DE102009003946A1

DE102009003946A1 - Merkmale für einen Barrierefilmträger

Info

Publication number: DE102009003946A1
Application number: DE102009003946A
Authority: DE
Inventors: Matthew J. Beutel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: US7892692B2; US20090181280A1; CN101483229B; DE102009003946B4; CN101483229A

Abstract

Es ist ein Barrierefilm für eine Brennstoffzelle vorgesehen, der eine Polymermembran mit einer Vielzahl von Stützmerkmalen aufweist. Die Stützmerkmale sind derart angepasst, um einer Durchbiegung der Membran unter einer Druckdifferenz über die Membran entgegenzuwirken. Eine den Barrierefilm verwendende Brennstoffzelle besitzt eine erste Platte mit einem darin geformten Durchlass und eine zweite Platte, die benachbart der ersten Platte angeordnet ist. Der Barrierefilm ist zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet. Die Stützmerkmale des Barrierefilms wirken einer Eindringung der Membran in den Durchlass entgegen. Es ist auch ein aus einer Vielzahl der Brennstoffzellen geformter Brennstoffzellenstapel vorgesehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Brennstoffzelle und insbesondere einen Brennstoffzellen-Barrierefilm, der ein Eindringen von Softgoods bzw. Weichgut in ein Strömungsfeld einer Brennstoffzellenstapelplatte minimiert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Brennstoffzelle ist als eine saubere, effiziente sowie umweltfreundliche Energiequelle für verschiedene Anwendungen vorgeschlagen worden. Insbesondere können einzelne Brennstoffzellen aneinander in Reihe gestapelt werden, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, der in der Lage ist, eine Menge an Elektrizität zu liefern, die ausreichend ist, um ein Elektrofahrzeug zu betreiben. Demgemäß ist die Brennstoffzelle als eine potentielle Alternative für eine herkömmliche Brennkraftmaschine, die in modernen Fahrzeugen verwendet wird, erkannt worden.
Ein üblicher Typ von Brennstoffzelle ist als eine Protonenaustauschmembran-(PEM)-Brennstoffzelle bekannt. Die PEM-Brennstoffzelle umfasst drei Grundkomponenten: eine Kathode, eine Anode und eine Elektrolytmembran. Die Kathode und die Anode weisen typischerweise einen fein geteilten Katalysator, wie Platin auf, der auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem Ionomer gemischt ist. Die Elektrolytmembran ist schichtartig zwischen der Kathode und der Anode angeordnet, um eine Membranelektrodenanordnung (MEA) zu bilden. Die MEA ist zwischen porösen Dif fusionsmedien (DM) angeordnet. Das DM erleichtert eine Lieferung von gasförmigen Reaktanden, typischerweise Wasserstoff und Sauerstoff aus Luft, an ein durch die MEA definiertes, aktives Gebiet für eine elektrochemische Brennstoffzellenreaktion. Nichtleitende Dichtungselemente und Abdichtungen isolieren die verschiedenen Komponenten der Brennstoffzelle elektrisch.
Wenn die MEA und das DM miteinander als eine Einheit beispielsweise mit anderen Komponenten, wie Dichtungselementen und dergleichen, laminiert sind, wird die Anordnung als eine modulare Elektrodenanordnung (UEA) bezeichnet. Die UEA ist zwischen Brennstoffzellenplatten angeordnet, die als Stromkollektoren für die Brennstoffzelle dienen. Die UEA-Komponenten, die zwischen den Brennstoffzellenplatten angeordnet sind, werden typischerweise "Softgoods" bzw. "Weichgut" genannt. Die Brennstoffzellenplatte besitzt ein Zufuhrgebiet, das die gasförmigen Reaktanden gleichförmig an die bzw. zwischen den Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels verteilt. Das Zufuhrgebiet kann eine breite Spanne aufweisen, die ein Verbinden der Brennstoffzellenplatten, beispielsweise durch Schweißen, und einen Wechsel von Strömungen zwischen verschiedenen Höhen innerhalb der verbundenen Platten erleichtert. Das Zufuhrgebiet weist Lieferdurchlässe auf, die die gasförmigen Reaktanden von einem Lieferverteiler zu dem aktiven Gebiet der Brennstoffzelle über ein in der Brennstoffzellenplatte geformtes Strömungsfeld verteilen. Das Zufuhrgebiet weist auch Austragsdurchlässe auf, die die restlichen gasförmigen Reaktanden und Produkte von dem Strömungsfeld an einen Austragsverteiler verteilen.
