DE20122306U1

DE20122306U1 - Sealing arrangement used for fuel cells or a fuel cell stack has a sealing element with a peripheral sealing strip protruding into a sealing gap to close the gap by pressing between cell separating plates

Info

Publication number: DE20122306U1
Application number: DE20122306U
Authority: DE
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2011-12-13

Abstract

Sealing arrangement has a sealing element (17) with a peripheral sealing strip (20) protruding into a sealing gap (19) to close the gap by pressing between cell separating plates (1, 4). An independent claim is also included for a process for the production of the sealing arrangement. The sealing strip is made from an injection molded polymer and completely fills the sealing gap.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Brennstoffzellen, enthaltend zumindest einen Verbund, gebildet aus zwei Zell-Trennplatten mit einer dazwischengelegten, verformbaren Membran-Elektroden-Einheit, bestehend aus zwei porösen, gasdurchlässigen Platten oder Lagen und einer dazwischengelegten Ionenaustauschmembran, wobei die Seitenflächen der Membran-Elektroden-Einheit gegenüber den Seitenflächen der Zell-Trennplatten zurückspringen, um einen Dichtspalt freizulassen und ein elastisches Dichtelement, welches den Verbund nach Art eines umlaufenden Dichtbandes umschließt.The The invention relates to a sealing arrangement for fuel cells, containing at least one composite formed by two cell separator plates with a interposed, deformable membrane electrode assembly consisting from two porous, gas-permeable plates or layers and an interposed ion exchange membrane, wherein the faces the membrane electrode assembly opposite the side surfaces of the Jump back cell separator plates, to release a sealing gap and an elastic sealing element, which encloses the composite in the manner of a circumferential sealing strip.

Stand der TechnikState of technology

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler und seit langem bekannt. Sie erzeugen elektrische Energie durch Oxidation eines Brennstoffes. Sie bestehen im einfachsten Fall aus planaren, elektrisch leitenden Elektroden, die gasdurchlässig sind und die durch eine ionenleitende Membran voneinander getrennt sind. Die Zufuhr der Reaktionsmedien erfolgt über Verteilerplatten mit integrierten Gas- bzw. Flüssigkeitsleitkanälen. Diese Verteilungsnetze müssen sowohl gegeneinander als auch nach außen hin abgedichtet sein. Um eine technisch anwendbare Größenordnung einer elektrischen Spannung bzw. eines elektrischen Stromes zu erzeugen, sind meist mehrere großflächige, dünne Platten oder Lagen in Form eines Stapels, auch als „stack" bezeichnet, übereinander angeordnet und die einzelnen Zellen in einer Serien- oder Parallelschaltung verschaltet. Die vom Wandler erzeugte elektrische Energie wird an elektrisch leitenden Elektroden des Stapels abgenommen.fuel cells are electrochemical energy converters and have long been known. she generate electrical energy by oxidation of a fuel. They consist in the simplest case of planar, electrically conductive Electrodes that are gas permeable and which are separated by an ion-conducting membrane. The supply of the reaction media via distribution plates with integrated Gas or Flüssigkeitsleitkanälen. These Distribution networks need be sealed against each other and to the outside. Around a technically applicable order of magnitude to generate an electrical voltage or an electric current, are usually several large, thin plates or layers in the form of a stack, also referred to as "stack", arranged one above the other and interconnects the individual cells in a series or parallel connection. The electrical energy generated by the transducer is connected to electrical removed conductive electrodes of the stack.

Eine derartige elektrochemische Brennstoffzelle besteht im einfachsten Fall aus zwei Elektroden, augebildet als eine planare Gasdiftusionsschicht, in der Literatur auch als „Gas Diffusion Layer", im Folgenden abgekürzt GDL, zwischen denen eine ionenleitende Schicht angeordnet ist, wobei sich an jede Elektrode ein Gasraum anschließt, in welchem jeweils ein Reaktionsmedium durch Verteilerkanäle zugeführt wird. Dichtungen zwischen den einzelnen Zellelementen verhindern das Austreten des Reaktionsmediums.A Such electrochemical fuel cell is the simplest Case of two electrodes formed as a planar gas diffusion layer, in literature also as "gas Diffusion Layer ", abbreviated below GDL, between which an ion-conducting layer is arranged, wherein a gas space connects to each electrode, in each of which a Reaction medium is supplied through distribution channels. Seals between The individual cell elements prevent the escape of the reaction medium.

Bei bestimmten Brennstoffzellen ist die ionenleitende Membran ein Polymer. Die vorliegende Erfindung betrifft die Abdichtung einer derartigen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle, im Folgenden kurz PEM-Zellen genannt. Diese Art der chemischen Brennstoffzellen gewinnt zunehmend an Bedeutung als zukünftige Energiequelle für den Antrieb von Kraftfahrzeugen. Gefordert wird für diese Anwendung ein möglichst günstiges Massen-Leistungs-Verhältnis und eine über eine Gebrauchsdauer von mehreren Jahren hinweg zuverlässige Abdichtung der Verteilungsnetze.at For certain fuel cells, the ion-conducting membrane is a polymer. The present invention relates to the sealing of such Polymer electrolyte membrane fuel cell, hereafter referred to as PEM cells. This type of chemical fuel cells is gaining importance as a future source of energy for the propulsion of Motor vehicles. As much as possible is required for this application favorable Mass money and one over a service life of several years reliable sealing the distribution networks.

