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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine Brennstoffzelle und insbesondere
ein Brennstoffzellen-Subgasket bzw. eine Brennstoffzellen-Unterdichtung,
das/die durch Photopolymerisierung hergestellt ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Brennstoffzelle ist als eine reine, effiziente und umweltfreundliche
Energiequelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene andere
Anwendungen vorgeschlagen worden. Einzelne Brennstoffzellen können
in Reihe aneinander gestapelt werden, um einen Brennstoffzellenstapel
zu bilden. Der Brennstoffzellenstapel ist in der Lage, eine Menge
an Elektrizität zu liefern, die ausreichend ist, um ein Fahrzeug
zu betreiben. Insbesondere ist der Brennstoffzellenstapel als eine
potentielle Alternative für den herkömmlichen
Verbrennungsmotor, der in modernen Kraftfahrzeugen verwendet wird,
erkannt worden.
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Ein
Typ von Brennstoffzelle ist die Polymerelektrolytmembran-(PEM)-Brennstoffzelle.
Die PEM-Brennstoffzelle umfasst drei Grundkomponenten: eine Elektrolytmembran;
und ein Paar von Elektroden, die eine Kathode und eine Anode aufweisen. Die
Elektrolytmembran ist zwischen den Elektroden schichtartig angeordnet,
um eine Membranelektrodenanordnung (MEA) zu bilden. Die MEA ist
typischerweise zwischen porösen Diffusionsmedien (DM),
wie Kohlefaserpapier, angeordnet, die eine Lieferung von Reaktanden,
wie Wasserstoff zu der Anode und Sauerstoff, typischerweise aus
Luft, zu der Kathode unterstützen. Bei der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion
wird der Wasserstoff in der Anode katalytisch oxidiert, um freie
Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen gelangen durch
den Elektrolyt zu der Kathode. Die Elektronen von der Anode können
nicht durch die Elektrolytmembran gelangen und werden stattdessen
als ein elektrischer Strom durch eine elektrische Last, wie einen
Elektromotor, an die Kathode geführt. Die Protonen reagieren
mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser
zu erzeugen.
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Die
Elektrolytmembran ist typischerweise aus einer Ionomerschicht geformt.
Ein typisches Ionomer ist ein Perfluorsulfonsäure-(PFSA)-Polymer, wie
Nafion®, das von der E. I. du Pont
de Nemours und Company kommerziell erhältlich ist. Die
Elektroden der Brennstoffzelle sind allgemein aus einem fein geteilten
Katalysator geformt. Der Katalysator kann ein beliebiger Elektrokatalysator
sein, der eine Oxidation von Wasserstoff und/oder eine Reduktion
von Sauerstoff für die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle
katalytisch unterstützt. Der Katalysator ist typischerweise
ein Edelmetall, wie Platin oder ein anderes Metall der Platingruppe.
Der Katalysator ist allgemein auf einem Kohlenstoffträger,
wie Rußpartikeln, angeordnet und in einem Ionomer dispergiert.
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Die
Elektrolytmembran, die Elektroden und die DM sind zwischen einem
Paar von Brennstoffzellenplatten angeordnet und beispielsweise mit
einer Dichtung abgedichtet, die eine im Wesentlichen fluiddichte
Abdichtung bereitstellt. Die Elektrolytmembran besitzt auch typischerweise
einen Barrierefilm oder ein Subgasket bzw. eine Unterdichtung, die
damit gekoppelt ist, um eine interne Verstärkung bereitzustellen
und das Wasserstoffgas und die Luft, die an den Brennstoffzellenstapel
geliefert werden, zu trennen. Die Unterdichtung liegt allgemein über
einem Rand der Elekt rolytmembran und wird in einem sekundären
Betriebsablauf dadurch geformt, dass ein Stück von Polymerlagenmaterial
ausgeschnitten wird und das Lagenmaterial mit der Elektrolytmembran über Kompression
und/oder einen Klebstoff verbunden wird. Typische Unterdichtungen
und Mittel zum Koppeln von Unterdichtungen mit der Elektrolytmembran sind
in der ebenfalls anhängigen U.S.-Anmeldung des Anmelders
mit der Seriennummer 11/972,211 beschrieben, die in ihrer Gesamtheit
hier durch Bezugnahme hierdurch eingeschlossen sind. Jedoch ist es
bekannt, dass das Sicherstellen einer richtigen Ausrichtung des
Polymerlagenmaterials, das die Unterdichtung bildet, mit der Elektrolytmembran
schwierig ist. Überschüssiges Polymerlagenmaterial,
das während der Formung der Unterdichtung gebildet wird,
kann nicht wieder verwendet werden, was in einem unerwünschten
Materialabfall resultiert. Das Legen der Unterdichtung auf den Rand
der Elektrolytmembran kann ferner einen unerwünschten Spannungserhöher
in dem Brennstoffzellenstapel erzeugen.