Bedingungen einer schlechter arbeitenden Zelle (LPC), Brennstoffzelleninstabilität wie auch Degradation aufgrund eines Reaktandenmangels oder Ungleichförmigkeit einer Reaktandenströmung sind beobachtet worden, wenn zumindest eine der Weichgutkomponenten in die Durchlassmerkmale bei einem Phänomen, das als "Eindringung von Weichgut" bekannt ist, getrieben wird. Eine Eindringung von Weichgut tritt auf, wenn eine Druckdifferenz zwischen einer Kathodenseite und einer Anodenseite des Barrierefilms vorhanden ist, die ausreichend ist, um die Weichgüter in die Durchlassmerkmale hinein durchzubiegen bzw. zu wölben. Die Druckdifferenz tritt oftmals während eines Normalbetriebs der Brennstoffzelle auf.
In der Technik ist es bekannt, die Weichgüter in dem Zufuhrgebiet zu stützen und eine Eindringung von Weichgütern durch Zusatz eines Beilag- bzw. Unterlegmetallblechs oder einer Metallfolie zu verhindern. Unterlegbleche sind verwendet worden, um die Weichgüter schichtartig bzw. sandwichartig anzuordnen und ausreichend gegen Durchbiegung bzw. Auslenkung zu stützen. Jedoch ist die Verwendung von Unterlegblechen unerwünscht, da die Bleche eine Festigkeit und Dicke besitzen müssen, die einer Durchbiegung der Weichgüter unter der Druckdifferenz widerstehen. Das Unterlegblech muss auch ausreichend mit den Weichgütern verbunden sein, um eine Trennung davon über einen wiederholten Brennstoffzellenbetrieb zu verhindern. Der Einsatz von Unterlegblechen trägt unerwünscht zu einer Komplexität und zu Kosten der Brennstoffzelle bei.
Es besteht ein fortwährender Bedarf nach einer Brennstoffzelle, die eine ausreichende Weichgutabstützung ohne die Verwendung von Unterlegblechen bereitstellt. Die Brennstoffzelle soll eine Eindringung von Weichgut minimieren und Bedingungen mit schlecht arbeitender Zelle, einer Brennstoffzelleninstabilität sowie einer Brennstoffzellendegradation aufgrund eines Reaktandenmangels oder einer Ungleichförmigkeit einer Reaktandenströmung zu der Brennstoffzelle entgegenwirken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist überraschend ein Barrierefilm für eine Brennstoffzelle entdeckt worden, der eine Eindringung von Weichgut minimiert und Bedingungen mit schlecht arbeitender Zelle, einer Brennstoffzelleninstabilität sowie einer Brennstoffzellendegradation aufgrund eines Reaktandenmangels oder einer Ungleichförmigkeit einer Reaktandenströmung zu der Brennstoffzelle entgegenwirkt.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Barrierefilm für eine Brennstoffzelle eine Polymermembran, die eine Vielzahl von Stützmerkmalen aufweist. Die Stützmerkmale sind derart angepasst, um einer Durchbiegung der Membran unter einer Druckdifferenz über die Membran entgegenzuwirken.
Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Brennstoffzelle, die den Barrierefilm aufweist, vorgesehen. Die Brennstoffzelle umfasst eine erste Platte, die einen darin geformten Durchlass besitzt, und eine zweite Platte, die benachbart der ersten Platte angeordnet ist. Der Barrierefilm ist zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet und derart angepasst, um einer Eindringung der Membran in den Durchlass während eines Betriebs der Brennstoffzelle entgegenzuwirken.
