DE102007009320A1 - Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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DE102007009320A1
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Harald Prof. Dr. Hansmann
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HOCHSCHULE WISMAR
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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Brennstoffzelle und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Membran beim Aufschweißen auf die Bipolarplatte nicht über ihre jeweilige gesamte Dicke plastifiziert wird. Erreicht wird dies dadurch, dass die Membran (11) aus einem Infrarotlicht durchlässigen Material und die Bipolarplatte (3) aus einem Infrarotlicht undurchlässigen Material bestehen, die über die Dichtfläche (12) im Querschnitt linsenförmig miteinander verschweißt sind. Derartige Brennstoffzellen werden zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt, die aus der chemischen Energie von Oxydationsprozessen gewonnen wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein dazugehöriges Herstellungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Derartige Brennstoffzellen werden zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt, die aus der chemischen Energie von Oxydationsprozessen gewonnen wird.
  • Dabei hängt im Wesentlichen der ökonomische vertretbare Einsatz von Brennstoffzellen von dem Verhältnis zwischen der Masse der Brennstoffzellen und der mit ihr erzeugten elektrischen Leistung ab. D. h. dass der verbreitete Einsatz von Brennstoffzellen durch die Erhöhung der Ausbeute an elektrische Leistung und/oder durch die Verminderung der Masse der Brennstoffzelle erreicht wird.
  • Brennstoffzellen sind aus mehreren Einzelzellen zu einem Zellstapel zusammengesetzt, wobei jede Einzelzelle zwei durch eine für den Ladungsträger eines Brennstoffes permeable Membran getrennte Reaktionskammern mit jeweils einer Elektrode aufweist. Dabei wird einer Reaktionskammer die oxidierbare Substanz bzw. der Brennstoff und der anderen Reaktionskammer ein Oxidationsmittel in flüssigem oder gasförmigem Aggregatszustand kontinuierlich zugeführt. Als oxidierbare Substanz bzw. Brennstoff wird in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle Wasserstoff und in einer Direktmethanol-Brennstoffzelle Methanol verwendet.
  • In üblicher Bauweise werden die jeweils benachbarten Reaktionskammern durch jeweils eine Bipolarplatte voneinander getrennt, so dass in einem Brennstoffzellenstapel in abwechselnder Reihenfolge jeweils eine Bipolarplatte und eine Membranen angeord net sind, wobei anstelle der ersten und letzten Bipolarplatte jeweils eine Endplatte angeordnet ist.
  • Um ein unkontrolliertes Austreten der oxidierbaren Substanz bzw. des Brennstoffs aus den Reaktionskammern zu verhindern, werden üblicherweise Dichtungen zwischen der Bipolarplatte und der Membran angeordnet. Dabei wird die Abdichtung durch die Wirkung einer Anpresskraft erzeugt, die durch das Verspannen der Endplatten realisiert.
  • Eine derartige Dichtung zeigt beispielhaft die DE 199 60 516 A1 . Diese Dichtung ist eine zweischichtige Gummidichtung, bei der die Gummischichten unterschiedliche Elastizitätskoeffizienten aufweisen. Dadurch soll eine erhöhte Dichtheit der Reaktionskammer erreicht werden.
  • Nachteilig an dieser technischen Lösung ist zunächst einmal, dass durch die Verwendung des Dichtgummis ein zusätzlicher Materialaufwand und erhöhte Montagezeit zum Einbau der Dichtgummis entstehen. Außerdem muss das Material der Dichtgummis sowohl temperatur- und druckbeständig als auch chemisch resistent gegenüber der oxidierbaren Substanz bzw. dem Brennstoff sein. Dadurch sind Dichtgummis ein erhöhter und unnötiger Kostenfaktor.
  • Auch sind verschiedene technische Lösungen bekannt, bei denen der Dichtgummi durch andere Dichtungen ersetzt wird. So ist es aus der DE 698 20 874 T2 bekannt, anstelle des Dichtgummis die Bipolarplatten mit einem fluidundurchlässigen Dichtungsmaterial zu imprägnieren oder, wie aus der DE 195 42 475 A1 bekannt ist, den Dichtgummi durch eine auf der Bipolarplatte integrierte Erhebung auszubilden.
