CN116529920A - 用于制造隔膜电极组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造用于作为燃料电池堆叠(1)的燃料电池单元(1)的隔膜电极组件(6)的方法，所述方法具有以下步骤：提供各一个质子交换器膜(5)，提供各一个第一子衬垫(53)作为密封层(41)，提供各一个第二子衬垫(54)作为密封层(41)，将各一个质子交换器膜(5)布置在各第一子衬垫与各第二子衬垫(53，54)之间，将各一个质子交换器膜(5)与各第一子衬垫和/或各第二子衬垫(53，54)连接，使得各一个质子交换器膜(5)的各一个层状的内部区域(38)被作为密封层(41)的各一个第一和第二子衬垫(53，54)包围，其中，提供所述质子交换器膜(5)、所述第一子衬垫(53)和所述第二子衬垫(54)，其方式是：将所述质子交换器膜、所述第一子衬垫和所述第二子衬垫作为质子交换器膜带(65)、第一子衬垫带(63)和第二子衬垫带(64)从存放装置(58，59，60)取出，并且在所述第一子衬垫(53)作为第一子衬垫带(63)和所述第二子衬垫(54)作为第二子衬垫带(64)的状态下实施，将所述质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫(53，54)之间，并且将所述质子交换器膜(5)与所述第一和/或第二子衬垫(53，54)连接，使得在所述布置和连接期间，将所述第一子衬垫(53)以相互连接的方式布置在所述第一子衬垫带(63)上，并且将所述第二子衬垫(54)以相互连接的方式布置在所述第二子衬垫带(64)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造隔膜电极组件的方法、一种根据权利要求14前序部分所述的燃料电池单元和一种根据权利要求15前序部分所述的用于制造燃料电池单元的方法。
背景技术
燃料电池单元作为原电池借助在阳极和阴极上的氧化还原反应连续地将所供应的燃料和氧化剂转化为电能和水。燃料电池用于各种不同的固定和移动应用，例如应用于没有连接到电网上的房屋中或应用于机动车、轨道交通、航空、航天和航海中。在燃料电池单元中，多个燃料电池彼此上下相叠地布置在堆叠中作为堆跺(Stack)。
在由层状部件，尤其隔膜电极组件、气体扩散层和双极板制造燃料电池单元时，将这些部件堆叠成燃料电池，并且将所述燃料电池堆叠成燃料电池单元。隔膜电极组件包括层状的质子交换器膜，所述质子交换器膜具有层状的阳极和层状的阴极以及优选地在阳极和阴极上的各层状的催化剂层。
隔膜电极组件的层状的内部区域由具有阳极和阴极且优选具有催化剂层的质子交换器膜形成，并且这些阳极和阴极和催化剂层被作为密封层的各第一和第二子衬垫(Subgasket)包围。在第一和第二子衬垫中，构造有用于具有阳极和阴极的质子交换器膜的开口，并且还构造有用于过程流体燃料、氧化剂和作为冷却流体的冷却剂的流体开口。为了制造隔膜电极组件，从原料切下第一子衬垫，从原料切下第二子衬垫并且从原料切下由质子交换器膜、阳极和阴极以及催化剂层组成的CCM(coated catalyst membran，涂覆催化剂膜)。在第一和第二子衬垫中，能够单个地加工入所述流体开口和所述开口。这些切下的层必须准确地彼此上下堆叠，这也必须进行测量，随后在温度为70℃至150℃之间和在压力机之间的压制力为10kN至500kN之间的情况下将三个层胶合。在可以开始压制之前，必须针对每个过程耗时地打开、清空和重新填充这些压力机，并且随后可以在打开之后取出隔膜电极组件，即进行隔膜电极组件的不连续的制造。隔膜电极组件可以在冷却之后仅堆叠成一个堆叠，用于存放和/或运输。由于小的层厚度难以在隔膜电极组件损坏的高风险的情况下从该堆叠中取出单个隔膜电极组件。
发明内容
本发明的优点：
根据本发明的用于制造用于作为燃料电池堆叠的燃料电池单元的隔膜电极组件的方法，具有以下步骤：提供各一个质子交换器膜，提供各一个第一子衬垫作为密封层，提供各一个第二子衬垫作为密封层，将各一个质子交换器膜布置在各第一子衬垫与各第二子衬垫之间，将各一个质子交换器膜与各第一子衬垫和/或各第二子衬垫连接，使得各一个质子交换器膜的各一个层状的内部区域被作为密封层的各一个第一和第二子衬垫包围，其中，提供质子交换器膜、第一子衬垫和第二子衬垫，其方式是：将所述质子交换器膜、所述第一子衬垫和所述第二子衬垫作为质子交换器膜带、第一子衬垫带和第二子衬垫带从存放装置取出，并且在第一子衬垫作为第一子衬垫带和第二子衬垫作为第二子衬垫带的状态下实施，将质子交换器膜布置在第一和第二子衬垫之间，并且将质子交换器膜与第一和/或第二子衬垫连接，使得在布置和连接期间，将第一子衬垫以相互连接的方式布置在第一子衬垫带上，并且将第二子衬垫以相互连接的方式布置在第二子衬垫带上。
在另一构型中，将第一子衬垫从第一存放装置、尤其第一卷筒作为第一子衬垫带取出、尤其展开，将第二子衬垫从第二存放装置、尤其第二卷筒作为第二子衬垫带取出、尤其展开，并且将质子交换器膜从第三存放装置、尤其第三卷筒作为质子交换器膜带取出、尤其展开。在存放装置中，这些带例如在卷筒的情况下卷绕，或在容器作为存放装置的情况下曲折地彼此堆叠。
在一个补充构型中，在连续的方法中实施：将质子交换器膜、第一子衬垫和第二子衬垫从存放装置、尤其卷筒取出、尤其展开，将质子交换器膜布置在第一和第二子衬垫之间，并且将质子交换器膜与第一和/或第二子衬垫连接。
在一个附加的变型中，同时实施：将质子交换器膜、第一子衬垫和第二子衬垫从存放装置、尤其卷筒取出、尤其展开，将质子交换器膜布置在第一与第二子衬垫之间，并且将质子交换器膜与第一和/或第二子衬垫连接。