Es kann eine Vielzahl der Brennstoffzellen in Reihe angeordnet sein, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Hierdurch wird ein Brennstoffzellenstapel bereitgestellt, der eine ausreichende Weichgut-Abstützung ohne die Verwendung von Unterlegblechen besitzt.
ZEICHNUNGEN
Die obigen wie auch andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1A eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines veranschaulichenden PEM-Brennstoffzellenstapels nach dem Stand der Technik darstellt, wobei nur zwei Zellen gezeigt sind;
1B eine bruchstückhafte Schnittansicht des Brennstoffzellenstapels von 1A mit einer Weichgutkomponente ist, die in einen Durchlass des Brennstoffzellenstapels während seines Betriebs durchgebogen ist;
1C eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht des in 1B gezeigten Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine bruchstückhafte Schnittansicht eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einem Zufuhrgebiet ist, das einen Barrierefilm mit hohlen Stützmerkmalen aufweist;
3 eine bruchstückhafte Schnittansicht eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einem Zufuhrgebiet ist, das einen Barrierefilm mit im Wesentlichen massiven Stützmerkmalen besitzt;
4 eine teilweise perspektivische Ansicht eines veranschaulichenden Barrierefilms ist, die eine Vielzahl von Stützmerkmalen zeigt;
5 eine vergrößerte bruchstückhafte perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Barrierefilms ist, die ein Versetzen der Stützmerkmale zeigt; und
6 eine vergrößerte bruchstückhafte perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Barrierefilms ist, die ein Vorspannen der Stützmerkmale zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung wie auch den Gebrauch zu beschränken. Es sei auch angemerkt, dass entsprechende Bezugszeichen in allen Zeichnungen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Die 1A, 1B und 1C zeigen einen beispielhaften Brennstoffzellenstapel 2 nach dem Stand der Technik. Zu Zwecken der Veranschaulichung sind nur zwei Brennstoffzellen 3 gezeigt, wobei zu verstehen sei, dass ein typischer Brennstoffzellenstapel 2 viel mehr Brennstoffzellen 3 besitzt. Die Brennstoffzellen 3 sind typischerweise zwischen einem Paar von Klemmplatten (nicht gezeigt) und einem Paar von unipolaren Endplatten (nicht gezeigt) aneinandergestapelt. Der Brennstoffzellenstapel 2 besitzt ein Zu fuhrgebiet 4, das derart konfiguriert ist, um einen gasförmigen Reaktanden zu oder von einem aktiven Gebiet 5 des Brennstoffzellenstapels 2 zu transportieren.
Der Brennstoffzellenstapel 2 umfasst ferner eine erste Platte 6 und eine zweite Platte 8. Die erste und zweite Platte 6, 8 können beispielsweise unipolare oder bipolare Platten sein, die eine Vielzahl von Strömungskanälen 10 und eine Vielzahl von Stegen 11, die daran geformt sind, besitzen. Die Strömungskanäle 10 sind so konfiguriert, um die gasförmigen Reaktanden an das aktive Gebiet 5 des Brennstoffzellenstapels 2 zu liefern. Es sei zu verstehen, dass das Zufuhrgebiet 4 allgemein zwischen der ersten und zweiten Platte 6, 8 angeordnet ist, wenn der Brennstoffzellenstapel 2 zusammengebaut ist. Ähnlicherweise ist das aktive Gebiet 5 auch zwischen der ersten und zweiten Platte 6, 8 benachbart dem Zufuhrgebiet 4 angeordnet, wenn die Platten 6, 8 zusammengebaut sind, um den Brennstoffzellenstapel 2 zu bilden.