  • Nachteilig an allen bisher vorgestellten technischen Lösungen ist aber, dass die Endplatten massiv ausgeführt sein müssen, damit die Endplatten und die Bipolarplatten über die Fläche gleichmäßig zusammengedrückt werden um eine gleichmäßige Anpresskraft auf die Dichtung zu erzeugen. Dadurch sind aber die Endplatten und damit auch die gesamte Brennstoffzelle zu schwer und zu groß. Zudem bringen massive Endplatten einen erhöhten Materialaufwand mit sich und verursachen damit unnötig hohe Materialkosten.
  • Zusätzlich muss die Verspannvorrichtung, wie z. B. Bolzen, die thermisch bedingten Elastizitäts- und Volumenänderungen der Dichtgummis mit aufnehmen. Deshalb sind diese Verspannvorrichtungen auch sehr massiv ausgeführt, was aber ebenfalls zu einer Gewichts- und damit Kostenerhöhung führt.
  • Deshalb ist aus der DE 43 14 745 C1 bekannt, die Bipolarplatten und die Membranen durch Verkleben oder Verschweißen miteinander zu verbinden.
  • Beim Verkleben kann allerdings kein ausreichendes Dichtvermögen erreicht werden, da sich der Zwischenraum zwischen den Bipolarplatten und den Membranen durch thermische Ausdehnung ändert und dabei die Klebeverbindung zerreißt.
  • Bei Verschweißen werden die thermoplastischen Materialen der Bipolarplatte und der Membran unter Anwendung von Wärme und einer Anpresskraft mit oder ohne einen Schweißzusatz miteinander verbunden. Dazu müssen die thermoplastischen Materialen der Bipolarplatte und der Membran an den Auflageflächen in den plastischen Zustand gebracht werden.
  • Als Schweißverfahren werden in der DE 43 14 745 C1 das Heizelementschweißen, Ultraschallschweißen, Warmgasschweißen, Reibschweißen und Hochfrequenzschweißen genannt.
  • Beim Reibschweißen werden die zu verschweißenden Bipolarplatten und Membran mit ihren Auflageflächen aufeinander gerieben. Dabei entsteht Wärmeenergie, so dass die Bipolarplatte und die Membran über ihre jeweiligen Dicken plastifiziert werden. Allerdings erfordert das Reibschweißen eine gewisse Steifigkeit der Membran, woraus sich eine Mindestdicke der Membran ergibt. Für eine Membranfolie kann deshalb dieses Schweißverfahren nicht eingesetzt werden.
  • Beim Heizelementschweißen werden die Auflageflächen der Bipolarplatte und der Membran durch elektrisch beheizte, metallische Bauelemente erwärmt. Dabei werden die Bipolarplatte und die Membran an ihren Auflageflächen über ihre jeweilige gesamte Dicke plastifiziert. Nachteilig ist aber, dass durch Form und Größe der elektrisch be heizten, metallischen Bauelemente auch die Form und Größe der Schweißnaht bestimmt. Dadurch ist die Schweißnaht zu dick und kann in ihrer Formgebung nicht angepasst werden.
  • Beim Warmgasschweißen werden die zu verschweißenden Materialen durch einen Warmgasstrom erwärmt und im erwärmten Zustand zusammengepresst und abgekühlt. Von Nachteil ist aber ebenfalls, dass die Schweißnaht zu dick ist. Dadurch kann keine optimale Schweißnahtführung erfolgen, was zu einer unnötig großen Membran und damit zu einem zu hohen Materialaufwand führt. Außerdem werden durch den räumlich zu großen Warmgasstrom die Bipolarplatte und die Membran so sehr erwärmt, dass sie über ihre jeweilige gesamte Dicke plastifiziert sind.