Üblicherweise werden bei Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen die beiden porösen, gasdurchlässigen Elektroden und die dazwischengelegte, sehr dünne, protonenleitende Polymer-Elektrolyt-Membran zu einer sogenannten Membran-Elektroden-Einheit, im Folgenden abgekürzt MEA (Membrane-Electrode-Assembly), zusammengefasst. Im Stapel angeordnet sind diese Ein heften durch sogenannte Zell-Trennplatten getrennt. Letztere weisen in der Oberfläche die o.g. Verteilerstrukturen für die Reaktionsgase auf. Der Stapel wird stirnseitig jeweils durch Endplatten abgeschlossen und durch Verbindungsschrauben unter Anpressung der Lagen zusammengehalten. Für die elektronenleitenden Zell-Trennplatten werden häufig Nicht-Metalle wie beispielsweise Graphit, aber auch Metalle wie Edelstahl oder Titan verwendet. Als Elektrodenwerkstoff eignet sich für die Anode bzw. Katode plastisch verformbares und elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Graphitfolien oder Vlieswerkstoffe. Die an der Polymer-Elektrolyt-Membran anliegende Oberfläche der Elektroden ist mit einem Katalysator, beispielsweise einem Platin-Material, beschichtet. Zell-Trennplatten im Inneren des Stapels stehen mit einer ihrer Oberflächen in elektrischem Kontakt mit der Anode einer Zelle des Stapels, ihre gegenüberliegende Oberfläche hingegen mit der Katode einer anderen benachbarten Zelle. Gemäß dieser Funktion werden diese Zell-Trennplatten im Inneren des Stapels auch als sogenannte Bipolar-Platten, im Folgenden kurz BPP, bezeichnet. Neben ihrer Funktion, den elektrischen Strom im Stapel zu leiten, haben sie die Funktion, die Reaktionsgase zu trennen.Usually become the two with polymer electrolyte membrane fuel cells porous, gas-permeable electrodes and the interposed, very thin, proton-conducting polymer electrolyte membrane to a so-called membrane-electrode unit, hereinafter abbreviated MEA (Membrane-Electrode-Assembly) summarized. Arranged in the stack are these pins so-called cell separating plates separated. The latter have the surface in the above-mentioned Distributor structures for the reaction gases. The stack is frontally through each End plates completed and by connecting screws under contact pressure the layers held together. For The electron-conducting cell separator plates often become non-metals such as graphite, but also metals such as stainless steel or Titanium used. As electrode material is suitable for the anode or cathode plastically deformable and electrically conductive material, For example, graphite foils or nonwoven materials. The at the polymer electrolyte membrane fitting surface the electrodes is coated with a catalyst, for example a platinum material, coated. Cell separator plates inside the stack stand with a their surfaces in electrical contact with the anode of a cell of the stack, their opposing surface but with the cathode of another neighboring cell. According to this Function, these cell separator plates inside the stack also referred to as so-called bipolar plates, hereinafter BPP for short. In addition to their function of directing the electric current in the stack, they have the function of separating the reaction gases.

Für eine PEM-Brennstoffzelle wird üblicherweise als Reaktionsgas Wasserstoff und als Oxidationsmittel typischerweise Sauerstoff oder Luft verwendet. Wasserstoff wird dem durch die Verteilerstruktur auf der Anode gebildeten Anodenraum zugeführt, während der Sauerstoff bzw. die Luft dem Katodenraum zugeleitet wird. Durch die gasdurchlässigen Elektroden gelangen die Reaktionspartner über die Katalysatorschicht an die protonenleitfähige Ionenaustauschmembran. Kationen, die sich an der Katalysatorschicht der Anode bilden, durchwandern die Ionenaustauschmembran und bilden mit dem an der Katodenseite zugeführten Oxidationsmittel einerseits als Reaktionsprodukt Wasser, andererseits elektrische Energie und Wärmeenergie. Durch einen äußeren Stromkreis ist die elektrische Energie einem Verbraucher zuführbar, während die Wärmeenergie im Stapel durch geeignete Kühlkanäle zwischen den Zell-Trennplatten abgeführt werden muss.For a PEM fuel cell becomes common as reaction gas hydrogen and as oxidizing agent typically Used oxygen or air. Hydrogen gets through the distributor structure supplied to the anode anode space, while the oxygen or the Air is supplied to the cathode compartment. Through the gas-permeable electrodes the reaction partners pass over the catalyst layer to the proton-conductive ion exchange membrane. Cations that form on the catalyst layer of the anode, walk through the ion exchange membrane and form with the at the cathode side supplied Oxidizing agent on the one hand as a reaction product water, on the other electrical energy and thermal energy. Through an external circuit is the electrical energy supplied to a consumer, while the Thermal energy in the stack by suitable cooling channels between removed from the cell separator plates must become.

An die Dichtungen zwischen den einzelnen Zellelementen werden hohe Anforderungen gestellt. PEM-Brennstoffzellen, die für die Energieversorgung eines Kraftfahrzeuges vorgesehen sind, sind rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Die Dichtung muß starken Erschütterungen, Feuchteschwankungen und Temperaturschwankungen standhalten. Aufgrund der unterschiedlichen Materialausdehnung kann es zu Undichtigkeiten kommen.High demands are placed on the seals between the individual cell elements. PEM fuel cells, which are intended for the power supply of a motor vehicle, are exposed to harsh environmental conditions. The seal must withstand strong shocks, humidity fluctuations and temperature fluctuations. Due to the different material expansion, leaks can occur.