Zwischen der ersten und zweiten Brennstoffzellenplatte 6, 8 ist zumindest ein nicht gestütztes Weichgut 12 des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet. Als ein nicht beschränkendes Beispiel umfasst das Weichgut 12 eine Elektrolytmembran und/oder eine Anode oder Kathode. Die Elektrolytmembran, die Anode und die Kathode können beispielsweise als eine MEA 14 zusammengebaut sein. Das nicht gestützte Weichgut 12 kann ferner andere Weichgutkomponenten 12 aufweisen, wie es in der Technik bekannt ist. Im ungestützten Zustand ist das Weichgut 12 nicht durch ein Unterlegblech oder eine Metallfolie ausgesteift. Das Weichgut 12 kann von dem aktiven Gebiet 5 des Brennstoffzellenstapels 2 zu einem Dichtungselement 16 führen, das zwischen der ersten und zweiten Brennstoffzellenplatte 6, 8 angeordnet ist. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist das Weichgut 12 eine Elektrolytmembran, die entlang sowohl des aktiven Ge biets 5 als auch des Zufuhrgebiets 4 des Brennstoffzellenstapels 2 angeordnet ist und im Wesentlichen an dem Dichtungselement 16 endet. Das Dichtungselement 16 kann zumindest eine daran geformte Dichtung 17 besitzen.
Das Weichgut 12 kann eine laminierte Struktur besitzen. Die laminierte Struktur kann nach Bedarf die Elektrolytmembran, die Anode, die Kathode, das DM und/oder andere geeignete Weichgutkomponenten aufweisen. Wenn das Weichgut 12 in dem Zufuhrgebiet 4 die Elektrolytmembran, die Anode oder die Kathode ist, kann das Weichgut 12 mit einem im Wesentlichen inerten Material beschichtet oder laminiert sein, um jeglicher unerwünschter Wechselwirkung mit der ersten und zweiten Brennstoffzellenplatte 6, 8 entgegenzuwirken. Die unerwünschte Wechselwirkung kann eine Korrosion der ersten und zweiten Brennstoffzellenplatte 6, 8 wie auch eine Degradation des Weichguts 12 umfassen.
Der Brennstoffzellenstapel 2 weist einen Verteiler 18 auf, der durch eine Ausrichtung von jeweiligen Verteileröffnungen in den Brennstoffzellenplatten 6, 8 und der Weichgutkomponente 12 geformt ist. Der Verteiler 18 steht in Fluidkommunikation mit einer Quelle des gasförmigen Reaktanden, wie beispielsweise einem Luftkompressor oder einem Wasserstoffspeichertank. Der Verteiler 18 ist derart konfiguriert, um den gasförmigen Reaktanden nach Bedarf an den Brennstoffzellenstapel 2 beispielsweise über das Zufuhrgebiet 4 zu liefern. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist das Zufuhrgebiet 4 durch ein Volumen zwischen der ersten und zweiten Platte 6, 8 benachbart dem Verteiler 18 definiert. Zumindest eine der Dichtungen 17 des Dichtungselements 16 kann benachbart dem Verteiler 18 angeordnet sein und einer unerwünschten Leckage des gasförmigen Reaktanden in den Brennstoffzellenstapel 2 entgegenwirken.
Die erste Brennstoffzellenplatte 6 besitzt eine Vielzahl von darin geformten Durchlässen 20. Zumindest einer der Durchlässe 20 steht in Fluidkommunikation mit dem Verteiler 18. Es sei zu verstehen, dass die Durchlässe 20 einen Einlassdurchlass, der derart konfiguriert ist, um gasförmige Reaktanden zu dem aktiven Gebiet 5 des Brennstoffzellenstapels 2 zu liefern, oder einen Auslassdurchlass aufweisen, der derart konfiguriert ist, um gasförmige Reaktanden von dem aktiven Gebiet 5 zu entfernen.
Wie in den 1B und 1C gezeigt ist, kann das nicht gestützte Weichgut 12 in den Durchlass 20 während eines Betriebs des Brennstoffzellenstapels 2 durchgebogen werden. Die Durchbiegung bzw. Auslenkung kann beispielsweise aufgrund einer Druckdifferenz auftreten, die über das Weichgut 12 auftritt. Die Druckdifferenz kann aus einer Differenz des Drucks der gasförmigen Reaktanden auf einer Anodenseite und einer Kathodenseite des Weichguts 12 resultieren. Die Durchbiegung kann aufgrund einer Änderung der Materialintegrität oder -steifigkeit bei erhöhten Temperaturen auftreten, die während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 2 erzielt werden. Es sei angemerkt, dass das Treiben des nicht gestützten Weichguts 12 in den Durchlass 20 eine Strömung der gasförmigen Reaktanden zu und von verschiedenen Gebieten des Brennstoffzellenstapels 2 unerwünscht beschränkt.
