CN220189700U - 用于电化学电池的膜片电极单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于电化学电池(100)的膜片电极单元(1)，其中，所述膜片电极单元(1)具有框架结构(10)。所述框架结构(10)包括第一薄膜(11)和第二薄膜(12)并且在其之间放置有粘合剂(13)。在所述粘合剂(13)中布置有至少一个间距保持件(20)。

Description

用于电化学电池的膜片电极单元
背景技术
燃料电池是一种电化学电池，其中，所述电化学电池具有两个电极，所述两个电极借助传导离子的电解质而彼此分隔开。燃料电池将燃料与氧化剂发生化学反应的能量直接转化为电。存在不同类型的燃料电池。
一种特殊的燃料电池类型是聚合物电解质膜片-燃料电池(PEM-FC)。在PEM-FC的活性区域中，两个带有催化剂层的多孔电极与聚合物电解质膜片(PEM)邻接。此外，PEM-FC在活性区域中包括气体扩散层(GDL)，所述气体扩散层在两侧限界聚合物电解质膜片(PEM)和两个带有催化剂层的多孔电极。PEM、两个带有催化剂层的电极以及可选地两个GDL也能够在PEM-FC的活性区域中形成所谓的膜片电极单元(MEA)。两个彼此对置的双极板(半部)又在两侧限界MEA。燃料电池堆由交替地彼此叠置的MEA和双极板构造。借助一个双极板的阳极板，进行燃料、尤其是氢气的分配，并且利用该双极板的阴极板，进行氧化剂、尤其是空气/氧气的分配。为了使相邻的双极板电绝缘、为了稳定MEA的形状并且为了防止燃料或者说氧化剂的不希望的逸出，MEA能够被包围在两个布置在彼此上的薄膜的框架状开口中。通常，这个框架结构的两个薄膜由相同材料形成，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。由相同材料形成的两个薄膜能够可放弃地具有冗余特性，例如两个薄膜中的每一个薄膜的电绝缘性(进行电绝缘的)和/或氧气密封性。
在DE 101 40 684 A1中公开了一种用于燃料电池的膜片电极单元，所述膜片电极单元包括由阳极电极、阴极电极和布置在它们之间的膜片的分层布置，其中，将聚合物材料施加到所述分层布置的顶侧和底侧上。
DE 10 2018 131 092 A1具有带有框架结构的膜片电极单元。
实用新型内容
本实用新型的任务是：防止将粘合剂从框架结构中挤出并且优选确保框架结构的定义的高度。
为此，膜片电极单元包括框架结构。框架结构具有第一薄膜和第二薄膜并且在其之间放置有粘合剂。在粘合剂中布置有至少一个间距保持件。
膜片电极单元能够包括膜片、尤其是聚合物电解质膜片(PEM)。膜片电极单元还能够包括两个多孔电极，所述电极分别带有催化剂层，其中，所述电极尤其布置到PEM上并且在两侧限界。这里，尤其能够谈及MEA-3。附加地，膜片电极单元能够包括两个气体扩散层。所述气体扩散层尤其能够在两侧限界MEA-3。这里，尤其能够谈及MEA-5。
电化学电池能够是例如燃料电池、电解电池或蓄电池单体。燃料电池尤其是PEM-FC(聚合物电解质膜片燃料电池)。电池堆尤其包括大量彼此叠置的电化学电池。
框架结构尤其具有框架形状。框架结构优选环绕地实施。因此，一个膜片和两个电极能够特别有利地被包围在框架结构中。此外，框架结构在横截面中尤其是U形或Y形地构造，以将所述膜片和两个电极接收在U形或者说Y形的腿部之间。
粘合剂优选向外密封膜片电极单元、将两个薄膜彼此粘合并且将具有两个电极的膜片固定在框架结构中。
优选，粘合剂还能够是电绝缘的。因此，框架结构能够特别有利地是电绝缘的，并且，在电化学电池的非活性区域中的不希望的电流流动能够特别有利地被保持为小的、尤其被防止。
间距保持件调设在两个薄膜之间的定义的间距，并且在堆叠过程中防止框架结构的进一步压缩并且进而防止框粘合剂的挤出。电化学电池的定义的高度因此以稳健的方式被保持。
间距保持件能够实施为长纤维或网。因此，能够将数量限制为唯一的间距保持件。
在替代的实施方案中，在粘合剂中能够布置有多个间距保持件。优选，所述间距保持件在此球状、棒状、立方体状或纤维状地实施。因此，粘合剂和间距保持件的复合结构被实施为准均匀的，间距保持件是在粘合剂中随机分布的颗粒。
进一步优选，间距保持件能够绝缘地、尤其是电绝缘地实施，使得防止不希望的电流流动。特别优选地，间距保持件为此由玻璃、Al2O3或塑料制成。
在有利的扩展方案中，气体扩散层借助于另外的粘合剂被紧固在所述框架结构上。所述另外的粘合剂也具有至少一个间距保持件。这里，间距保持件也优选根据上述实施方案中的任一个实施方案来构型。
本实用新型还包括一种用于制造根据上述实施方案中的任一个实施方案的膜片电极单元的方法。所述方法在此具有以下方法步骤：
·提供第一薄膜，
·将粘合剂施加到第一薄膜上，
·将间距保持件添加到粘合剂中，
·将可选涂覆有电极的膜片放置到第一薄膜上，
·将第一薄膜与第二薄膜粘合并且区段式地在其之间放置所述膜片。
在粘合两个薄膜时，所述薄膜优选仅粘合在Y形的中间腿部上，在另外两个腿部之间布置膜片。所述膜片在此也能够粘合有两个薄膜。
附图说明
改进本实用新型的另外的措施由以下对本实用新型的一些实施例的描述中得出，在附图中示意性地呈现出所述实施例。由权利要求、说明书或附图产生的所有特征和/或优点(包括结构细节、空间布置和方法步骤)能够本身以及以各种组合对本实用新型来说是关键性的。在此应注意：附图仅具有描述性性质，并且不旨在以任何方式限制本实用新型。
其示意性地示出：
图1来自现有技术的膜片电极单元，其中，仅示出关键区域。
图2根据本实用新型的膜片电极单元，其中，仅示出关键区域。
具体实施方式
图1以垂直截面示出现有技术的电化学电池100(尤其是燃料电池)的膜片电极单元1的局部，其中，仅示出关键区域。
膜片电极单元1具有一个膜片2、例如聚合物电解质膜片(PEM)和分别带有催化剂层的两个多孔电极3或者说4，其中，电极3或者说4分别布置到膜片2的一侧上。此外，电化学电池100尤其具有两个气体扩散层5或者说6，所述气体扩散层视实施方案而定也能够属于膜片电极单元1。
膜片电极单元1在其周缘被框架结构10包围，在此也谈及次级垫圈。框架结构10用于膜片电极单元1的刚性和密封性并且是电化学电池100的非活性区域。
框架结构10在截面中尤其U形或者说Y形地构造，其中，U形框架区段的第一腿部通过由第一材料W1制成的第一薄膜11形成，而U形框架区段的第二腿部通过由第二材料W2制成的第二薄膜12形成。附加地，第一薄膜11和第二薄膜12借助由第三材料W3制成的粘合剂13粘在一起。第一材料W1和第二材料W2通常是相同的。
两个气体扩散层5或者说6借助另外的粘合剂14又分别被布置在框架结构10的一侧上，通常以这样的方式使得它们经由电化学电池100的活性面与相应一个电极3、4接触。
在将多个电化学电池100夹紧成电池堆时存在将粘合剂13从框架结构10中压出的风险。这能够导致膜片电极单元1的不密封性并且后来甚至会导致整个电池堆的完全失效。
根据本实用新型，现在将间距保持件20安装到第一薄膜11和第二薄膜12之间，使得保持获得在这两个薄膜11、12之间的定义的间距并且防止粘合剂13的挤出。优选，将定义间距保持件的颗粒添加到粘合剂13中。
为此，图2示出多个在这个实施方案中为球状的间距保持件20，所述间距保持件布置在粘合剂13中。优选，间距保持件20的直径在此恰好相应于粘合剂13在夹紧电池堆时应被压缩到的高度。进一步的压合由间距保持件20的相对高的刚性而被避免。
间距保持件20将在压缩状态下的电池堆的夹紧力从第一薄膜11传输至第二薄膜12并且维持两个薄膜11、12彼此之间的定义的间距；因此避免将粘合剂13从框架结构10中挤压出。间距保持件20的形状能够是例如球体、棒体、立方体或纤维。网或非常长的纤维也可用作间距保持件20。
有利地，间距保持件20的材料是绝缘的材料，例如玻璃、Al2O3或塑料。在此，特别优选的塑料是PEN、EPDM、FKM、硅树脂、聚氨酯、PP和PPS。
间距保持件20能够被添加给在施加在两个薄膜11、12之一上之前或之后的粘合剂13。
另外的粘合剂14(在框架结构10和两个气体扩散层5、6之间)也能够类似地设有间距保持件20。