  • Beim Ultraschallschweißen werden die Bipolarplatte und die Membran mit Ultraschallwellen bestrahlt, die in der Bipolarplatte und in der Membran, jeweils unter Freisetzung von Wärme, mechanisch gedampft werden. Da die Ultraschallwellen die Bipolarplatte und die Membran in ihrer jeweiligen gesamten Dicke durchdringen und dabei gedampft werden, entsteht auch über die gesamte Dicke der Bipolarplatte und der Membran Wärme, so dass die Bipolarplatte und die Membran auch über ihre gesamte Dicke plastifiziert werden.
  • Beim Hochfrequenzschweißen wird zwischen einer kalten und einer temperierten Elektrode, die zu verschweißenden Bipolarplatte und Membran bis zum viskosen Fliessen erwärmt, anschließend zusammengedrückt und abgekühlt. Dabei kann das Hochfrequenzschweißen nur bei Materialen mit einen dielektrischen Verlustfaktor von d > 0,01 eingesetzt werden, die bei der Membran nicht vorliegen.
  • Der entscheidende Nachteil aller zuvor genannten Schweißverfahren ist aber, dass es durch die Plastifizierung der Bipolarplatte und der Membran über die jeweilige Gesamtdicke zu einer Verschlechterung der Materialeigenschaften durch Gefügeänderungen kommt. So führt die Plastifizierung bei der Membran zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Diffusionseigenschaften der Membran.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Brennstoffzelle und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Membran beim Aufschweißen auf die Bipolarplatte nicht über ihre jeweilige gesamte Dicke plastifiziert wird.
  • Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch das Merkmal des Anspruchs 1 und verfahrensseitig durch das Merkmal des Anspruchs 4 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 3 und 5 bis 9.
  • Die neue Brennstoffzelle sowie das dazugehörige Herstellungsverfahren beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
  • Vorteilhaft bei der Anwendung der neuen Brennstoffzelle sowie des dazugehörigen Herstellungsverfahrens ist es, dass die Membran und die Bipolarplatte über die Dichtfläche im Querschnitt linsenförmig miteinander verschweißt sind, wobei die Membran infrarotlichtdurchlässig und die Bipolarplatte infrarotlichtundurchlässig ist. Dabei sind die Membran und die Bipolarplatte nicht über ihre gesamten Dicken plastifiziert, so dass auch bei der Membran keine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Diffusionseigenschaften eintreten.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn mehrere Membrane und Bipolarplatten einen Brennstoffzellenstapel bilden, wobei in abwechselnder Reihenfolge jeweils eine Bipolarplatte und eine Membran angeordnet sind und anstelle der ersten und letzten Bipolarplatte jeweils eine Endplatte angeordnet ist. Dabei ist die Baugröße vermindert, weil die im Querschnitt linsenförmige Schweißnaht zwischen Membran und Bipolarplatte sehr dünn ist.
  • Vorteilhaft beim Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle ist es, dass die Dichtfläche im Querschnitt linsenförmig plastifiziert wird, wobei bei der Plastifizierung zuerst die Dichtfläche der Bipolarplatte erhitzt und anschließend über die über die Dichtfläche abgegebene Abwärme der Bipolarplatte die Membran erhitzt wird.
  • Von besonderem Vorteil ist dann, wenn die Plastifizierung mit einer Infrarotlichtstrahlquelle erfolgt, wobei die zur Plastifizierung der infrarotlichtundurchlässigen Bipolarplatte notwendige Wärmemenge direkt durch die Infrarotlichtstrahlquelle und die zur Plastifizierung der infrarotlichtdurchlässig Membran notwendige Wärmemenge indirekt über die Bipolarplatte zugeführt wird. Dadurch wird eine kontrollierte und dosierte Zuführung von Wärmeenergie erreicht, die aufgrund der Größe des Brennpunktes des Infrarotlichtstrahls punktgenau auf die Dichtfläche der Bipolarplatte als Absorptionswärme erzeugt wird. Zudem kann eine fertigungsbedingte Änderung des Verlaufes der Dichtfläche durch die Infrarotlichtstrahlquelle beim Abfahren der Dichtfläche durch Brennpunkt des Infrarotlichtstrahls korrigiert werden.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn während der Plastifizierung mit einer, von einer infrarotlichtdurchlässigen Druckplatte ausgeübten Druckkraft die Membran über eine Dichtfläche auf die Bipolarplatte gepresst wird, weil dadurch die Membran während des Aufschweißens in ihrer Lage gehalten und die für die Verschweißung von Bipolarplatte und Membran erforderliche Anpresskraft aufrechterhalten wird.