In den 2 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Deutlichkeit halber umfassen verwandte Strukturen der 1A, 1B und 1C dieselben Bezugszeichen mit einem Strichindex-(')-Symbol.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 umfasst der Brennstoffzellenstapel 2' der Offenbarung einen Barrierefilm 200, der zwischen der ersten und zweiten Platte 6', 8' angeordnet ist. Der Barrierefilm 200 ist aus einer Po lymermembran hergestellt. Der Barrierefilm 200 verschlechtert sich nicht signifikant, wenn er Brennstoffzellen Betriebstemperaturen und -fluiden ausgesetzt wird, wie den gasförmigen Reaktanden, die in der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle 2' verwendet werden. Der Barrierefilm 200 kann eine im Wesentlichen homogene Tafel oder eine laminierte Struktur sein, die derart angepasst ist, um dessen Festigkeit nach Bedarf zu optimieren.
Der Barrierefilm 200 sieht eine elektrische Isolierung zwischen einzelnen Zellen des Brennstoffzellenstapels 2' vor. Der Barrierefilm 200 kann auch zumindest eine daran geformte Polymerdichtung 202 besitzen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist der Barrierefilm 200 aus Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyimidpolymer (beispielsweise Kapton^®) ausgebildet. Die Polymerdichtung 202 ist aus einem Silikongummi, einem Ethylenpropylendien-Gummi (EPDM) oder einem Fluorsilikon geformt. Es sei angemerkt, dass gegebenenfalls andere geeignete Polymermaterialien für den Barrierefilm 200 und die Polymerdichtung 202 gewählt werden können. Dem Fachmann sei verständlich, dass der Barrierefilm 200 und die Polymerdichtung 202 gegebenenfalls aus demselben Material geformt sein können.
Der Barrierefilm 200 ist mit anderen Weichgütern (nicht gezeigt) des Brennstoffzellenstapels 2' gekoppelt. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann der Barrierefilm 200 mit einer Elektrolytmembran, einer Anode und/oder einer Kathode gekoppelt sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Barrierefilm 200 mit einem DM gekoppelt. Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Barrierefilm 200 auch mit einem nicht leitenden Dichtungselement gekoppelt. Beispielsweise kann der Barrierefilm 200 einteilig mit dem nichtleitenden Dichtungselement ausgebildet sein. Bei einer besonders veranschaulichenden Ausführungsform ist der Barrie refilm 200 mit sowohl der Elektrolytmembran als auch dem nichtleitenden Dichtungselement gekoppelt.
Der Barrierefilm 200 kann mit den anderen Weichgütern des Brennstoffzellenstapels 2' durch einen chemischen Klebstoff und/oder durch physikalisches Fügen bzw. Verbinden gekoppelt sein, wie einem Verbinden, das durch physikalisches Verriegeln bzw. Ineinandergreifen oder Reibung unter Kompression bewirkt wird. Es sei zu verstehen, dass die Elektrolytmembran, die Anode, die Kathode und/oder das DM mit dem Barrierefilm 200 über einen Abschnitt des Zufuhrgebietes 4' laminiert sein kann. Bei einer anderen Ausführungsform führt die Elektrolytmembran, die Anode, die Kathode und/oder das DM nicht im Wesentlichen in das Zufuhrgebiet 4'. Gegebenenfalls können andere geeignete Konfigurationen gewählt werden.
Der Barrierefilm 200 der vorliegenden Offenbarung besitzt eine Vielzahl von Stützmerkmalen 204. Die Stützmerkmale 204 sind derart angepasst, um einer unerwünschten Durchbiegung des Barrierefilms 200 entgegenzuwirken, wenn sich eine Druckdifferenz über den Barrierefilm 200 bildet. Wenn beispielsweise der Brennstoffzellenstapel 2' eine Druckdifferenz zwischen einer Kathodenseite und einer Anodenseite des Barrierefilms 200 aufweist, können die Stützmerkmale 204 an der ersten Platte 6' anliegen und den Barrierefilm 200 aussteifen. Da die Stützmerkmale 204 an der ersten Platte 6' anliegen und die Durchbiegung des Barrierefilms 200 verhindern, wird einem Eindringen des Barrierefilms 200 in den Durchlass 20' entgegengewirkt.