在另一实施方式中，在将第一子衬垫从第一存放装置、尤其第一卷筒取出、尤其展开之后，将用于过程流体的流体开口、尤其流体开口区域中的六个流体开口加工入作为第一子衬垫带的第一子衬垫中，并且在将第二子衬垫从第二存放装置、尤其第二卷筒取出、尤其展开之后，将用于过程流体的流体开口、尤其流体开口区域中的六个流体开口加工入作为第二子衬垫带的第二子衬垫中。符合目的地，在存放装置中在第一和/或第二子衬垫带中构造有流体开口和/或开口，使得不再需要加工入流体开口和/或开口。符合目的地，借助分离装置、尤其压制辊实施流体开口和/或开口和/或穿孔部的加工入。
在一个附加的构型中，在将质子交换器膜布置在第一与第二子衬垫之间并且优选地将质子交换器膜与第一和/或第二子衬垫连接之前或者之后实施，将流体开口加工入作为第一和第二子衬垫带的第一和第二子衬垫中。
在另一变型中，在将流体开口加工入第一和第二子衬垫中之后，使作为第一和第二子衬垫带的第一和第二子衬垫以如下方式彼此相叠地布置，使得各第一和第二子衬垫的流体开口对齐。
在一个附加的实施方式中，在将第一子衬垫从第一存放装置、尤其第一卷筒取出、尤其展开之后，将用于质子交换器膜的各一个开口的穿孔部在各一个条带区域中加工入作为第一子衬垫带的第一子衬垫中，并且在将第二子衬垫从第二存放装置、尤其第二卷筒取出、尤其展开之后，将用于质子交换器膜的各一个开口的穿孔部在各一个条带区域中加工入作为第二子衬垫带的第二子衬垫中。符合目的地，所述穿孔部借助分离装置、尤其压制辊加工入。因此，直至移除第一和第二子衬垫的在穿孔部内的部分为止，该制造方法可以在一个过程中从过程辊至过程辊地实施，因为具有阳极和阴极的质子交换器膜当在过程辊上转向时受第一和第二子衬垫保护。过程辊例如是胶合辊和/或压制辊和/或转向辊。在该方法期间布置在下方的第一子衬垫带也形成在该方法期间用于带的支承件。
在一个补充构型中，流体开口和用于开口的穿孔部被分离装置、尤其压制辊连续地加工入作为第一和第二子衬垫带的第一和第二子衬垫中。
在另一变型中，在将质子交换器膜布置在作为第一和第二子衬垫带的第一与第二子衬垫之间之前，质子交换器膜从用于各一个隔膜电极组件的质子交换器膜带切下该质子交换器膜带的各一个区段作为用于各一个隔膜电极组件的各一个质子交换器膜，并且随后实施，将作为各一个切下的区段的各一个质子交换器膜布置在第一和第二子衬垫带之间。
在另一变型中，在第一和第二子衬垫带沿纵向方向在质子交换器膜之间的子区域上不布置质子交换器膜。优选地，所述子区域由隔膜电极组件的流体开口区域形成。
在一个附加的构型中，分开的区段作为质子交换器膜在布置在作为第一和第二子衬垫带的第一和第二子衬垫之间之前尤其借助胶合辊材料锁合地固定在第一或第二子衬垫带上。
在另一变型中，在将质子交换器膜布置在作为第一和第二子衬垫带的第一与第二子衬垫之间并且将质子交换器膜与作为第一和第二子衬垫带的第一和/或第二子衬垫连接之后，将第一和第二子衬垫带分开，使得制造单个分离的隔膜电极组件。优选地，借助分离装置、尤其第四分离装置，例如分离辊实施所述分开。
根据本发明的作为燃料电池堆叠的、用于以电化学的方式产生电能的燃料电池单元包括堆叠地布置的燃料电池，所述燃料电池分别包括质子交换器膜、阳极、阴极、双极板和气体扩散层，其中，质子交换器膜、阳极和阴极与第一和第二子衬垫形成隔膜电极组件，其中，隔膜电极组件借助在本专利申请中所描述的方法制造，和/或第一和第二子衬垫上的边缘在用于质子交换器膜的开口处在具有穿孔部的子区域中借助冲压制造为冲压的边缘子区域，并且在穿孔部外的其它子区域上构造为断开的边缘子区域，和/或在隔膜电极组件上在第一和第二子衬垫与质子交换器膜之间的重叠区域上不构造催化剂层和/或不构造阳极和/或不构造阴极，尤其，隔膜电极组件借助根据图12中的机器系统的方法制造，其中，当阴极和阳极在该方法期间借助涂覆施加到质子交换器膜上并且不存在于存放装置中的质子交换器膜带上时，在重叠区域上不存在阴极和阳极。
根据本发明的用于制造作为燃料电池堆叠的、用于以电化学的方式产生电能的燃料电池单元的方法具有以下步骤：提供燃料电池的部件，即隔膜电极组件、气体扩散层和双极板，其中，隔膜电极组件包括具有质子交换器膜、阳极和阴极的各一个层状的内部区域和作为第一和第二子衬垫的各两个密封层，质子交换器膜布置在阳极与阴极之间，包围内部区域的层状的密封层构造为第一和第二子衬垫，将燃料电池的部件堆叠，使得形成燃料电池和一个燃料电池单元，其中，提供隔膜电极组件，其方式是：实施在本专利申请中所描述的方法。
在另一构型中，在第一和/或第二子衬垫带的内侧上布置或施加粘合剂涂层。借助该粘合剂涂层在至少一个用于连接的装置、例如胶合辊中在70°至150℃之间的高温下进行第一和第二子衬垫带的相互连接以及第一和/或第二子衬垫带与质子交换器膜的连接。
优选地，在存放装置中的第一和/或第二子衬垫带的内侧上不布置粘合剂涂层，借助涂覆装置、尤其喷涂装置在该方法期间将粘合剂涂层施加到第一和/或第二子衬垫带的内侧上。因此，可以以有利的方式将粘合剂涂层仅施加在第一和/或第二子衬垫带的内侧的需要的区域上，即例如不施加在穿孔部内的内侧上。
在另一构型中，第一和/或第二子衬垫带包括质子交换器膜和阳极和阴极，并且优选地包括阳极和阴极上的两个催化剂层作为CCM(coated catalyst membran，涂覆催化剂膜)。
在另一实施方式中，借助用于施加催化剂层的装置、尤其喷涂装置将所述两个催化剂层施加到阳极和/或阴极和/或质子交换器膜上。因此，可以节省用于催化剂层的材料，因为在第一和/或第二子衬垫之间在重叠区域上不存在催化剂层，如在该方法的一个实施方式中，其中催化剂层已经在存放装置中的质子交换器膜带上完全构造在一侧或两侧上。在此，在涂覆以两个催化剂层期间，质子交换器膜在第一和第二子衬垫带之间布置且固定在重叠区域上，使得优选地，质子交换器膜的膨胀在涂覆期间导致基本上不发生质子交换器膜的波纹形成。
优选地，移除在第一和/或第二子衬垫带上施加的催化剂层，尤其借助刷子和/或振动和/或激光方法和/或刮除和/或压缩空气，并且优选地，将移除的催化剂层再次使用，用于以后涂覆以催化剂层。这可能是必要的，因为催化剂层不能够以足够高的制造精度仅施加到开口内的质子交换器膜上。