In DE 197 13 250 wird zur Abdichtung der Gasräume sowie der Fluidsammelkanäle ein gas- und flüssigkeitsdichter adhäsiver Verbund der Membran-Elektroden-Einheit mit den angrenzenden Zell-Trennplatten nach Art einer umlaufenden Dichtung vorgeschlagen. Das adhäsive Verbundmaterial wird durch einen Kleber realisiert, der in einem Randbereich die Zellelemente modulartig miteinander verbindet und gasdicht abdichtet. Die Seitenflächen der Membran-Elektroden-Einheit sind gegenüber den Seitenflächen der Zell-Trennplatten zurückspringend angeordnet und bilden dadurch einen Dichtspalt, der vom adhäsiven Verbundmaterial ausgefüllt wird und die Polymer-Elektrolyt-Membran vor dem Austrocknen schützt. Durch eine Beschichtung der Stirnseiten des Stapels mit adhäsivem Verbundmaterial lassen sich mehrere derartige Module verbinden. Von Nachteil ist die Handhabung des Klebers bei der Herstellung, der präzise im Randbereich aufgetragen werden muß. Ein weiterer Nachteil ist die nichtlösbare Verbindung in einem Stapel von Brennstoffzellen, was zur Folge hat, dass bei einem Defekt einer Zelle der gesamte Stapel verworfen werden muss.In DE 197 13 250 For sealing the gas spaces and the fluid collection channels, a gas- and liquid-tight adhesive composite of the membrane-electrode assembly with the adjacent cell separator plates in the manner of a circumferential seal is proposed. The adhesive composite material is realized by an adhesive, which connects the cell elements in a peripheral area in a modular manner and gas-tight seals. The side surfaces of the membrane-electrode assembly are recessed against the side surfaces of the cell separator plates and thereby form a sealing gap which is filled by the adhesive composite material and protects the polymer electrolyte membrane from drying out. By coating the front sides of the stack with adhesive composite material, several such modules can be connected. A disadvantage is the handling of the adhesive in the production, which must be applied precisely in the edge region. Another disadvantage is the non-detachable connection in a stack of fuel cells, which has the consequence that in case of a defect of a cell, the entire stack must be discarded.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung zu schaffen, mit der ein Verbund von Platten einer Brennstoffzelle oder mehrerer Brennstoffzellen zuverlässig gasdicht abgedichtet werden und das Auswechseln eines defekten Verbundes in einem Stapel von Brennstoffzellen einfach möglich ist.It The object of the invention is to provide a sealing arrangement, with a composite of plates of a fuel cell or more Fuel cells reliable sealed gas-tight and the replacement of a defective composite in a stack of fuel cells is easily possible.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung anzugeben, welches eine Serienfertigung mit geringen Herstellungskosten erlaubt. Ferner ist es das Ziel der Erfindung, einen elektrochemischen Energiewandler zu schaffen, der für die mobile Anwendung geeignet ist und bei dem Wartung und Reparatur einfach möglich sind.It Another object of the invention is a method of preparation specify which allows a series production with low production costs. Further, it is the object of the invention to provide an electrochemical energy converter to create that for the mobile application is suitable and in the maintenance and repair just possible are.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein elastisches Dichtelement den Verbund nach Art eines umlaufenden Dichtbandes umschließt und eine Dichtleiste aufweist, welche in einem Dichtspalt zwischen Zell-Trennplatten verpresst wird und dadurch den Dichtspalt gasdicht abschließt. Die Erfindung geht dabei von einer Anordnung der Platten oder Lagen aus, bei der die Umfangsseitenflächen der Membran-Elektroden-Einheit gegenüber den Umfangsseitenflächen der Zell-Trennplatten zurückspringen. Auf diese Weise wird an der Umfangsseitenfläche des Verbundes ein Dichtspalt freigelassen. In diesen ragt ein vorspringender Ansatz des elastischen Dichtelementes, die Dichtleiste. Aufgrund der Verformbarkeit der Elektroden der Membran-Elektroden-Einheit wird der Dichtspalt enger, sobald stirnseitig auf die Endplatten eine Presskraft ausgeübt wird. Freiliegende Randflächen der Zell-Trennplatten im Dichtspalt werden zu Pressflächen und bewirken eine Verpressung der dazwischenliegenden elastischen Dichtleiste. Das zwischen den Pressflächen der Zell-Trennplatten verpresste, gasdichte, elastische Dichtmaterial bildet eine wirksame Barriere und verhindert das Austreten der Reaktionsgase im Pressspalt. Die Verpressung im Dichtspalt bewirkt auch ein laterales Ausweichen des elastischen Dichtmaterials und erhöht dadurch auch lateral die Anpresskraft auf die Umfangsseitenflächen der Membran-Elektroden-Einheit. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Dichtwirkung auch dann erreicht, wenn sich die einzelnen Platten oder Lagen des Verbundes aufgrund mechanischer Belastung während der Montage oder aufgrund von Erschütterungen oder thermischer Ausdehnung während des Betriebes verformen bzw. dehnen. Hinsichtlich einer Dehnung ist besonders die Ionenaustauschmembran empfindlich. Da das elastische Dichtmaterial gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung nur die Umfangsseitenfläche der Membran kontaktiert, nicht aber deren Oberfläche, wird eine Beschädigung der PEM durch Verformung oder Ausdehnung der Platten nahezu ausgeschlossen. Das umschließende Dichtband verhindert auch ein Austrocknen der Polymer-Elektrolyt-Membran. Auch dann, wenn das elastische Dichtmaterial an den Seitenflächen nicht oder sehr schlecht haftet – dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Zell-Trennplatten aus Graphit bestehen – ist durch die mechanische Verpressung der umlaufenden Dichtleiste der Dichtspalt gasdicht. In einem Stapel kann – je nach ihrer Lage im Mittel- oder Endbereich des Stapels – jede Zelle mit unterschiedlich großen Pressflächen ausgebildet werden. Auf diese Weise erreicht man, dass die im Stapel inhomogene Dichtungspresskraftverteilung längs des Stapels ausgeglichen wird. Bei einem Plattenverbund, der im Endbereich des Stapels liegt und mit einem erhöhten Anpressdruck belastet wird, kann durch entsprechend groß dimensionierte Pressflächen im Dichtspalt eine unzulässig hohe Verpressung des Dichtmaterials verhindert werden. Durch geeignete Bemessung der jeweiligen Pressflächen lässt sich erreichen, dass die Dichtfunktion im Mittel- und Endbereich des Stapels trotz unterschiedlich großer Presskräfte etwa gleich groß ist. Das erfindungsgemäß ausgebildete Dichtelement ermöglicht ferner ein Zusammenfassen von mehreren Zellen zu Verbünden. Ein einfacher, modulartiger Wechsel defekter Zellen ist dadurch möglich. Herstellungskosten für die Dichtung sind vergleichsweise gering. Durch den im Verbund an der Umfangsseitenfläche einspringenden Dichtspalt verringern sich die Flächenabmessungen der Polymer-Elektrolyt-Membran und damit die Materialkosten der Brennstoffzelle. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung erhöht nur sehr geringfügig das Gesamtgewicht des elektrochemischen Energiewandlers, was für eine mobile Anwendung vorteilhaft ist. Für das Dichtelement sind keine Eintiefungen in den Zell-Trennplatten erforderlich, was für die Herstellung günstig ist.This object is achieved by an elastic sealing element surrounds the composite in the manner of a circumferential sealing strip and having a sealing strip which is pressed into a sealing gap between cell-separating plates and thereby seals the sealing gap gas-tight. The invention is based on an arrangement of the plates or layers, in which the peripheral side surfaces of the membrane-electrode assembly jump back relative to the peripheral side surfaces of the cell separator plates. In this way, a sealing gap is left on the peripheral side surface of the composite. In these projects a projecting approach of the elastic sealing element, the sealing strip. Due to the deformability of the electrodes of the membrane-electrode assembly, the sealing gap becomes narrower as soon as a pressing force is exerted on the end plates on the face side. Exposed edge surfaces of the cell separator plates in the sealing gap become pressing surfaces and cause a compression of the intermediate elastic sealing strip. The compressed between the pressing surfaces of the cell separator plates, gas-tight, elastic sealing material forms an effective barrier and prevents the escape of the reaction gases in the press nip. The compression in the sealing gap also causes a lateral deflection of the elastic sealing material and thereby increases laterally the contact pressure on the peripheral side surfaces of the membrane electrode assembly. In this way, a reliable sealing effect is achieved even if the individual plates or layers of the composite deform or stretch due to mechanical stress during assembly or due to vibration or thermal expansion during operation. With regard to elongation, especially the ion exchange membrane is sensitive. Since the elastic sealing material according to the embodiment of the invention contacts only the peripheral side surface of the membrane, but not its surface, damage to the PEM due to deformation or expansion of the plates is almost eliminated. The surrounding sealing tape also prevents the polymer electrolyte membrane from drying out. Even if the elastic sealing material on the side surfaces not or very poorly adheres - this is the case, for example, if the cell separator plates made of graphite - is gas-tight by the mechanical compression of the circumferential sealing strip of the sealing gap. In a stack - depending on their location in the middle or end of the stack - each cell can be formed with different sized pressing surfaces. In this way it is achieved that the inhomogeneous in the stack seal pressure distribution along the stack is compensated. In a plate composite, which is located in the end region of the stack and is loaded with an increased contact pressure, an inadmissibly high compression of the sealing material can be prevented by correspondingly large-sized pressing surfaces in the sealing gap. By suitable dimensioning of the respective pressing surfaces can be achieved that the sealing function in the middle and end of the stack is about the same size despite different pressing forces. The sealing element formed according to the invention also makes it possible to combine several cells into groups. A simple, modular change of defective cells is possible. Manufacturing costs for the seal are relatively low. By the composite on the peripheral sides Area re-entering sealing gap reduce the area dimensions of the polymer electrolyte membrane and thus the material costs of the fuel cell. The sealing arrangement according to the invention only very slightly increases the total weight of the electrochemical energy converter, which is advantageous for a mobile application. For the sealing element no recesses in the cell separator plates are required, which is favorable for the production.

Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung ist von ausschlaggebender Bedeutung, dass das Dichtband und die Dichtleiste als Spritzgießteil einstöckig und materialeinheitlich aus einem Polymer gebildet wird. Durch das Spritzgießen dringt das elastische Dichtmaterial in kleinste Bereiche des Dichtspaltes ein und füllt diesen vollständig aus.in the In view of a simple and inexpensive production is of crucial that the sealing tape and the sealing strip as injection molded part story and of the same material is formed from a polymer. By the Injection molding penetrates the elastic sealing material in the smallest areas of the sealing gap one and fills complete this.

Im Hinblick auf die Herstellungskosten ist von Vorteil, dass Herstellung und Anbringung der Dichtungsanordnung in einem Arbeitsgang erfolgen. Durch das an den Seitenflächen und den Pressflächen fest anhaftende Dichtungsmaterial werden die einzelnen Lagen nicht nur abgedichtet, sondern auch zusammengehalten.in the With regard to the production costs, it is advantageous that production and attaching the seal assembly done in a single operation. By that on the side surfaces and the pressing surfaces firmly adhering sealing material, the individual layers are not only sealed, but also held together.

Mit Vorteil wird das Dichtelement so ausgebildet, dass es sich über einen äußeren Rand einer Stirnfläche einer äußeren ersten Zelltrennplatte und über einen äußeren Rand einer Stirnfläche einer äußeren zweiten Zelltrennplatte erstreckt, um den Verbund oder die Verbünde klammerförmig zusammenzuhalten. Dadurch werden Module gebildet. Hinsichtlich Reparatur und Wartung in einem Brennstoffzellen-Stapel ist dies von besonderem Vorteil, da dadurch defekte Module auf einfache Weise gewechselt werden können.With Advantage, the sealing element is formed so that it extends over an outer edge a face an outer first Cell separator and over an outer edge a face an outer second Cell separator plate extends to hold the composite or the composites clamp-shaped. As a result, modules are formed. Regarding repair and maintenance in a fuel cell stack this is of particular advantage as this defective modules can be changed easily.

Hierbei ist von Vorteil, wenn das Dichtelement im Bereich eines ersten Klammerrandes mit einem umlaufenden Dichtprofil und im Bereich eines zweiten Klammerrandes als eine ebene Fläche ausgebildet ist. Auf diese Weise läßt sich ein Kühlmedium, das zwischen Modulen zirkuliert, durch das Dichtprofil einfach abdichten.in this connection is advantageous if the sealing element in the region of a first clip edge with a circumferential sealing profile and in the region of a second clip edge as a flat surface is trained. In this way, a cooling medium, which circulates between modules, simply seal by the sealing profile.

Von Vorteil ist, wenn das Polymer ein Elastomer ist. Elastomere sind in der Dichtungstechnik weit verbreitet. Die Werkstoffe EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), FPM (Fluor-Kautschuk), TPE (Thermoplastisches Elastomer) sind durch Spritzgießen besonders einfach zu verarbeiten. Auch die Verwendung von Silikon oder anderen Kunststoffen wie beispielsweise Epoxyd-Harz ist denkbar.From Advantage is when the polymer is an elastomer. Elastomers are widely used in sealing technology. The materials EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), FPM (fluoro rubber), TPE (thermoplastic elastomer) are through injection molding especially easy to work with. Also the use of silicone or other plastics such as epoxy resin is conceivable.

Eine besonders zuverlässige Dichtwirkung lässt sich dadurch erzielen, wenn die porösen, gasdurchlässigen Platten der GDL jeweils in einem Endbereich am Rand der Oberflächen mit einem zweiten Polymer einseitig oder zweiseitig imprägniert und/oder beschichtet sind und die Seitenflächen der Ionenaustauschmembran gegenüber den Seitenflächen der porösen Platten zurückspringend angeordnet sind und dadurch einen zweiten Dichtspalt freilassen, in welchen eine zweite Dichtleiste ragt, um durch Verpressung zwischen den Zell-Trennplatten den zweiten Dichtspalt gasdicht abzuschließen. Der Verpressung des ersten Dichtspalts wird die Verpressung eines zweiten Dichtspalts vorgeschaltet. Durch diese Maßnahme erzielt man eine zuverlässige Abschottung der Reaktionsgase zwischen den Lagen der GDL einer MEA. Insgesamt verbessert sich die Dichtwirkung. Auch hier tritt die Polymer-Elektrolyt-Membran nur an ihrer Umfangsseitenfläche mit dem elastischen Dichtmaterial in Kontakt. Gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik wird die Dichtungsfläche der Polymer-Elektrolyt-Membran dadurch weiter reduziert und Materialkosten gespart.A particularly reliable Sealing effect leaves This can be achieved if the porous, gas-permeable plates the GDL in each case in an end region at the edge of the surfaces with a second polymer on one or two sides impregnated and / or are coated and the side surfaces of the ion exchange membrane across from the side surfaces the porous one Plunging back plates are arranged and thereby leave a second sealing gap, in which a second sealing strip projects to press through between the cell separator plates to complete the second sealing gap gas-tight. The compression of the first Sealing gap is preceded by the compression of a second sealing gap. By this measure you get a reliable one Separation of the reaction gases between the layers of the GDL of an MEA. Overall, the sealing effect improves. Again, the Polymer electrolyte membrane only on its peripheral side surface with the elastic sealing material in contact. Compared to the prior art the technique becomes the sealing surface This further reduces the polymer electrolyte membrane and material costs saved up.