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Es
existiert ein fortwährender Bedarf nach einer Unterdichtung
und einem Verfahren zum Herstellen einer Unterdichtung, das Produktionsabfall
minimiert, kosteneffektiv ist und eine Ausrichtung der Elektrolytmembran
mit der Unterdichtung in der Brennstoffzelle erleichtert. Die Unterdichtung
soll mechanisch stabil sein und einer Bildung von Spannungserhöhern
in der Brennstoffzelle an der Verbindungsstelle zwischen der Unterdichtung
und der Elektrolytmembran entgegenwirken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der
vorliegenden Offenbarung sind überraschend eine Membranelektrodenanordnung und
ein Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung entdeckt
worden, die/das Produktionsabfall minimiert, kosteneffektiv ist,
eine Ausrichtung der Elektrolytmembran mit der Unterdichtung in
der Brennstoffzelle unterstützt, mechanisch stabil ist
und einer Bildung von Spannungserhöhern in der Brennstoffzelle
an der Verbindungsstelle zwischen der Unterdichtung und der Elektrolytmembran entgegenwirkt.
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Bei
einer ersten Ausführungsform umfasst eine Membranelektrodenanordnung
für eine Brennstoffzelle ein im Wesentlichen fluidundurchlässiges Zufuhrgebiet,
das ein poröses Membranträgergebiet umgibt. Das
Zufuhrgebiet und/oder das Membranträgergebiet werden zumindest
teilweise durch eine strahlungsgehärtete Struktur geformt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform umfasst eine Brennstoffzelle
die Membranelektrodenanordnung. Das Membranträgergebiet
ist mit einem Ionomer getränkt, um eine Elektrolytmembran
zu bilden. Ein Paar von Elektroden ist auf entgegengesetzten Seiten
der Elektrolytmembran angeordnet. Die Brennstoffzelle umfasst ein
Paar von Gasdiffusionsmedien. Jedes der Gasdiffusionsmedien ist
an einer der Elektroden angeordnet. Die Unterdichtung, die Elektrolytmembran,
die Elektroden sowie die Gasdiffusionsmedien sind zwischen einem
Paar elektrisch leitender Brennstoffzellenplatten angeordnet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum
Herstellen einer Membranelektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle
die Schritte, dass: ein Volumen eines strahlungsempfindlichen Materials
und zumindest eine Strahlungsquelle bereitgestellt werden; eine
erste Maske zwischen der zumindest einen Strahlungsquelle und dem
strahlungsempfindlichen Material angeordnet wird, wobei die erste
Maske zumindest eine Öffnung besitzt; das strahlungsempfindliche
Material mit einer Vielzahl von Strahlungsbündeln beaufschlagt
wird, um ein Membranträgergebiet mit einer porösen
strahlungsgehärteten Struktur und ein Zufuhrgebiet, das
das Membranträgergebiet umgibt, zu bilden; und ein ungehärtetes
Volumen des strahlungsempfindlichen Materials von der Membranelektrodenanordnung entfernt
wird.
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ZEICHNUNGEN
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Die
obigen wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden
dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung
insbesondere unter Bezugnahme auf die hier beschriebenen Zeichnungen
offensichtlich.
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1 ist
eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines PEM-Brennstoffzellenstapels
mit einer Kombination aus Unterdichtung und Membranträger
gemäß der vorliegenden Offenbarung, die nur zwei
Zellen zeigt;
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2 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der Kombination aus Unterdichtung
und Membranträger, wie in 1 gezeigt
ist, die eine darauf angeordnete Teilelektrode zeigt;
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3 ist
eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht
des in den 1 und 2 gezeigten
Membranträgers, die einen Membranträger mit einer
Mikrofachwerkstruktur, die mit einem Ionomer getränkt ist,
zeigt, wie allgemein durch Schnittlinie 3-3 in 2 dargestellt
ist; und
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4 ist
eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht
der in den 1 und 2 gezeigten
Unterdichtung, die ein Zu fuhrgebiet mit einer Vielzahl innerer Rippen
zeigt, wie allgemein durch die Schnittlinie 4-4 in 2 dargestellt
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen
beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu,
den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen
und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung
auf irgendeine Weise einzuschränken. In Bezug auf die offenbarten
Verfahren sind die dargestellten Schritte lediglich beispielhafter
Natur und somit weder notwendig noch kritisch.