在另一实施方式中，将两个催化剂层和阳极和阴极，尤其作为第一和第二混合层或作为分开的层，借助用于施加催化剂层、阳极和阴极的装置、尤其喷涂装置施加到质子交换器膜上。因此，可以节省用于催化剂层、阳极和阴极的材料，因为在第一和/或第二子衬垫之间在重叠区域上不存在催化剂层、不存在阳极且不存在阴极，如在该方法的一个实施方式中，其中催化剂层、阳极和阴极已经在存放装置中的质子交换器膜带上完全构造在一侧或两侧上。混合层构造为具有阳极或阴极的催化剂层。
优选地，移除在第一和/或第二子衬垫带上施加的催化剂层、阳极和阴极，尤其借助刷子和/或振动和/或激光方法和/或刮除和/或压缩空气，并且优选地，将移除的催化剂层、阳极和阴极再次使用，用于以后涂覆以催化剂层、阳极和阴极。这可能是必要的，因为催化剂层、阳极和阴极不能够以足够高的制造精度仅施加到开口内的质子交换器膜上。
在另一变型中，在第一和第二子衬垫带与质子交换器膜的重叠区域上在第一和第二子衬垫带之间不布置催化剂层和/或阳极和/或阴极。
在另一构型中，借助第一和/或第二干燥装置实施所施加的催化剂层和/或阳极和/或阴极的干燥。
符合目的地，具有第一和第二子衬垫带和质子交换器膜的带被过程辊转向和/或加工和/或改变。
优选地，涂覆，尤其涂覆以用于粘合剂层的粘合剂和/或涂覆以用于催化剂层的催化剂材料和/或涂覆以用于阳极层或阳极的阳极材料和/或涂覆以用于阴极层或阴极的阴极材料，借助喷嘴和/或隙缝喷嘴尤其间歇地实施，和/或借助模板印刷和/或借助丝网印刷实施。
在另一变型中，在各一个隔膜电极组件上，阴极和阳极在所述开口中具有相同的或不同的尺寸和/或面积。
在另一构型中，催化剂涂层形成阳极和阴极，或阳极和阴极是补充催化剂涂层的附加涂层。
在另一构型中，借助至少一个摄像机和具有图像处理软件的控制和/或调节单元检测质子交换器膜和/或第一和第二子衬垫带和/或第一和/或第二子衬垫的位置，并且根据该位置控制和/或调节所述方法，尤其用于准确的定位。
符合目的地，带状的隔膜电极组件存放在存放装置、尤其存放卷筒中，而不移除第一和第二子衬垫在穿孔部内的部分，使得质子交换器膜被第一和第二子衬垫保护。
在另一变型中，在第一和第二子衬垫作为第一和第二子衬垫带的状态下，借助胶合辊连续地实施质子交换器膜与各第一子衬垫和各第二子衬垫的连接。
在一个补充的实施方式中，将第一气体扩散层从第四存放装置、尤其第四卷筒取出、尤其展开为第一气体扩散层带，将第二气体扩散层从第五存放装置、尤其第五卷筒取出、尤其展开为第二气体扩散层带，并且将从第一气体扩散层带分开的第一气体扩散层固定在作为第一子衬垫带的第一子衬垫上，将从第二气体扩散层带分开的第二气体扩散层固定在作为第二子衬垫带的第二子衬垫上，使得制造具有各一个第一和第二气体扩散层的隔膜电极组件。因此，可以在连续的方法中制造具有第一和第二气体扩散层的隔膜电极组件。
符合目的地，在存放、尤其卷绕在存放装置、尤其存放卷筒中之前，在以后需要断开的位置处将穿孔部加工入带中。因此，在从存放卷筒展开之后，能够简单地最终制造隔膜电极组件，其方式是：断开穿孔部。
优选地，带存放、尤其卷绕在存放装置、尤其存放卷筒中。带至少包括第一和第二子衬垫带和布置在它们之间的质子交换器膜，所述质子交换器膜具有阳极和阴极并且优选具有催化剂层。
在另一变型中，密封层作为材料包括热塑性塑料、尤其聚萘二甲酸乙二醇酯。
在另一变型中，具有第一和第二子衬垫的密封层以在质子交换器膜的外边缘上完全环绕的方式包围作为内部区域的质子交换器膜。
在另一构型中，连续地和/或同时实施用于制造隔膜电极组件的方法步骤、尤其是全部方法步骤。
根据本发明的尤其用于机动车的燃料电池系统包括作为具有燃料电池的燃料电池堆叠的燃料电池单元、用于储存气态燃料的压缩气体储存器、用于将气态氧化剂输送至燃料电池阴极的气体输送装置，其中，燃料电池单元构造为在本专利申请中所描述的燃料电池单元。
优选地，隔膜电极组件包括至少一个催化剂层、尤其两个催化剂层。
在另一变型中，用于质子交换器膜和/或第一子衬垫和/或第二子衬垫的存放装置是用于制造质子交换器膜和/或第一子衬垫和/或第二子衬垫的装置。因此可以提供质子交换器膜和/或第一子衬垫和/或第二子衬垫，其方式是：与制造隔膜电极组件同时地，在作为用于制造的装置的存放装置中制造所述质子交换器膜和/或第一子衬垫和/或第二子衬垫。
在另一构型中，至少一个催化剂层是阳极和/或阴极上的单独的层，或至少一个催化剂层集成到阳极和/或阴极中，其方式尤其是：阳极和/或阴极包括催化剂材料。
在一个补充构型中，燃料电池单元包括至少一个供应通道，用于将燃料供入到燃料电池中，尤其，至少一个供应通道部分地由隔膜电极组件的第一和第二子衬垫的流体开口区域中的流体开口构成。
在一个补充变型中，燃料电池的部件和/或燃料电池单元的燃料电池对齐地堆叠、尤其上下相叠地布置。
在另一构型中，燃料电池单元包括壳体并且优选包括支承板。优选地，壳体和优选支承板限界一内部空间。尤其，在该内部空间内布置有燃料电池堆叠。
在另一变型中，燃料电池单元包括至少一个连接装置、尤其多个连接装置和夹紧元件。
符合目的地，用于燃料电池的部件是隔膜电极组件、质子交换器膜、阳极、阴极、气体扩散层和双极板。
在另一实施方式中，连接装置构造为栓和/或杆状地构造和/或构造为夹紧带(Spanngurt)。
符合目的地，夹紧元件构造为夹紧板。
在另一变型中，气体输送装置构造为鼓风机和/或压缩机和/或具有氧化剂的压力容器。
尤其，燃料电池单元包括至少3、4、5或6个连接装置。
在另一构型中，夹紧元件板状和/或片状和/或平面地构造和/或构造为格栅。
优选地，燃料是氢气、富含氢的气体、改良气或天然气。
符合目的地，燃料电池基本上平面和/或片状地构造。
在一个补充的变型中，氧化剂是含氧的空气或是纯氧。
优选地，燃料电池单元是具有PEM燃料电池的PEM燃料电池单元。
附图说明
下面参考附图详细地说明本发明的实施例。附图示出了：
图1：具有燃料电池的部件的燃料电池系统的极其简化的分解视图，
图2：燃料电池的一部分的立体视图，
图3：燃料电池的纵截面，