Für eine besonders gute Dichtwirkung ist es ferner vorteilhaft, wenn die porösen Platten in einem Endbereich von einem zweiten Polymer vollständig durchtränkt sind. Dadurch verlagert sich die Abdichtung der Reaktionsgase nicht ausschließlich auf den Dichtspalt, sondern findet zumindest teilweise bereits in der porösen Platte statt. Geeignet für das zweite Polymer sind Werkstoffe aus Silikon oder FPM (Fluor-Kautschuk), Epoxyd-Harz oder PTFE (Polytetrafluortethylen).For a special good sealing effect, it is also advantageous if the porous plates are completely saturated in an end region of a second polymer. As a result, the sealing of the reaction gases does not shift to exclusively the sealing gap, but at least partially already in the porous Plate instead. Suitable for the second polymer are materials made of silicone or FPM (fluorinated rubber), Epoxy resin or PTFE (polytetrafluorethylene).

Mit besonderem Vorteil ist das Polymer und das zweite Polymer gleiches Material. Auf diese Weise kommt es zu einer chemischen Verbindung zwischen dem Material des Dichtelementes und dem zweiten Polymer, mit dem die porösen Platten durchtränkt sind. Folge davon ist eine sehr zuverlässige und langlebige Dichtwirkung, die auch starken Erschütterungen im mobilen Betrieb standhält.With The polymer and the second polymer are particularly advantageous Material. In this way, it comes to a chemical compound between the material of the sealing element and the second polymer, with which the porous plates imbued are. The result is a very reliable and durable sealing effect, the strong vibrations withstands mobile operation.

Günstig ist, wenn der Dichtspalt eine Breite von etwa 50 μm bis 4 mm aufweist und das elastische Dichtelement durch einen Werkstoff mit einer Shore-Härte von etwa 20 bis 100 Shore A gebildet wird.Cheap, if the sealing gap has a width of about 50 microns to 4 mm and the elastic sealing element by a material with a Shore hardness of about 20 to 100 Shore A is formed.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist besonders geeignet für einen elektrochemischen Energiewandler, der eine Brennstoffzelle oder mehrere als Stapel angeordnete Brennstoffzellen enthält. Im seltenen Fall, dass der Energiewandler durch eine Brennstoffzelle gebildet wird, ermöglicht die Erfindung, dass die Dichtungsanordnung die Platten der Brennstoffzelle nicht nur gasdicht abdichtet, sondern auch zusammenhält. Im weitaus wichtigeren Fall, bei dem der Energiewandler mehrere übereinander angeordnete, zu einer Serien- oder Parallelschaltung verschaltete Brennstoffzellen umfasst, ermöglicht die Erfindung das Zusammenfassen mehrerer Brennstoffzellen zu Modulen, was Wartung und Reparatur erleichtert.The sealing arrangement according to the invention is particularly suitable for an electrochemical energy converter which contains a fuel cell or a plurality of fuel cells arranged as a stack. In the rare case that the energy converter is formed by a fuel cell, the invention makes it possible that the sealing arrangement not only gas-tightly seals the plates of the fuel cell, but also holds them together. In a much more important case, where the energy converter comprises a plurality of stacked fuel cells connected in series or in parallel, the invention allows for combining multiple fuel cells into modules, resulting in maintenance and repair facilitated.

Für eine Serienfertigung mit geringen Herstellungskosten schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem:

a) der Randbereich von zwei porösen Platten mit einem ersten polymeren Dichtungsmaterial beschichtet oder teilimprägniert oder durchtränkt wird,
b) zwischen die beiden porösen Platten eine Ionenaustausch-Membran gelegt wird, um eine Membran-Elektroden-Einheit zu bilden,
c) eine Einheit gebildet wird, indem zwischen zwei Zell-Trennplatten die in b) gebildete Membran-Elektroden-Einheit gelegt wird,
d) diese Einheit oder mehrere dieser Einheiten in Form eines Stapels in die Kavität eines Spritzgußwerkzeugs eingelegt wird,
e) die eingelegte Einheit oder Einheiten in der Kavität stirnseitig mit einem Anpressdruck beaufschlagt werden, der so groß ist, dass das polymere Dichtungsmaterial einem Einspritzdruck mit einem zweiten polymeren Material standhält,
f) ein Verbund oder Verbünde gebildet werden, indem eine Schmelze eines zweiten polymeren Dichtungsmaterials in die Kavität des Spritzgußwerkzeugs eingespritzt wird,
g) Erstarren lassen der Schmelze,
h) Entformen und Entnahme des in f) gebildeten Verbundes oder der Verbünde von Brennstoffzellen,
i) erforderlichenfalls weiteres Ausheizen der Dichtungsanordnung.

For mass production with low production costs, the invention proposes a method in which:

a) the edge region of two porous plates is coated or partially impregnated or impregnated with a first polymeric sealing material,
b) placing an ion exchange membrane between the two porous plates to form a membrane-electrode assembly,
c) a unit is formed by placing the membrane-electrode unit formed in b) between two cell separator plates,
d) this unit or several of these units is placed in the form of a stack in the cavity of an injection mold,
e) the inserted unit or units in the cavity are subjected to an end pressure with a contact pressure which is so great that the polymeric sealing material withstands an injection pressure with a second polymeric material,
f) a composite or composites are formed by injecting a melt of a second polymeric sealing material into the cavity of the injection molding tool,
g) solidify the melt,
h) demolding and removal of the composite formed in f) or the fuel cell assemblies,
i) if necessary, further heating of the seal assembly.

Das Spritzgießen des polymeren Dichtungsmaterials ist für eine wirtschaftliche Fertigung von Brennstoffzellen von entscheidender Bedeutung. Das Vulkanisationswerkzeug ist konventionell entformbar und daher einfach aufgebaut. Die Herstellung und Anbringung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung erfolgt in einem Produktionsabschnitt. Ein Modul, gebildet aus Verbünden mehrerer Zellen, kann samt Kühlmitteldichtung in einem Spritzgießvorgang erzeugt werden.The injection molding of the polymeric sealing material is for economical production of fuel cells of vital importance. The vulcanization tool is conventionally demoldable and therefore simple in construction. The production and mounting the seal assembly according to the invention takes place in a production section. A module made up of networks of several cells, can complete with coolant seal in an injection molding process be generated.

Bei einer Gestaltung des Herstellungsverfahrens gemäß Anspruch 14 verkürzt sich die Verfahrenszeit, da nicht die porösen Platten, sondern eine Membran-Elektroden-Einheit mit dem ersten polymeren Dichtungsmaterial in einem Randbereich beschichtet oder teilimprägniert oder durchtränkt wird.at A design of the manufacturing method according to claim 14 is shortened the process time, as not the porous plates, but a membrane electrode assembly with the first polymeric sealing material in an edge region coated or partially impregnated or soaked becomes.