  • Die neue Brennstoffzelle sowie das dazugehörige Herstellungsverfahren sollen nun an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
  • Dazu zeigen:
  • 1: Ausschnittsweise Explosivdarstellung eines Brennstoffzellenstapels mit einer Einzelzelle,
  • 2: Draufsicht einer Bipolarplatte mit Membran,
  • 3: Ausschnitt der linsenförmigen Schweißnaht und
  • 4: Schematische Schweißanordnung mit einer Infrarotlichtstrahlquelle zum Aufschweißen der Membran auf die Bipolarplatte.
  • Ein Brennstoffzellenstapel 1 setzt sich, wie 1 zeigt, aus mehreren, zwischen zwei äußeren Endplatten 2 und durch jeweils eine Bipolarplatte 3 getrennte Brennstoffzellen 4 zusammen. Dabei besitzt die Bipolarplatte 3 vier Durchgangsbohrungen 5, durch die jeweils eine Spannschraube 6 hindurchgeführt ist und mit der die Endplatten 2 zueinander verspannt werden. Außerdem ist die Bipolarplatte 3 infrarotlichtundurchlässig und besitzt zwei Elektroden 7, wobei die eine Elektrode 7 eine Anode 8 und die andere Elektrode 7 eine Katode 9 ist.
  • Jede Brennstoffzelle 4 besitzt zwei Reaktionskammern 10, wobei in einer Reaktionskammer 10 die oxidierbare Substanz bzw. der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff oder Methanol, und in der anderen Reaktionskammer 10 ein Oxidationsmittel in flüssigem oder gasförmigem Aggregatszustand, insbesondere Luft, kontinuierlich zugeführt wird. Beide Reaktionskammern 10 sind durch eine für den Ladungsträger der oxidierbaren Substanz bzw. des Brennstoffs permeable Membran 11 voneinander getrennt. Die Membran 11, die aus einem infrarotlichtdurchlässigen Material, insbesondere aus Nafion besteht, ist, wie 2 zeigt, über eine gas- und druckdichte Dichtfläche 12 derart mit der benachbarten Bipolarplatte 3 verbunden, dass keine oxidierbare Substanz bzw. Brennstoff aus der Reaktionskammer 10 entweichen kann.
  • Dabei ist um die Dichtfläche 12, wie 3 zeigt, eine im Querschnitt linsenförmige Schweißnaht 13, so dass die Bipolarplatte 3 und die Membran 11 nur über die durch die Schweißnaht 13 umschlossene Dichtfläche 12 plastifiziert und miteinander verbunden sind.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzelle wird, wie 4 zeigt, jeweils auf einer Seitenwand 14 der vorgefertigten Bipolarplatten 3 jeweils eine zugeschnittene Membran 11 derart aufgelegt, dass die Membran 11 die von ihr eingeschlossene Reaktionskammer 10 in der Dichtfläche 12 überlappt. Anschließend werden nacheinander die aufgelegten Membrane 11 und die jeweiligen Bipolarplatten 3 an ihren Dichtflächen 12 miteinander unter der Druckkraft einer Druckplatte 15 verschweißt. Dazu liegt die Bipolarplatte 3 auf einer Auflage 16. Auf der Bipolarplatte 3 wiederum ist die Membran 11 aufgelegt, die durch die Druckplatte 15 auf die Bipolarplatte 3 gepresst wird.