图4：作为燃料电池堆叠、即燃料电池堆跺的燃料电池单元的立体视图，
图5：根据图4的燃料电池单元的截面，
图6：燃料电池单元的隔膜电极组件的立体视图，
图7：隔膜电极组件的根据图6的纵截面A-A，
图8：在第一实施例中的用于执行用于制造隔膜电极组件的方法的机器系统的极其示意性的视图，
图9：在第二实施例中的用于执行用于制造隔膜电极组件的方法的机器系统的极其示意性的视图，
图10：在第三实施例中的用于执行用于制造隔膜电极组件的方法的机器系统的极其示意性的视图，
图11：在第四实施例中的用于执行用于制造隔膜电极组件的方法的机器系统的极其示意性的视图，
图12：在第五实施例中的用于执行用于制造隔膜电极组件的方法的机器系统的极其示意性的视图。
具体实施方式
在图1至3中示出作为PEM燃料电池3(聚合物电解质燃料电池3)的燃料电池2的基本结构。燃料电池2的原理在于，借助电化学反应产生电能或电流。氢气H2作为气态燃料被引导到阳极7上，并且阳极7构成负极。气态氧化剂，即含氧的空气被引导到阴极8上，即空气中的氧气提供必要的气态氧化剂。在阴极8上发生还原(电子吸收)。在阳极7上实施氧化作为电子输出。
电化学过程的氧化还原方程式是：
阴极：
O2+4H++4e---》2H2O
阳极：
2H2--》4H++4e-
阴极和阳极的总反应方程式：
2H2+O2--》2H2O
在标准条件下电极对的标准电势差作为未负载的燃料电池2的可逆的燃料电池电压或空载电压为1.23V。在实际中达不到该1.23V的理论电压。在静止状态下和在小电流的情况下能够达到超过1.0V的电压，在以较大电流运行时达到0.5V至1.0V之间的电压。多个燃料电池2的串联，尤其作为多个上下相叠地布置的燃料电池2的燃料电池堆叠1的燃料电池单元1，具有较高的电压，该电压相应于燃料电池2的数量乘以各一个燃料电池2的单个电压。
此外，燃料电池2包括布置在阳极7和阴极8之间的质子交换器膜5(ProtonExchange Membrane，PEM)。阳极7和阴极8层状或片状地构造。PEM 5用作用于反应气体的电解质、催化剂载体和分离器。此外，PEM 5用作电绝缘体并且防止阳极7和阴极8之间的电短路。通常，使用12μm至150μm厚的、由全氟化和磺化的聚合物构成的传导质子的箔。PEM 5传导质子H+并且基本上阻挡与质子H+不同的其它离子，使得由于PEM 5对于质子H+的可透过性而能够实现电荷迁移。PEM 5对于反应气体氧气O2和氢气H2基本上是不可透过的，即PEM 5阻挡氧气O2和氢气H2在阳极7上的具有燃料即氢气H2的气体室31与在阴极8上的具有作为氧化剂的空气或氧气O2的气体室32之间的流动。PEM 5的质子传导性随着温度升高和水含量增加而提高。
电极7、8作为阳极7和阴极8位于PEM 5的分别面向气体室31、32的两侧上。由PEM 5和阳极7以及阴极8组成的单元称为隔膜电极组件6(Membran Electrode Assembly，MEA)。电极7、8与PEM 5被压紧。电极6、7是含铂的碳颗粒，该碳颗粒结合在PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(氟化乙烯-丙烯共聚物)、PFA(全氟烷氧基)、PVDF(聚偏二氟乙烯)和/或PVA(聚乙烯醇)上并且热压制在微孔的碳纤维垫、玻璃纤维垫或塑料垫中。通常，在电极7、8上，在朝向气体室31、32的一侧上分别施加催化剂层30。在阳极7上的具有燃料的气体室31上的催化剂层30包括石墨化碳黑颗粒上的纳米分散的铂-钌，所述石墨化碳黑颗粒结合在粘结剂上。在阴极8上的具有氧化剂的气体室32上的催化剂层30类似地包括纳米分散的铂。例如PTFE乳化液或聚乙烯醇用作粘结剂。
气体扩散层9(Gas Diffusion Layer，GDL)位于阳极7和阴极8上。阳极7上的气体扩散层9将来自用于燃料的通道12的燃料均匀分布到阳极7上的催化剂层30上。阴极8上的气体扩散层9将来自用于氧化剂的通道13的氧化剂均匀分布到阴极8上的催化剂层30上。此外，GDL 9沿与反应气体的流动方向相反的方向、即沿从各催化剂层30至通道12、13的方向吸出反应水。此外，GDL 9保持PEM 5湿润并且传导电流。GDL 9例如由疏水性的碳纸和结合的碳粉层构建。
双极板10位于GDL 9上。能导电的双极板10用作集电器，用于导出水并且用于引导反应气体通过通道结构29和/或流场29并且用于导出尤其在放热的电化学反应时在阴极8上出现的废热。为了导出废热，用于将液态或气态的冷却剂引导通过的通道14加工入双极板10中。在用于燃料的气体室31上的通道结构29由通道12形成。在用于氧化剂的气体室32上的通道结构29由通道13形成。例如金属、能导电的塑料和复合材料或石墨用作用于双极板10的材料。因此，双极板10包括由通道12、13和14形成的三个通道结构29，用于分开地引导燃料、氧化剂和冷却剂通过。
多个燃料电池2以对齐地堆叠的方式布置在燃料电池单元1和/或燃料电池堆叠1和/或燃料电池堆跺1中(图4和图5)。在图1中示出两个堆叠地布置的燃料电池2的分解视图。密封件11以流体密封的方式密封气体室31、32。氢气H2作为燃料以例如350bar至700bar的压力储存在压缩气体储存器21(图1)中。燃料从压缩气体储存器21通过高压管路18被引导至减压器20，用于将中压管路17中的燃料的压力减小约10bar至20bar。燃料从中压管路17被引导至喷射器19。在喷射器19上，燃料的压力降低到1bar至3bar之间的吹入压力。燃料从喷射器19供应给用于燃料的供应管路16(图1)并且从供应管路16供应给用于燃料的通道12，该通道形成用于燃料的通道结构29。燃料由此流过用于燃料的气体室31。用于燃料的气体室31由通道12和阳极7上的GDL 9形成。在流过通道12之后，在阳极7上的氧化还原反应中未消耗的燃料和可能来自阳极7的受控加湿的水通过排出管路15从燃料电池2中导出。