Das Beschichten mit polymerem Dichtungsmaterial erfolgt bevorzugt durch Siebdrucken, besonders bevorzugt durch Rotationssiebdrucken. Ganz besonders einfach kann das polymere Dichtungsmaterial durch Stempeldrucken aufgetragen werden. Das Durchtränken kann auf einfache Weise durch Tauchen oder durch Spritzgießen erfolgen.The Coating with polymeric sealing material is preferably carried out by Screen printing, more preferably by rotary screen printing. Most notably simply the polymeric sealing material can be stamped be applied. The soaking can be done easily by dipping or by injection molding.

Als Werkstoff sind für die Beschichtung oder für den Verbund FPM (Fluor-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Silikon, PTFE (Poly tetrafluorethylen), Epoxyd-Harz oder TPE (Thermoplastisches Elastomer) geeignet.When Material are for the coating or for the composite FPM (fluoro rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), silicone, PTFE (polytetrafluoroethylene), Epoxy resin or TPE (thermoplastic elastomer) suitable.

Eine sehr zuverlässige und sehr langlebige Dichtung lässt sich dadurch erzeugen, wenn die Werkstoffe für Beschichtung und Verbund eine chemische Verbindung eingehen. Dies ist dann der Fall, wenn derselbe Werkstoff verwendet wird.A very reliable and very durable seal leaves thereby generate when the materials for coating and bonding make a chemical connection. This is the case when the same material is used.

Kurzbeschreibung der ZeichnungSummary the drawing

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren Figuren verschiedene Ausführungsformen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt sind. Anhand dieser schematischen Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.to further explanation The invention is made to the drawings, in whose Figures different embodiments according to the invention are shown schematically. Based on these schematic drawings the invention will be closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Schnitt durch die Randzone einer Brennstoffzelle mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, 1 a section through the edge zone of a fuel cell with an embodiment of the seal assembly according to the invention,

2 die Randzone von mehreren in einem Stapel angeordneten Brennstoffzellen mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung. 2 the edge zone of a plurality of fuel cells arranged in a stack with a second embodiment of the seal assembly according to the invention.

Ausführung der ErfindungExecution of the invention

1 zeigt eine Randzone einer Brennstoffzelle mit einer Dichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das umlaufende Dichtelement 17 umschließt den aus Platten gebildeten Verbund 40 nach Art eines umlaufenden Dichtbandes 28. Der Verbund der Platten wird gebildet aus zwei außenliegenden Zell-Trennplatten 1, 4 mit einer dazwischengelegten Membran-Elektroden-Einheit 18. Diese besteht ihrerseits aus weiteren drei Platten, einer ersten porösen Platte 2, einer Ionen-Austausch-Membran 5 und einer zweiten porösen Platte 3. Die GDL-Platten 2, 3 sind gasdurchlässig für die in der Verteilerstruktur 13, 14 zugeführten Reaktionsgase. Die Verteilerstruktur 13 bzw. 14 ist in 1 schematisch als eine Ausnehmung an der zur Membran-Elektroden-Einheit 18 weisenden Oberfläche der Zell-Trennplatten 1 bzw. 4 dargestellt. Die Umfangsseitenfläche 8 der Ionenaustauschmembran ist gegenüber den Umfangsseitenflächen 7, 9 der porösen Platten 2, 3 zurückversetzt angeordnet. Alle drei Umfangsseitenflächen 7, 8, 9 springen gegenüber den Umfangsseitenflächen 6, 10 der Zell-Trennplatten 1, 4 zurück. Auf diese Weise entsteht ein Dichtspalt 19, der sich in einem Mittelbereich in einem zweiten Dichtspalt 21 fortsetzt. Das Dichtelement 17 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass eine umlaufende Dichtleiste 20 in den Dichtspalt ragt. In der bestimmungsgemäßen Verwendung der Brennstoffzelle werden die äußeren Zell-Trennplatten 1, 4 durch in 1 nicht dargestellte Endplatten und Verbindungsschrauben aneinander gepresst. Folge davon ist, dass die Dichtleiste 20 im Dichtspalt 19 durch die Pressflächen 29, 30 verpresst wird. Das Material des elastischen Dichtelements ist selbst gasundurchlässig und die Anpressung im Dichtspalt verhindert ein Entweichen der Reaktionsgase aus den Verteilerkanälen 13 bzw. 14 oder der porösen Platten 2, 3 in den umgebenden Außenraum 37. Der durch die versetzte Anordnung der Umfangsseitenflächen der Membran-Elektroden-Einheit 18 geschaffene zweite Dichtspalt 21 ist ebenfalls mit dem elastischen Material des Dichtelementes 17 augefüllt. Auch diese zweite Dichtleiste 31 erfährt eine plastische Verformung, da die Anpressung der äußeren Zell-Trennplatten sich auf die porösen Platten 2, 3 überträgt und diese Platten die Anpresskraft auf den zweiten Dichtspalt 21 übertragen. In Verbindung mit den imprägnierten Endbereichen 15 bzw. 16 der porösen Platten 2 bzw. 3 verhindert die Anpressung im zweiten Dichtspalt 21 ein Überströmen der Reaktionsgase zwischen Anode und Katode. Die Verformbarkeit der porösen Platten 2, 3 bestimmt im Wesentlichen die Weiterleitung der Anpresskräfte in den zweiten Dichtspalt 21. Die Imprägnierung ist in 1 durch Schraffur der Flächen 15, 16 gekennzeichnet. Die Gasdiffusionsschichten 2, 3 können aber auch an der jeweils zur Zell-Trennplatte liegenden Oberfläche mit einem polymeren Werkstoff durchtränkt oder beschichtet sein. Durch die beidseitige Beschichtung oder Durchtränkung der Endbereiche 35, 36 verbessert sich die Dichtwirkung in der Randzone. Auch die zur Zell-Trennplatte liegende Beschichtung bzw. die Durchtränkung ist in 1 durch die schraffierten Flächen 15' bzw. 16' gekennzeichnet. 1 shows a peripheral zone of a fuel cell with a sealing arrangement according to a first embodiment of the invention. The circumferential sealing element 17 encloses the composite formed of plates 40 in the manner of a circumferential sealing strip 28 , The composite of the plates is formed by two outer cell separator plates 1 . 4 with an interposed membrane-electrode assembly 18 , This in turn consists of another three plates, a first porous plate 2 , an ion exchange membrane 5 and a second porous plate 3 , The GDL plates 2 . 3 are gas permeable to those in the distribution structure 13 . 14 supplied reaction gases. The distribution structure 13 respectively. 14 is in 1 schematically as a recess on the to the membrane electrode assembly 18 facing surface of the cell separator plates 1 respectively. 4 shown. The peripheral side surface 8th the ion exchange membrane is opposite the peripheral side surfaces 7 . 9 the porous plates 2 . 3 set back. All three peripheral side surfaces 7 . 8th . 9 jump opposite the peripheral side surfaces 6 . 10 the cell separator plates 1 . 4 back. This creates a sealing gap 19 located in a central area in a second sealing gap 21 continues. The sealing element 17 is inventively designed so that a circumferential sealing strip 20 protrudes into the sealing gap. In the intended use of the fuel cell, the outer cell separator plates 1 . 4 through in 1 not shown end plates and connecting screws pressed together. The consequence of this is that the sealing strip 20 in the sealing gap 19 through the pressing surfaces 29 . 30 is pressed. The material of the elastic sealing element is itself gas-impermeable and the contact pressure in the sealing gap prevents escape of the reaction gases from the distribution channels 13 respectively. 14 or the porous plates 2 . 3 in the surrounding outdoor space 37 , The by the staggered arrangement of the peripheral side surfaces of the membrane-electrode assembly 18 created second sealing gap 21 is also with the elastic material of the sealing element 17 filled and drilled. Also this second sealing strip 31 undergoes a plastic deformation, since the contact pressure of the outer cell separator plates on the porous plates 2 . 3 transfers and these plates the contact pressure on the second sealing gap 21 transfer. In conjunction with the impregnated end areas 15 respectively. 16 the porous plates 2 respectively. 3 prevents the contact pressure in the second sealing gap 21 an overflow of reaction gases between the anode and cathode. The deformability of the porous plates 2 . 3 essentially determines the forwarding of the contact forces in the second sealing gap 21 , The impregnation is in 1 by hatching the surfaces 15 . 16 characterized. The gas diffusion layers 2 . 3 However, they can also be impregnated or coated with a polymeric material on the surface lying in each case on the cell separator plate. Due to the double-sided coating or impregnation of the end areas 35 . 36 improves the sealing effect in the edge zone. Also, the coating or the impregnation lying to the cell-separating plate is in 1 through the hatched areas 15 ' respectively. 16 ' characterized.