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1 zeigt
einen PEM-Brennstoffzellenstapel 2 gemäß der
vorliegenden Offenbarung. Der Einfachheit halber ist nur ein Zwei-Zellen-Stapel
(d. h. eine Bipolarplatte) in 1 gezeigt
und beschrieben, wobei zu verstehen sei, dass ein typischer Brennstoffzellenstapel
viel mehr derartige Zellen und Bipolarplatten besitzt.
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Der
Brennstoffzellenstapel 2 umfasst zumindest eine MEA 3,
die eine Kombination aus Unterdichtung und Membranträger
besitzt. Die zumindest eine MEA 3 ist aus einer durch eine
Unterdichtung 6 geträgerten Elektrolytmembran 4 geformt.
Die Elektrolytmembranen 4 sind jeweils zwischen einem Paar von
Elektroden 7 schichtartig angeordnet. Obwohl zu Zwecken
der Einfachheit MEAs 3 mit einer Konstruktion einer katalysatorbeschichteten
Membran (CCM) gezeigt sind, sei zu verstehen, dass der Brennstoffzellenstapel 2 gegebenenfalls
eine Konstruktion mit katalysatorbeschichtetem Diffusionsmedium (CCDM)
verwenden kann.
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Eine
elektrisch leitende Bipolarplatte 8 trennt die MEAs 3.
Die Elektrolytmembranen 4, die Elektroden 7 und
die Bipolarplatte 8 sind aneinander zwischen einem Paar
von Klemmplatten 10 und einem Paar von unipolaren Endplatten 14 gestapelt.
Die Klemmplatten 10 sind von den Endplatten 14 beispielsweise
durch ein Dichtung oder eine dielektrische Beschichtung (nicht gezeigt)
elektrisch isoliert. Die unipolaren Endplatten 14 und die
Bipolarplatte 8 umfassen aktive Bereiche 16 zur
Verteilung von Reaktanden, wie Wasserstoffgas und Sauerstoff/Luft, an
die Elektroden 7. Die Bipolarplatte 8 und die
unipolaren Endplatten 14 können ferner eine Vielzahl von
Strömungskanälen (nicht gezeigt) aufweisen, die derart
ausgebildet sind, dass die Reaktanden an die Elektroden 7 verteilt
werden.
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Der
Brennstoffzellenstapel 2 kann nichtleitende Dichtungen 18 aufweisen,
um Abdichtungen und eine elektrische Isolierung zwischen den Komponenten
des Brennstoffzellenstapels 2 bereitzustellen. Wenn jedoch
die Unterdichtungen 6 den Brennstoffzellenstapel 2 ausreichend
abdichten und elektrisch isolieren, sei angemerkt, dass die Dichtungen 18 gegebenenfalls
nicht verwendet werden müssen. Poröse Gasdiffusionsmedien 20,
wie beispielsweise Kohlenstoff- oder Graphitdiffusionspapiere, liegen
an den Elektroden 7 an, die benachbart der Elektrolytmembran 4 angeordnet
sind. Die Gasdiffusionsmedien 20 sind zwischen der Elektrolytmembran 4 und
der Bipolarplatte 8 und zwischen der Elektrolytmembran 4 und
der unipolaren Endplatte 14 angeordnet.
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Die
Unterdichtungen 6, die bipolare Platte 8, die
unipolaren Endplatten 14 und die Dichtungen 18 umfassen
jeweils eine Kathodenlieferöffnung 22 und eine
Kathodenaustragsöffnung 24, eine Kühlmittellieferöffnung 25 und
eine Kühlmittelaustragsöffnung 27 sowie
eine Anodenlieferöffnung 26 und eine Anodenaustragsöffnung 28.
Lieferverteiler und Austragssammler des Brennstoffzellenstapels 2 sind
durch eine Ausrichtung der jeweiligen Öffnungen 22, 24, 25, 26, 27, 28 in
den Unterdichtungen 6, der Bipolarplatte 8, den
unipolaren Endplatten 14 und den Dichtungen 18 geformt.
Wasserstoffgas wird über eine Anodeneinlassleitung 30 an
einen Anodenlieferverteiler geliefert. Der Sauerstoff/die Luft wird über
eine Kathodeneinlassleitung 32 an einen Kathodenlieferverteiler
des Brennstoffzellenstapels 2 geliefert. Es sind auch eine
Anodenauslassleitung 34 und eine Kathodenauslassleitung 36 für
einen Anodenaustragssammler bzw. einen Kathodenaustragssammler vorgesehen.