例如构造为鼓风机23或压缩机24的气体输送装置22将来自周围环境的空气作为氧化剂输送到用于氧化剂的供应管路25中。空气从供应管路25供应给用于氧化剂的通道13，该通道形成双极板10上的用于氧化剂的通道结构29，使得氧化剂流过用于氧化剂的气体室32。用于氧化剂的气体室32由通道13和阴极8上的GDL 9形成。在流过用于氧化剂32的通道13或气体室32之后，在阴极8上未消耗的氧化剂和在阴极8上由于电化学氧化还原反应形成的反应水通过排出管路26从燃料电池2中导出。供应管路27用于将冷却剂供应到用于冷却剂的通道14中，并且排出管路28用于导出引导通过通道14的冷却剂。为了简单起见，供应管路和排出管路15、16、25、26、27、28在图1中作为单独的管路示出，并且在结构设计上实际上在通道12、13、14附近的端部区域处构造为在彼此叠置的隔膜电极组件6(图6和图7)的端部区域处的密封层41上的对齐的流体开口42。类似地，在双极板10的板状延长部(未示出)上也构造有流体开口(未示出)，双极板10的板状延长部中的流体开口与隔膜电极组件6的流体开口42和密封层41对齐，用于部分地形成供应管路和排出管路15、16、25、26、27、28。燃料电池堆跺1与压缩气体储存器21和气体输送装置22一起构成燃料电池系统4。
在燃料电池单元1中，燃料电池2布置在作为夹紧板34的两个夹紧元件33之间。上方的夹紧板35放置在最上方的燃料电池2上，而下方的夹紧板36放置在最下方的燃料电池2上。燃料电池单元1包括约200至400个燃料电池2，这些燃料电池出于制图的原因未全部在图4中示出。夹紧元件33将压力施加到燃料电池2上，即上方的夹紧板35以压力施加在最上方的燃料电池2上，而下方的夹紧板36以压力施加在最下方的燃料电池2上。因此，燃料电池堆叠2被夹紧，以便确保用于燃料、氧化剂和冷却剂的密封性，尤其由于弹性的密封件11产生的密封性，并且还将燃料电池堆叠1内的接触电阻保持得尽可能小。为了借助夹紧元件33夹紧电池燃料2，在燃料电池单元1上构造有四个作为栓40的连接装置39，这些连接装置承受拉力。四个栓40与夹紧板34固定地连接。
在图6中示出燃料电池单元1的隔膜电极组件6的立体视图，该隔膜电极组件是借助在图12中所示的机器系统制造的。层状的隔膜电极组件6包括由质子交换器膜5构成的层状的内部区域38。基本上矩形的质子交换器膜5由作为第一子衬垫53和第二子衬垫54的两个层状的密封层41完全包围和围绕。在内部区域38中，在层状的阳极7与层状的阴极8之间布置有层状的质子交换器膜5。密封层41和因此第一和第二子衬垫53、54包括作为热塑性塑料的物质或材料的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。层状的隔膜电极组件6展开一个虚拟平面37(图3)。此外，双极板10和气体扩散层9也展开彼此平行地定向的虚拟平面37。
质子交换器膜5布置在第一与第二子衬垫53、54之间的作为重叠区域56的边缘区域上。在该重叠区域56上，质子交换器膜5的边缘区域与第一和第二子衬垫53、54的内侧材料锁合地、尤其借助粘合剂连接。与此不同地，质子交换器膜5也可以仅与第一子衬垫53或仅与第二子衬垫54材料锁合地连接。在子区域57上，在第一与第二子衬垫53、54之间不布置质子交换器膜5，即第一和第二子衬垫53、54以在子区域57上直接相互连接的方式彼此叠置。第一和第二子衬垫53、54在环绕的边缘43上在各一个开口55处终止。边缘43通过以下方式制造：首先将穿孔部加工入质子交换器膜5中，随后在将质子交换器膜5布置在第一与第二子衬垫53、54之间之后完全断开该穿孔部，并且将第一和第二子衬垫53、54的在各一个穿孔部内的部分移除。边缘43包括两个与纵向方向49平行的长边44和两个与横向方向50平行的宽边45。第一和第二子衬垫53、54具有环绕的外边缘46，该外边缘具有两个长边47和两个宽边48。在第一和第二子衬垫53、54的作为子区域57的流体开口区域52上构造有六个流体开口42，这些流体开口作为供应管路和排出管路15、16、25、26、27、28，用于将燃料、氧化剂和冷却剂或冷却流体导入到通道12、13、14中和从通道导出。在两个流体开口区域52之间形成隔膜电极组件6的条带区域51，该条带区域具有第一和第二子衬垫53、54的两个条带形的堆叠的区域并且具有质子交换器膜5。
在图8中在第一实施例中示出用于执行用于制造隔膜电极组件6的方法的机器系统。该机器系统包括作为第一存放装置58的第一卷筒58，第一子衬垫带63卷绕在第一卷筒58上，使得大量、例如大于50、100或300个基本上矩形的第一子衬垫53以相互连接成第一子衬垫带63的方式布置在第一子衬垫带63上。类似地，第二子衬垫带64卷绕在作为第二存放装置59的第二卷筒59上，使得大量、例如大于50、100或300个基本上矩形的第二子衬垫54以相互连接成第二子衬垫带64的方式布置在第二子衬垫带64上。此外，质子交换器带65卷绕在作为第三存放装置60的第三卷筒60上，使得大量、例如大于50、100或300个基本上矩形的质子交换器膜5以相互连接成质子交换器带65的方式布置在质子交换器带65上。除了真正的质子交换器膜5外，质子交换器带65还包括阳极7、阴极8并且分别在阳极7和阴极8上包括催化剂层30作为另外的层。阳极7、阴极8和催化剂层30在图1至11中未示出。