Insbesondere dann, wenn das elastische Dichtmaterial des Elementes 17 an den Umfangsseitenflächen 6, 10 und an den Pressflächen 29, 30 adhäsiv haftet und im Endbereich 35, 36 der porösen Platten 2, 3 eindringt, erhält man einen sehr dauerhaften und gasdichten Verbund der Platten der Brennstoffzelle. Durch die Dichtungsanordnung werden die Reaktanten nicht nur abgedichtet, sondern gleichzeitig der komplexe Zellenaufbau zusammengehalten. Da zusätzliche mechanische Klammern entfallen, verringern sich das Gewicht und die Kosten des Energiewandlers. Das klammerförmig ausgebildete Dichtelement ist in 1 einfach zu erkennen. Das elastische Dichtelement 17 umgreift die Randflächen 11 bzw. 26 der äußeren Zell-Trennplatten 1 bzw. 4. Der Klammerrand 23 unterscheidet sich vom Klammerrand 24 durch ein angeformtes Dichtprofil 25, wodurch bei einer Stapelung von Brennstoffzellen auf einfache Weise das an der Stirnfläche 12 der Zell-Trennplatte 1 vorbeigeführte Kühlmedium abgedichtet werden kann. Der untere Klammerrand 24 weist kein Dichtprofil auf, sondern ist als ebene Dichtfläche 27 ausgebildet. An dieser liegt dichtend das Dichtprofil 25 einer darunter angeordneten Einheit, was in 2 dargestellt ist.In particular, when the elastic sealing material of the element 17 on the peripheral side surfaces 6 . 10 and at the pressing surfaces 29 . 30 Adhesive sticks and in the end area 35 . 36 the porous plates 2 . 3 penetrates, you get a very durable and gas-tight composite of the plates of the fuel cell. The seal assembly not only seals the reactants but at the same time holds the complex cell assembly together. As additional mechanical clamps are eliminated, the weight and cost of the energy converter are reduced. The clamp-shaped sealing element is in 1 easy to recognize. The elastic sealing element 17 surrounds the edge surfaces 11 respectively. 26 the outer cell separator plates 1 respectively. 4 , The clip border 23 is different from the clip border 24 by a molded sealing profile 25 , which in a stacking of fuel cells in a simple way that at the end face 12 the cell separator plate 1 Passed by cooling medium can be sealed. The lower bracket edge 24 has no sealing profile, but is as a flat sealing surface 27 educated. At this sealing the sealing profile lies 25 a subordinate unit, what in 2 is shown.

In 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der mehrere Brennstoffzellen zu einem Stapel angeordnet sind. Der modulartige Aufbau des Energiewandlers ist in 2 sehr gut erkennbar. Das elastische Element 17 hält nicht nur den Verbund 40 von Platten einzelner Brennstoffzellen zusammen, sondern es werden modulartige Verbünde 40' gebildet, die das Dichtelement 17 zusammenhält. Wie in der Beschreibung der 1 bereits hervorgehoben, ist der Klammerrand 23 gegenüber dem Klammerrand 24 unterschiedlich ausgebildet. Das im Kühlmittelkanal 34 geführte Kühlmedium wird durch Anlage der Klammerränder 24, 23 gegenüber dem Außenraum 37 abgedichtet. Die Ausbildung und die Anordnung der Umfangsseitenflächen relativ zueinander der Zell-Trennplatten 1, 4, der porösen Platten 2, 3 sowie der Ionenaustauschmembran 8 entspricht der in 1. Zur besseren Übersichtlichkeit sind jedoch nicht alle Bezugszeichen in der Figur aufgeführt. Die Randbereiche 35 bzw. 36 der porösen Platten 2 bzw. 3 sind mit einem polymeren Dichtungsmaterial durchtränkt, was in 2 ebenfalls durch schraffierte Abschnitte angedeutet ist. Die Imprägnierung verhindert, dass das in den Poren der Platte 2 bzw. 3 geführte Reaktionsgas seitlich austritt. Zwischen den jeweiligen Pressflächen 29 und 30 wird dadurch nicht nur das elastische Dichtungsmaterial im Dichtspalt verpresst, sondern auch die mit Polymer durchtränkten Endbereiche 35, 36. Die Wirksamkeit der Dichtungsanordnung wird dadurch weiter verbessert.In 2 a second preferred embodiment of the invention is shown in which a plurality of fuel cells are arranged in a stack. The modular structure of the energy converter is in 2 very recognizable. The elastic element 17 not only keeps the bond 40 of plates of individual fuel cells together, but it will be modular composites 40 ' formed, which is the sealing element 17 holds together. As in the description of 1 already highlighted, is the clip border 23 opposite the clip edge 24 designed differently. The in the coolant channel 34 guided cooling medium is by conditioning the clamp edges 24 . 23 opposite the outside space 37 sealed. The formation and arrangement of the peripheral side surfaces relative to each other of the cell separator plates 1 . 4 , the porous plates 2 . 3 and the ion exchange membrane 8th corresponds to the in 1 , For clarity, however, not all reference numerals are listed in the figure. The border areas 35 respectively. 36 the porous plates 2 respectively. 3 are impregnated with a polymeric sealing material, which in 2 also indicated by hatched sections. The impregnation prevents that in the pores of the plate 2 respectively. 3 Guided reaction gas exits sideways. Between the respective pressing surfaces 29 and 30 This not only compresses the elastic sealing material in the sealing gap, but also the polymer-impregnated end regions 35 . 36 , The effectiveness of the sealing arrangement is thereby further improved.