  • Bei jedem Anschweißen der aufgelegten und an die jeweilige Bipolarplatten 3 angepressten Membran 11 wird mit einer Infrarotlichtstrahlquelle 17 ein Infrarotlichtstrahl 18 auf die Druckplatte 15 ausgestrahlt, wobei die Infrarotlichtstrahlquelle 17 derart positioniert ist, dass der Brennpunkt 19 des Infrarotlichtstrahls 18 auf der Dichtfläche 12 liegt. Dabei durchdringt der Infrarotlichtstrahl 18 die infrarotlichtdurchlässige Druckplatte 15 sowie die ebenfalls infrarotlichtdurchlässige Membran 11 und wird auf der Seitenwand 14 der infrarotlichtundurchlässigen Bipolarplatte 3 absorbiert. Mit der Absorption wird Absorptionswärme freigesetzt, durch welche die Seitenwand 14 der Bipolarplatte 3 sowie die aufliegende Membran 11 im Bereich des Brennpunkts 19 plastifiziert werden und ein Schweißpunkt entsteht. Wird nun mit dem Brennpunkt 19 des Infrarotlichtstrahls 18 die Dichtfläche 12 auf der Seitenwand 14 abgefahren, entsteht aus vielen Schweißpunkten eine Schweißnaht 13, die die Dichtfläche 12 überdeckt. Dabei wird die Anpressung der Membran 11 auf die Bipolarplatte 3 durch die Druckplatte 15 solange beibehalten, bis die Schweißnaht 13 abgekühlt ist.
  • Nach dem Anschweißen der aufgelegten Membran 11 an die jeweilige Bipolarplatten 3 werden die Bipolarplatten 3 derart aneinander gereiht, dass sich zwischen zwei benachbarten Bipolarplatten 3 jeweils eine Membran 11 befindet. Dabei bilden zwei benachbarte Bipolarplatten 3 mit der dazwischenliegenden Membran 11 jeweils eine Brennstoffzelle 4.
  • Die aneinander gereihten Bipolarplatten 3 werden nun, mit jeweils einer zu beiden Seiten angeordneten Endplatte 2, über ihre Durchgangsbohrungen 5 mittels Spannschrauben 6 miteinander verspannt.
    • 1
    Brennstoffzellenstapel
    2
    Endplatte
    3
    Bipolarplatte
    4
    Brennstoffzelle
    5
    Durchgangsbohrung
    6
    Spannschraube
    7
    Elektrode
    8
    Anode
    9
    Kathode
    10
    Reaktionskammer
    11
    Membran
    12
    Dichtfläche
    13
    Schweißnaht
    14
    Seitenwand
    15
    Druckplatte
    16
    Auflage
    17
    Infrarotlichtstrahlquelle
    18
    Infrarotlichtstrahl
    19
    Brennpunkt
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19960516 A1 [0007]
    • - DE 69820874 T2 [0009]
    • - DE 19542475 A1 [0009]
    • - DE 4314745 C1 [0012, 0015]

Claims (9)

  1. Brennstoffzelle, bei der die Membran (11) über eine Dichtfläche (12) mit einer Bipolarplatte (3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (11) aus einem infrarotlichtdurchlässigen Material und die Bipolarplatte (3) aus einem infrarotlichtundurchlässigen Material bestehen, die über die Dichtfläche (12) im Querschnitt linsenförmig miteinander verschweißt sind.
  2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Membrane (11) und Bipolarplatten (3) einen Brennstoffzellenstapel (1) bilden, wobei in abwechselnder Reihenfolge jeweils eine Bipolarplatte (3) und eine Membran (11) angeordnet sind.