第一和第二子衬垫带63、64和质子交换器膜带65同时从卷筒58、59、60展开。在卷开或展开之后，第一子衬垫带63被引导通过作为第一分离装置68的第一压制辊69，并且在被驱动的第一压制辊69下方布置有被驱动的另一辊，使得第一子衬垫带63在第一压制辊69与所述另一辊之间被引导通过，使得所述第一压制辊和所述另一辊附加地用作用于将第一子衬垫带63从第一卷筒58展开的输送装置。第一压制辊69在每个第一子衬垫53中在两个流体开口区域52上切割六个流体开口42，并且此外切割用于质子交换器膜5的大的开口55的穿孔部，使得质子交换器膜5通过作为窗口55的开口55对于过程流体是可进入的，用于在以后完全断开穿孔部之后的电化学反应。在卷开或展开之后，第二子衬垫带64被引导通过作为第二分离装置70的第二压制辊71，并且在被驱动的第二压制辊70下方布置有被驱动的另一辊，使得第二子衬垫带64在第二压制辊70与所述另一辊之间被引导通过，使得所述第二压制辊和所述另一辊附加地用作用于将第二子衬垫带64从第二卷筒59展开的输送装置。第二压制辊71在每个第二子衬垫54中在两个流体开口区域52上切割六个流体开口42，并且此外切割用于质子交换器膜5的大的开口55的穿孔部，使得质子交换器膜5通过作为窗口55的开口55对于过程流体是可进入的，用于在以后完全断开穿孔部之后的电化学反应。质子交换器膜带65被引导通过作为切割辊73的第三分离装置72，并且在切割辊73下方布置有被驱动的另一辊，使得质子交换器膜带65在切割辊72与所述另一辊之间被引导通过，使得所述切割辊和所述另一辊附加地用作用于将质子交换器带65从第三卷筒60展开的输送装置。切割辊72从质子交换器带65切下单个的基本上矩形的区段，并且这些切下的区段形成单个的质子交换器膜5。
在用于将切下的质子交换器膜5与第一子衬垫带63连接的装置74，例如胶合辊中，质子交换器膜5以彼此隔开间距的方式与第一子衬垫带63连接，并且该间距相应于各一个流体开口区域52沿纵向方向49的长度的两倍值。该连接材料锁合地和/或形状锁合地实施，例如借助粘合、压制和/或热层压。随后，将第二子衬垫带64放置到第一子衬垫带63和已经切下的各个质子交换器膜5上，使得流体开口区域52中的流体开口42以及第一和第二子衬垫带63、64中的开口55对齐，并且因此，质子交换器膜5布置在第一与第二子衬垫带63、64之间的重叠区域56上。在作为用于将第一和第二子衬垫带63、64相互连接并且与质子交换器膜5连接的两个胶合辊76的装置75中，第一和第二子衬垫带63、64和质子交换器膜5借助胶合和/或压制、即材料锁合地和/或形状锁合地相互连接。在用于移除和/或取走的装置77中，在第一和第二子衬垫带63、64上移除第一和第二子衬垫带63、64的被穿孔部包围的区域，即在移除时完全断开、尤其撕开借助第一和第二分离装置68、70加工入的穿孔部，使得质子交换器膜5在开口55处是可进入的。装置77例如构造为撕下辊78或真空抽吸器或者真空辊78。随后，具有相互连接的第一和第二子衬垫带63、64和布置在它们之间的连接的质子交换器膜5的带在沿流体开口区域52的纵向方向49的对应端部上，即在第一和第二子衬垫带的不具有质子交换器膜5的子区域上，被第四分离装置79断开，使得形成各个隔膜电极组件6。隔膜电极组件6由输送带80运走。上述过程连续且同时地实施，并且优选借助摄像机和控制和/或调节单元(未示出)中的图像处理软件监控、控制和/或调节，尤其在质子交换器膜和作为第一和第二子衬垫带63、64的第一和第二子衬垫53、54相对彼此的位置方面。
在图9中在第二实施例中示出用于执行用于制造隔膜电极组件6的方法的机器系统。下面基本上仅描述与根据图8的第一实施例的区别。具有第一和第二子衬垫带63、64和隔开间距地布置在第一与第二子衬垫带之间的质子交换器膜5的带不被分离装置79断开，而是卷绕在作为存放装置81的存放卷筒81上并且因此可以容易地运输。对于隔膜电极组件6的最终制造，将卷绕在存放卷筒81上的带再次展开，并且借助未示出的分离装置以类似于第一实施例的方式断开。断开的准确位置可以借助摄像机和图像处理软件以及控制单元和/或调节单元例如根据开口55确定，因为开口55能够被摄像机检测到。
在图10中在第三实施例中示出用于执行用于制造隔膜电极组件6的方法的机器系统。下面基本上仅描述与根据图8的第一实施例的区别。具有第一和第二子衬垫带63、64和隔开间距地布置在第一与第二子衬垫带之间的质子交换器膜5的带不被分离装置79断开，而是借助作为压制辊83的第五分离装置82在以后需要断开的位置处加工入穿孔部，并且随后卷绕在存放卷筒81上，以容易运输。在将带从存放卷筒81展开之后，由于加工入的穿孔部，所述带的用于最终制造隔膜电极组件6所需的完全断开的位置可以简单地求取并容易地执行，例如其方式是：借助摄像机和图像处理软件以及控制和/或调节单元检测穿孔部。
在图11中在第四实施例中示出用于执行用于制造隔膜电极组件6的方法的机器系统。下面基本上仅描述与根据图8的第一实施例的区别。在装置77中加工带之后并且在第四分离装置79中分开之前，将第一气体扩散层带66放置到第一子衬垫带63的外侧上并且借助粘合连接装置材料锁合地连接，其方式是：在装置77中加工之后的方法流程中，借助装置88将粘合剂施加到第一和第二子衬垫带63、64上。与此不同地，粘合剂也可以借助装置88施加到第一和第二气体扩散层带66、67上，或粘合剂在第四和第五卷筒61、62上已经存在于第一和第二气体扩散层带66、67上(未示出)。第一气体扩散层带66从作为第四存放装置61的第四卷筒61展开，并且在放置并与第一子衬垫带63连接之前在作为切割辊85的第六分离装置84中被分开，使得单个的基本上矩形的气体扩散层9以彼此隔开间距地施加到第一子衬垫带63上的方式在第一子衬垫53的条带区域51和质子交换器膜5上、而不是在流体开口区域52上放置到第一子衬垫带63上。类似地，与第二气体扩散层带67一起，该第一气体扩散层带从作为第五存放装置62的第五卷筒62展开，气体扩散层9在第六分离装置84中被分开并且放置到第二子衬垫带64上。随后，借助作为用于压制的两个压紧辊87的装置86将具有质子交换器膜5、第一和第二子衬垫带63、64和切下的第一和第二气体扩散层9的带压在一起，使得借助粘合剂将第一和第二气体扩散层9材料锁合地粘接在第一和第二子衬垫带66、67上。对此替代地，该连接可以在没有粘合剂的情况下借助层压或第一和第二气体扩散层带66、67中的高离子聚合物含量实现(未示出)。随后，所述带被第四分离装置79分开成具有第一和第二气体扩散层9的隔膜电极组件6并且借助输送带80运走。