Der Übersichtlichkeit wegen sind weder in 1 noch in 2 Katalysatorschichten eingezeichnet, welche an der zur Polymer-Elektrolyt-Membran liegenden Oberfläche der Gasdiffusionsschicht 2 bzw. 3 angeordnet sind. Auch Endplatten und Verbindungsschrauben, die den Stapel bzw. die Brennstoffzelle zusammenhalten, sind in den Figuren nicht gezeigt.For clarity, neither in 1 still in 2 Plotted catalyst layers, which at the surface lying opposite the polymer electrolyte membrane of the gas diffusion layer 2 or 3 are arranged. End plates and connecting screws which hold the stack or fuel cell together are not shown in the figures.

Die Herstellung eines Dichtelements 17, das, wie in 2 gezeigt, Verbünde 40 von Brennstoffzellen zusammenfasst, kann vorteilhaft in Spritzgußtechnik hergestellt werden. Die Erfindung ermöglicht es, dass das elastische Dichtelement 17 in einem Arbeitsschritt hergestellt und angebracht wird. Dabei wird im Dichtspalt die Membran-Elektroden-Einheit 18 gasdicht abgedichtet und gleichzeitig ein Klammerrand 23 bzw. 24 ausgebildet, welcher das Modul 40' zusammenhält und durch ein Dichtprofil 25 das Austreten des Kühlmediums in den Außenraum 37 verhindert. Damit steht der Serienproduktion ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zur Verfügung.The production of a sealing element 17 that, as in 2 shown, networks 40 summarized by fuel cells can be advantageously prepared by injection molding. The invention makes it possible that the elastic sealing element 17 manufactured and installed in one step. In this case, in the sealing gap, the membrane-electrode unit 18 sealed gas-tight and at the same time a clip edge 23 respectively. 24 formed, which is the module 40 ' holds together and through a sealing profile 25 the escape of the cooling medium in the outer space 37 prevented. Thus, the series production is a simple and inexpensive manufacturing process available.

Claims

Sealing arrangement for fuel cells, comprising - at least one composite ( 40 ) formed from two cell separating plates ( 1 . 4 ; BPP) with an interposed, deformable membrane-electrode unit ( 18 ; MEA), consisting of two porous, gas-permeable plates or layers ( 2 . 3 ; GDL) and an interposed ion exchange membrane ( 5 ; PEM), the side surfaces ( 7 . 8th . 9 ) of the membrane-electrode assembly with respect to the side surfaces ( 6 . 10 ) of the cell separator plates back to a sealing gap ( 19 ), and - an elastic sealing element ( 17 ), which the composite in the manner of a circumferential sealing strip ( 28 ), characterized in that - the sealing element ( 17 ) a circumferential sealing strip ( 20 ), which in the sealing gap ( 19 ) protrudes to form by compression between the cell separator plates ( 1 . 4 ; BPP) the sealing gap ( 19 ) gas-tight, and - that the side surface ( 8th ) of the ion exchange membrane ( 5 ) opposite the side surfaces ( 7 . 9 ) of the porous plates ( 2 . 3 ) jumps back.

Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the porous, gas-permeable plates ( 2 . 3 ) in each case in an end region ( 35 . 36 ) with a polymer on one side ( 15, 16 ) or two-sided ( 15, 15 '16, 16' ) impregnated and / or coated ( 1 ) are.

Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the porous plates ( 2 . 3 ) in an end region ( 35 . 36 ) are completely saturated by a polymer.

Sealing arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the polymer in the end regions ( 35 . 36 ) of the porous plates ( 2 . 3 ) is formed by silicone or FPM (fluoro rubber) or epoxy resin or PTFE (polytetrafluoroethylene).

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sealing strip ( 28 ) and the sealing strip ( 20 ) As an injection molded part in one piece and of the same material are also formed from a polymer and the sealing strip ( 20 ) the sealing gap ( 19 ) completely.

Sealing arrangement according to claim 5, characterized in that the polymer of the sealing element ( 17 ) of an elastomer, particularly preferably of an EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), FPM (fluoro rubber), TPE (thermoplastic elastomer) or of silicone or of a plastic, very particularly preferably of epoxy resin.

Sealing arrangement according to one of claims 2 to 4 and 5 or 6, characterized in that the polymer in the end regions ( 35 . 36 ) of the porous plates ( 2 . 3 ) and the polymer of the sealing element ( 17 ) is the same material.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the side surface ( 8th ) of the ion exchange membrane ( 5 ) opposite the side surfaces ( 7 . 9 ) of the porous plates ( 2 . 3 ) and a second sealing gap ( 21 ), in which a second sealing strip ( 31 ) protrudes, by pressing between the porous plates, the second sealing gap ( 21 ) gas-tight.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sealing element ( 17 ) with the side surfaces ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 ) and the pressing surfaces ( 29 . 30 ) is firmly adhered to seal and hold together the composite.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the sealing element ( 17 ) over an outer edge ( 11 ) of an end face ( 12 ) an outer cell separator plate ( 1 ) and an outer edge ( 26 ) of an end face ( 22 ) an outer cell separator plate ( 4 ) to hold the composite or composites together in a clamp shape.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the sealing element ( 17 ) in the region of a first clip edge ( 23 ) with a circumferential sealing profile ( 25 ) and in the area of a second bracket edge ( 24 ) as a flat surface ( 27 ) is trained.

Sealing arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the sealing gap ( 19 ) has a width of about 50 microns to 4 mm and the elastic sealing element ( 17 ) is formed by a material having a Shore hardness of about 20 to 100 Shore A.

Electrochemical energy converter containing a Fuel cell or more stacked fuel cells with a seal arrangement according to one of claims 1 to 12th