Die Stützmerkmale 204 des Barrierefilms 200 können einteilig mit der Membran 201 ausgebildet sein. Wie in 2 gezeigt ist, kann zumindest eines der Stützmerkmale 204 ein hohler Knoten sein, der aus der Poly mermembran des Barrierefilms 200 geformt ist. Der hohle Knoten kann durch einen beliebigen geeigneten Vorgang zum Formen von Knoten in dem Barrierefilm 200 geformt werden, wie beispielsweise ein Formgebungsvorgang oder ein Stanz- bzw. Prägevorgang. Zumindest eines der Stützmerkmale kann ein im Wesentlichen massiver Knoten sein, wie in 3 gezeigt ist. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die Stützmerkmale 204 an dem Barrierefilm 200 abgeschieden. Geeignete Materialien für die abgeschiedenen Stützmerkmale 204 umfassen diejenigen, die zur Verwendung als die Polymermembran des Barrierefilms 200 geeignet sind, und können nach Bedarf gewählt werden. Dem Fachmann sei auch angemerkt, dass geeignete Formen des Stützmerkmals 204 nach Bedarf gewählt werden können.
Bezug nehmend auf 4 kann die Vielzahl von Stützmerkmalen 204 eine im Wesentlichen säulenartige Ausrichtung auf dem Barrierefilm 200 besitzen. Beispielsweise umfasst die Vielzahl von Stützmerkmalen 204 eine erste Menge von Stützmerkmalen 300 und eine zweite Menge von Stützmerkmalen 302. Die erste und zweite Menge 300, 302 sind in einer beabstandeten Anordnung angeordnet. Bei einer Ausführungsform sind die erste und zweite Menge 300, 302 auf dem Barrierefilm 200 in Säulen angeordnet, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Bezug nehmend auf 5 kann die erste Menge 300 und/oder die zweite Menge 302 von Stützmerkmalen 204 eine versetzte Ausrichtung an dem Barrierefilm 200 besitzen. Ein Versetzen der Stützmerkmale 204 kann einer Bildung einer unerwünschten Durchbiegung mit kontinuierlicher Krümmung des Barrierefilms 200 im Betrieb entgegenwirken. Andere geeignete Konfigurationen der Vielzahl von Stützmerkmalen 302 können ebenfalls gewählt werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Basis 600 des Stützmerkmals 204 unterhalb einer Ebene angeordnet sein, die durch eine Fläche des Barrierefilms 200 definiert ist. Wie in 6 gezeigt ist, kann die erste Menge 300 von Stützmerkmalen 204 in einem in dem Barrierefilm 200 geformten Kanal 602 angeordnet sein. Die erste und zweite Menge 300, 302 der Stützmerkmale 204 kann auch so konfiguriert sein, um den Barrierefilm 200 in einer gewünschten Richtung vorzuspannen. Die in dem Barrierefilm 200 bewirkte Vorspannung kann ausreichend sein, um eine Durchbiegung mit erwünschter Krümmung des Barrierefilms 200 im Betrieb zu erzeugen. Es sei zu verstehen, dass ein Vorspannen des Barrierefilms 200 eine Trägerfestigkeit zusätzlicher an dem Barrierefilm angeordneter Komponenten in einer Richtung rechtwinklig zu der Biegerichtung erhöhen kann.
Es ist überraschend herausgefunden worden, dass der Einschluss der Stützmerkmale 204 an dem Barrierefilm 200 der vorliegenden Offenbarung ein Eindringen des Barrierefilms 200 und beliebiger anderer laminierter Weichgüter in den Durchlass 20' minimiert. Die Minimierung des Eindringens von Weichgut mit dem Barrierefilm 200 wirkt Bedingungen mit schlecht arbeitender Zelle (LPC), einer Brennstoffzelleninstabilität sowie einem Reaktandenmangel oder einer Ungleichförmigkeit einer Reaktandenströmung zu der Brennstoffzelle und der resultierenden Brennstoffzellendegradation entgegen.
Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zu Zwecken der Veranschaulichung der Erfindung gezeigt worden sind, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Offenbarung durchgeführt werden können, der ferner in den folgenden angefügten Ansprüchen beschrieben ist.

Claims

Barrierefilm für eine Brennstoffzelle, umfassend: eine Polymermembran, die eine Vielzahl von Stützmerkmalen aufweist, wobei die Stützmerkmale derart angepasst sind, um einer Durchbiegung der Membran entgegenzuwirken.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Stützmerkmale einteilig mit der Membran und/oder an der Membran abgeschieden sind.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei eines der Stützmerkmale ein im Wesentlichen massiver Knoten ist.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei eines der Stützmerkmale ein aus der Membran geformter, hohler Knoten ist.
Barrierefilm nach Anspruch 4, wobei der hohle Knoten durch einen Formgebungsvorgang oder einen Stanz- bzw. Prägevorgang geformt ist.
Barrierefilm nach Anspruch 4, wobei eine Basis des hohlen Knotens von einer durch eine Fläche der Membran definierten Ebene beabstandet ist.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Stützmerkmalen eine im Wesentlichen säulenartige Ausrichtung an der Membran besitzt.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Stützmerkmalen eine erste Menge an Stützmerkmalen aufweist, die von einer zweiten Menge an Stützmerkmalen beabstandet sind.
Barrierefilm nach Anspruch 7, wobei die erste Menge und die zweite Menge in Säulen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Barrierefilm nach Anspruch 7, wobei die erste Menge und die zweite Menge von Stützmerkmalen die Membran in einer gewünschten Richtung vorspannen.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Stützmerkmalen eine versetzte Ausrichtung an der Membran besitzt.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Membran aus einem Polyethylenterephthalat (PET), einem Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder einem Polyimidpolymer geformt ist.
Barrierefilm nach Anspruch 1, wobei die Membran aus einer Vielzahl von Membranschichten laminiert ist.
Brennstoffzelle, umfassend: eine erste Platte mit einem darin geformten Durchlass; eine zweite Platte, die benachbart der ersten Platte angeordnet ist; und einen zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordneten Barrierefilm, wobei der Barrierefilm eine Polymermembran mit einer Vielzahl von Stützmerkmalen aufweist, wobei die Stützmerkmale derart angepasst sind, um einem Eindringen der Membran in den Durchlass entgegenzuwirken.
Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei eines der Stützmerkmale an der ersten Platte an einer Position benachbart des Durchlasses anliegt.
Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei ein Volumen zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte benachbart eines Lieferverteilers ein Zufuhrgebiet der Brennstoffzelle definiert, wobei der Barrierefilm in dem Zufuhrgebiet angeordnet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 14, ferner mit einer Anode, einer Elektrolytmembran und einer Kathode, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet sind, wobei die Elektrolytmembran mit dem Barrierefilm gekoppelt ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 14, wobei die erste Platte und die zweite Platte daran geformte Strömungsfelder besitzen, wobei jedes der Strömungsfelder eine Vielzahl von Strömungskanälen aufweist, die durch eine Vielzahl von Stegen definiert ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 18, wobei die Stützmerkmale zwischen zumindest einem der Stege der zweiten Platte und der Strömungskanäle der ersten Platte und der Strömungskanäle der zweiten Platte und der Strömungskanäle der ersten Platte angeordnet sind.
Brennstoffzellenstapel, umfassend: eine Vielzahl von Brennstoffzellen, wobei zumindest eine der Brennstoffzellen ferner umfasst: eine erste Platte mit einem darin geformten Durchlass; eine zweite Platte, die benachbart der ersten Platte angeordnet ist; und einen zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordneten Barrierefilm, wobei der Barrierefilm eine Polymermembran mit einer Vielzahl von Stützmerkmalen aufweist, wobei die Stützmerkmale derart angepasst sind, um einem Eindringen der Membran in den Durchlass entgegenzuwirken.