Claims (6)

1.一种用于电化学电池(100)的膜片电极单元(1)，其中，所述膜片电极单元(1)具有框架结构(10)，其中，所述框架结构(10)包括第一薄膜(11)和第二薄膜(12)并且在其之间放置有粘合剂(13)，
其特征在于，
在所述粘合剂(13)中布置有至少一个间距保持件(20)。
2.根据权利要求1所述的膜片电极单元(1)，
其特征在于，
所述间距保持件(20)实施为长纤维或网。
3.根据权利要求1所述的膜片电极单元(1)，
其特征在于，
在所述粘合剂(13)中布置有多个间距保持件(20)，其中，所述间距保持件(20)球状、棒状、立方体状或纤维状地实施。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的膜片电极单元(1)，
其特征在于，
所述间距保持件(20)由绝缘材料制成。
5.根据权利要求4所述的膜片电极单元(1)，
其特征在于，
所述间距保持件(20)由玻璃、Al2O3或塑料制成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的膜片电极单元(1)，
其特征在于，
气体扩散层(5、6)借助另外的粘合剂(14)被紧固在所述框架结构(10)上，其中，所述另外的粘合剂(14)也具有至少一个间距保持件(20)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10140684A1 (de) 2001-08-24 2003-03-06 Daimler Chrysler Ag Dichtungsaufbau für eine MEA und Verfahren zur Herstellung des Dichtungsaufbaus
JP4617156B2 (ja) * 2002-05-09 2011-01-19 本田技研工業株式会社 改善された燃料電池
JP4862243B2 (ja) 2003-12-24 2012-01-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
DE102011105072B3 (de) * 2011-06-21 2012-11-15 Daimler Ag Haltevorrichtung mit einer Membran einer Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE102018201056A1 (de) * 2018-01-24 2019-07-25 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
KR102602415B1 (ko) 2018-09-04 2023-11-14 현대자동차주식회사 전극막접합체

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