichtrand nicht so weit komprimieren kann, dass Bauteile der elektrochemischen Zelle verbogen oder beschädigt werden oder in unerwünschten elektrischen Kontakt kommen oder die elektrochemische Zelle undicht wird. Bereich (8) wirkt daher wie ein Kompressionsbegrenzer oder Abstandshalter.
• In 4 ist eine weitere Variante der in 1 schematisch dargestellten Anordnung gezeigt. In dieser Variante ist die PEM (3) im Umfassungsbereich (7) gleitend gelagert. Der Pfeil (9) verdeutlicht, dass sich die PEM (3) bei einer Volumenänderung nach links (abquellen) oder rechts (aufquellen) bewe gen kann. Dadurch werden die auf die PEM (3) bei einer Volumenänderung einwirkenden Kräfte weiter reduziert und die Gefahr eines Membranversagens weiter verringert. Zur Verringerung des Haftreibungskoeffizienten μ_H kann in dem Umfassungsbereich (7) ein Gleitmittel angeordnet sein, z.B. Siliconöl AKF 10000 (Fa. Wacker).
• 5 zeigt eine Variante der in 4 schematisch dargestellten Anordnung, jedoch mit einem Kompressionsbegrenzer (8) wie in 3.
• In 6 ist eine weitere Variante schematisch dargestellt, bei der der Dichtrand (5) zwei Bereiche aufweist, einen ersten Bereich (7) (Umfassungsbereich) und einen daran angrenzenden zweiten Bereich (8) (gering elastischer Bereich). Die Dichtkraft F_D ist im Bereich des gering elastischen Bereichs (8) eingeleitet.
• 7 zeigt eine schematisch dargestellte Anordnung, bei der der Dichtrand (5) drei Bereiche (7, 8, 10) aufweist. Ein dritter Bereich (10) ist in diesem Beispiel erforderlich, um den Umfassungsbereich (7) mit dem zweiten Bereich (8) zu verbinden, da die in den Bereichen (7) und (8) eingesetzten Materialien nur schlecht verbindbar sind. Der dritte Bereich (10) kann eine unterschiedliche Elastizität im Vergleich zu den angrenzenden Bereichen (7) und (8) aufweisen. Es sind auch Anordnungen mit mehr als drei Bereichen denkbar.
• In Frage kommen auch Kombinationen aus den in den vorstehend beschriebenen 2 bis 7 gezeigten Anordnungen.

1

MEA

2, 2'

GDL

3

PEM

4, 4'

Mittel zum Abdichten (Dichtmittel)

5

Dichtrand

6, 6'

Grenzfläche mit lösbarer, fluiddichter Verbindung

(Zick-Zack-Linie)

7

Umfassungsbereich

8

Bereich mit geringer Elastizität (Kompressions

begrenzer, Abstandshalter)

9

Pfeil

10

Dritter Bereich

Claims (6)

1. Elektrochemische Zelle, die zumindest die folgenden Bauteile umfasst: – eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA), die eine Polymerelektrolytmembran (PEM) aufweist, – ein Dichtrand, von dem die PEM entlang ihres Umfangs umfasst ist, und – Verspannungsmittel, mit denen die Bauteile der elektrochemischen Zelle aneinandergedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Verspannungsmittel erzeugten Dichtkräfte in einem an den Bereich der Umfassung der PEM (Umfassungsbereich) angrenzenden Bereich des Dichtrandes in die elektrochemische Zelle eingeleitet sind.
2. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PEM im Umfassungsbereich gleitend gelagert ist.
3. Elektrochemische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich zwischen PEM und Dichtrand ein Gleitmittel angeordnet ist.
4. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet ist, das eine größere Elastizität aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist.
5. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet ist, das eine kleineres E-Modul aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist.
6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtrand zumindest im Umfassungsbereich aus einem Material gebildet ist, das eine kleineres G-Modul aufweist als das Material, aus dem die PEM gebildet ist.