在图12中在第四实施例中示出用于执行用于制造隔膜电极组件6的方法的机器系统。下面基本上仅描述与根据图8的第一实施例的区别。在第三卷筒60上的质子交换器膜带65上不存在催化剂层30。在借助装置75加工带之后，借助第一装置89将催化剂层30施加、尤其借助喷涂施加到第一子衬垫带63的开口55中的质子交换器膜5上，并且借助第二装置90将该催化剂层施加、尤其借助喷涂施加到第二子衬垫带64的开口55中的质子交换器膜5上。代替喷涂，可以使用例如丝网印刷或模板印刷作为涂覆方法。因此，催化剂层30根据图7仅存在于开口55中的质子交换器膜5上，而不像第一实施例中那样也在质子交换器膜5与第一和第二子衬垫53、54之间存在于重叠区域56上，使得可以节省用于催化剂层30的材料成本。在涂覆以催化剂层30之后，借助第一干燥装置91将第一子衬垫带63的开口55中的质子交换器膜5上的催化剂层30干燥，并且类似地，借助第二干燥装置92将第二子衬垫带64的开口55中的质子交换器膜5上的催化剂层30干燥。
与此不同地，在第三卷筒60上的质子交换器膜带65上不存在催化剂层30、不存在阳极7且不存在阴极8，而将由催化剂层30和阳极7组成的第一混合层和由催化剂层39和阴极8组成的第二混合层施加到质子交换器膜5上。在借助装置75加工带之后，借助第一装置89将第二混合层施加、尤其借助喷涂施加到第一子衬垫带63的开口55中的质子交换器膜5上，并且借助第二装置90将第一混合层施加、尤其借助喷涂施加到第二子衬垫带64的开口55中的质子交换器膜5上。随后，隔膜电极组件6借助第四分离装置79切下并且借助输送带80运走。因此，在该制造方法中，在重叠区域56上不存在阳极7、不存在阴极8且不存在催化剂层30，即仅第一和第二子衬垫53、54和质子交换器膜5存在于隔膜电极组件6上。
各个实施例可以相互组合。
总体来看，根据本发明的用于制造隔膜电极组件6的方法、根据本发明的燃料电池单元1和根据本发明的用于制造燃料电池单元1的方法具有显著的优点。隔膜电极组件6的各个层，即具有阳极7、阴极8和可选的催化剂层30的质子交换器膜5以及第一子衬垫53和第二子衬垫54在连续的方法中作为共同的带、即共同的多层带彼此相叠地布置且相互连接，使得可以显著地加速制造过程和因此降低成本。
Claims (15)
1.一种用于制造用于作为燃料电池堆叠(1)的燃料电池单元(1)的隔膜电极组件(6)的方法，所述方法具有以下步骤：
-提供各一个质子交换器膜(5)，
-提供各一个第一子衬垫(53)作为密封层(41)，
-提供各一个第二子衬垫(54)作为密封层(41)，
-将各一个质子交换器膜(5)布置在各第一子衬垫与各第二子衬垫(53，54)之间，
-将各一个质子交换器膜(5)与各第一子衬垫和/或各第二子衬垫(53，54)连接，使得各一个质子交换器膜(5)的各一个层状的内部区域(38)被作为密封层(41)的各一个第一和第二子衬垫(53，54)包围，
其特征在于，
提供所述质子交换器膜(5)、所述第一子衬垫(53)和所述第二子衬垫(54)，其方式是：将所述质子交换器膜、所述第一子衬垫和所述第二子衬垫作为质子交换器膜带(65)、第一子衬垫带(63)和第二子衬垫带(64)从存放装置(58，59，60)取出，并且在所述第一子衬垫(53)作为第一子衬垫带(63)和所述第二子衬垫(54)作为第二子衬垫带(64)的状态下实施：将所述质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫(53，54)之间并且将所述质子交换器膜(5)与所述第一和/或第二子衬垫(53，54)连接，使得在所述布置和连接期间，所述第一子衬垫(53)相互连接地布置在所述第一子衬垫带(63)上并且所述第二子衬垫(54)相互连接地布置在所述第二子衬垫带(64)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
将所述第一子衬垫(53)从第一存放装置(58)、尤其第一卷筒(58)作为第一子衬垫带(63)取出、尤其展开，并且将所述第二子衬垫(54)从第二存放装置(59)、尤其第二卷筒(59)作为第二子衬垫带(64)取出、尤其展开，并且将所述质子交换器膜(5)从第三存放装置(60)、尤其第三卷筒(60)作为质子交换器膜带(65)取出、尤其展开。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在连续的方法中实施：将所述质子交换器膜(5)、所述第一子衬垫(53)和所述第二子衬垫(54)从所述存放装置(58，59，60)、尤其卷筒(58，59，60)取出、尤其展开，将所述质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫(53，54)之间，并且将所述质子交换器膜(5)与所述第一和/或第二子衬垫(53，54)连接。
4.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
同时实施：将所述质子交换器膜(5)、所述第一子衬垫(53)和所述第二子衬垫(54)从所述存放装置(58，59，60)、尤其卷筒(58，59，60)取出、尤其展开，将所述质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫(53，54)之间，并且将所述质子交换器膜(5)与所述第一和/或第二子衬垫(53，54)连接。
5.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