  3. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Brennstoffzellenstapel (1) anstelle der ersten und letzten Bipolarplatte (3) jeweils eine Endplatte (2) angeordnet ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle, bei dem die Membran (3) mit einer Bipolarplatte (2) über eine Dichtfläche (12) miteinander verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) und die Bipolarplatte (2) an der Dichtfläche (12) unter Einwirkung einer äußeren Anpresskraft im Querschnitt linsenförmig plastifiziert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Plastifizierung zuerst die Dichtfläche (12) der Bipolarplatte (3) erhitzt und anschließend über die über die Dichtfläche (12) abgegebene Abwärme der Bipolarplatte (3) die Membran (11) erhitzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierung mit einer Infrarotlichtstrahlquelle (17) erfolgt, wobei die Membran (11) infrarotlichtdurchlässig und die Bipolarplatte (3) infrarotlichtundurchlässig ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Plastifizierung der Bipolarplatte (3) notwendige Wärmemenge direkt durch die Infrarotlichtstrahlquelle (17) und die zur Plastifizierung der Membran (11) notwendige Wärmemenge indirekt über die Bipolarplatte (3) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Plastifizierung mit einer Druckkraft die Membran (11) über eine Dichtfläche (12) auf die Bipolarplatte (3) gepresst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft durch eine Druckplatte (15) erzeugt wird, wobei die Druckplatte (15) infrarotlichtdurchlässig ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336378A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 乐山创新储能技术研究院有限公司 一种防渗漏液流电池及其防渗漏外封装方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4314745C1 (de) 1993-05-04 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Brennstoffzelle
DE19542475A1 (de) 1995-11-15 1997-05-22 Daimler Benz Ag Integrierte Dichtung für eine PEM-Brennstoffzelle
DE19960516A1 (de) 1998-12-16 2000-07-06 Toyota Motor Co Ltd Dichtung und Brennstoffzelle mit der Dichtung
DE10261482A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Basf Ag Brennstoffzellenmodul
DE69820874T2 (de) 1998-10-14 2004-12-30 Malden Mills Industries, Inc., Lawrence Dreidimensional gewirkter Abstandsstoff für Schuheinlagen und Rücksäcke
DE10306235B4 (de) * 2003-02-14 2005-02-03 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Anordnung zum Widerstandsnahtschweißen einer Folie und mindestens eines Folienträgers eines Brennstoffzellensystems
US20050208361A1 (en) * 2004-03-17 2005-09-22 Honda Motor Co., Ltd. Method for joining laser transmitting resin member and porous member, method for joining thermoplastic resin, and fuel cell
US20060188773A1 (en) * 2003-03-25 2006-08-24 Peter Andrin Process for joining a gas diffusion layer to a separator plate

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4314745C1 (de) 1993-05-04 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Brennstoffzelle
DE19542475A1 (de) 1995-11-15 1997-05-22 Daimler Benz Ag Integrierte Dichtung für eine PEM-Brennstoffzelle
DE69820874T2 (de) 1998-10-14 2004-12-30 Malden Mills Industries, Inc., Lawrence Dreidimensional gewirkter Abstandsstoff für Schuheinlagen und Rücksäcke
DE19960516A1 (de) 1998-12-16 2000-07-06 Toyota Motor Co Ltd Dichtung und Brennstoffzelle mit der Dichtung
DE10261482A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Basf Ag Brennstoffzellenmodul
DE10306235B4 (de) * 2003-02-14 2005-02-03 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Anordnung zum Widerstandsnahtschweißen einer Folie und mindestens eines Folienträgers eines Brennstoffzellensystems
US20060188773A1 (en) * 2003-03-25 2006-08-24 Peter Andrin Process for joining a gas diffusion layer to a separator plate
US20050208361A1 (en) * 2004-03-17 2005-09-22 Honda Motor Co., Ltd. Method for joining laser transmitting resin member and porous member, method for joining thermoplastic resin, and fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336378A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 乐山创新储能技术研究院有限公司 一种防渗漏液流电池及其防渗漏外封装方法
CN108336378B (zh) * 2018-02-09 2020-04-28 乐山创新储能技术研究院有限公司 一种防渗漏液流电池及其防渗漏外封装方法

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