在将所述第一子衬垫(53)从所述第一存放装置(58)、尤其第一卷筒(58)取出、尤其展开之后，将用于过程流体的流体开口(42)、尤其是流体开口区域(52)中的六个流体开口(42)加工入作为第一子衬垫带(63)的第一子衬垫(53)中，并且在将所述第二子衬垫(549)从所述第二存放装置(59)、尤其第二卷筒(59)取出、尤其展开之后，将用于过程流体的流体开口(42)、尤其是流体开口区域(52)中的六个流体开口(42)加工入作为第二子衬垫带(64)的第二子衬垫(54)中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在将所述质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫(53，54)之间并且优选将所述质子交换器膜(5)与所述第一和/或第二子衬垫(53，54)连接之前或者之后实施：将所述流体开口(42)加工入作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一和第二子衬垫(53，54)中。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，
在将所述流体开口(42)加工入所述第一和第二子衬垫(53，54)中之后，所述第一和第二子衬垫(53，54)作为第一和第二子衬垫带(63，64)以如下方式彼此相叠地布置，使得各第一和第二子衬垫(53，54)的流体开口(42)对齐。
8.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
在将所述第一子衬垫(53)从所述第一存放装置(58)、尤其第一卷筒(58)取出、尤其展开之后，将用于质子交换器膜(5)的各一个开口(55)的穿孔部在各一个条带区域(51)中加工入作为第一子衬垫带(63)的第一子衬垫(53)中，并且在将所述第二子衬垫(54)从所述第二存放装置(59)、尤其第二卷筒(59)取出、尤其展开之后，将用于质子交换器膜(5)的各一个开口(55)的穿孔部在各一个条带区域(51)中加工入作为第二子衬垫带(64)的第二子衬垫(54)中。
9.根据权利要求5至8中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
所述流体开口(52)和用于所述开口(55)的穿孔部被分离装置(68，70)、尤其压制辊(69，71)连续地加工入作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一和第二子衬垫(53，54)中。
10.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
在将所述质子交换器膜(5)布置在作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一与第二子衬垫(53，54)之间之前，将所述质子交换器膜(5)从用于各一个隔膜电极组件(6)的质子交换器膜带(65)切下质子交换器膜带(60)的各一个区段作为用于各一个隔膜电极组件(6)的各一个质子交换器膜(5)，并且随后实施：将作为切下的各一个区段(5)的各一个质子交换器膜(5)布置在所述第一与第二子衬垫带(63，64)之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
在所述第一和第二子衬垫带(63，64)沿纵向方向(49)在所述质子交换器膜(5)之间的子区域上不布置质子交换器膜(5)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
分开的区段(5)作为质子交换器膜(5)，在布置在作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一与第二子衬垫(53，54)之间之前，尤其借助胶合辊(74)材料锁合地固定在所述第一或第二子衬垫带(63，64)上。
13.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，
在将所述质子交换器膜(5)布置在作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一与第二子衬垫(53，54)之间并且将所述质子交换器膜(5)与作为第一和第二子衬垫带(63，64)的第一和/或第二子衬垫(53，54)连接之后，将所述第一和第二子衬垫带(63，64)分开，使得制造单个的分离的隔膜电极组件(6)。
14.一种作为燃料电池堆叠(1)的燃料电池单元(1)，用于以电化学的方式产生电能，所述燃料电池单元包括堆叠地布置的燃料电池(2)，所述燃料电池(2)分别包括质子交换器膜(5)、阳极(7)、阴极(8)、双极板(10)和气体扩散层(9)，其中，所述质子交换器膜(5)、所述阳极(7)和所述阴极(8)与第一和第二子衬垫(53，54)形成隔膜电极组件(6)，
其特征在于，在所述隔膜电极组件(6)上在所述第一和第二子衬垫(53，54)与所述质子交换器膜(5)之间的重叠区域(56)上不构造催化剂层(30)和/或不构造阳极(7)和/或不构造阴极(8)。
15.一种用于制造作为燃料电池堆叠(1)的燃料电池单元(1)的方法，所述燃料电池单元用于以电化学的方式产生电能，所述方法具有以下步骤：
-提供所述燃料电池(2)的部件(5，6，7，8，9，10)，即隔膜电极组件(6)、气体扩散层(9)和双极板(10)，
-其中，所述隔膜电极组件(6)包括具有质子交换器膜(5)、阳极(7)和阴极(8)的各一个层状的内部区域(38)和作为第一和第二子衬垫(53，54)的各两个密封层(41)，并且所述质子交换器膜(5)布置在所述阳极(7)和阴极(8)之间，并且包围所述内部区域(38)的层状的所述密封层(41)构造为第一和第二子衬垫(53，54)，
-将所述燃料电池(2)的所述部件(5，6，7，8，9，10)堆叠，使得形成燃料电池(2)和一个燃料电池单元(1)，
其特征在于，
提供所述隔膜电极组件(6)，其方式是：实施根据权利要求1至13中任一项或多项所述的方法。
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