Eine Kühlmitteleinlassleitung 38 ist zur Lieferung
von flüssigem Kühlmittel zu einem Kühlmittellieferverteiler
vorgesehen. Eine Kühlmittelauslassleitung 40 ist
zur Entfernung von Kühlmittel von einem Kühlmittelaustragssammler
vorgesehen. Es sei zu verstehen, dass die Konfigurationen der verschiedenen
Einlässe 30, 32, 38 und Auslässe 34, 36, 40 in 1 dem
Zweck der Veranschaulichung dienen und gegebenenfalls andere Konfigurationen
gewählt sein können.
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2 zeigt
die MEA 3 mit der Unterdichtung 6 gemäß der
vorliegenden Offenbarung. Die MEA 4 umfasst ein im Wesentlichen
fluidundurchlässiges Zufuhrgebiet 202, das ein
poröses Membranträgergebiet 204 umgibt.
Das Zufuhrgebiet 202 und/oder das Membranträgergebiet 204 werden
zumindest teilweise durch eine strahlungsgehärtete Struktur 206 geformt.
Die strahlungsgehärtete Struktur 206 der vorliegenden
Offenbarung wird aus einem strahlungsempfindlichen Material geformt,
wie beispielsweise in der ebenfalls anhängigen U.S.-Patentanmeldung
des Anmelders Seriennummer 12/339,308 beschrieben ist, deren gesamte
Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
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Die
Unterdichtung 6 kann aus einer Lage 200 geformt
werden, die das Zufuhrgebiet 202 und das Membranträgergebiet 204 aufweist.
Die Lage kann ein strahlungsgehärtetes Polymer sein oder
gegebenenfalls aus einem anderen geeigneten Material geformt sein.
Das Zufuhrgebiet 202 kann im Wesentlichen fluidundurchlässig
sein. Der Ausdruck ”im Wesentlichen fluidundurchlässig” ist
hierdurch derart definiert, dass er im Wesentlichen undurchlässig
gegenüber einer Strömung von Fluiden von einer
Seite des Zufuhrgebiets 202 benachbart der ersten Elektrode 7 zu
der anderen Seite des Zufuhrgebiets 202 benachbart der
zweiten Elektrode 7 bedeutet. Das Membranträgergebiet 204 ist
porös und einteilig mit dem Zufuhrgebiet 202 geformt.
Das Membranträgergebiet 204 kann die poröse
strahlungsgehärtete Struktur 206 aufweisen. Die
poröse strahlungsgehärtete Struktur 206 kann
beispielsweise einen Polymersieb, wie ein Polymermuster mit einer
Vielzahl von darin geformten vertikalen Löchern, und/oder
eine Mikrofachwerkstruktur aufweisen. Gegebenenfalls können
andere geeignete poröse, strahlungsgehärtete Strukturen 206 verwendet
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform kann das Membranträgergebiet 204 aus
einer porösen Schicht geformt sein, wie beispielsweise
einer EPTFE-Schicht. Illustrativ kann die poröse Schicht
in ein flüssiges strahlungsempfindliches Material getaucht werden
und das Zufuhrgebiet 202 mit Strahlung beaufschlagt werden,
um die solide Unterdichtung 6 aus der resultierenden strahlungsgehärteten
Struktur 206 zu bilden.
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Wie
in 3 deutlicher gezeigt ist, kann die strahlungsgehärtete
Struktur 206 des Membranträgergebiets 204 die
Mikrofachwerkstruktur aufweisen. Die strahlungsgehärtete
Struktur 206 kann mit einem Ionomer 208 getränkt
werden, um die Elektrolytmembran 4 zu formen. Das Ionomer 208 kann
ein Perfluorsulfonsäure-(PFSA)-Polymer sein, obwohl auch andere
Ionomermaterialien, einschließlich Kohlenwasserstoffionomeren,
wie sulfonierten Polyetherketonen, Arylketonen und Polybenzimidazolen, verwendet
werden können. Die Elektroden 7 sind auf entgegengesetzten
Seiten der Elektrolytmembran 4 angeordnet, die durch das
Membranträgergebiet 204 geträgert wird.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, kann die strahlungsgehärtete
Struktur 206 eine Vielzahl erster Fachwerkelemente 300,
die sich entlang einer ersten Richtung erstrecken, eine Vielzahl
zweiter Fachwerkelemente 302, die sich entlang einer zweiten
Richtung erstrecken, und eine Vielzahl dritter Fachwerkelemente 304 aufweisen,
die sich entlang einer dritten Richtung erstrecken. Wenn sie beispielsweise
aus einem flüssigen Photomonomer geformt sind, können
die ersten, zweiten und dritten Fachwerkelemente 300, 302, 304 durch
sich selbst fortpflanzende Polymerfachwerkwellenleiter definiert
sein. Die ersten, zweiten und dritten Fachwerkelemente 300, 302, 304 können
sich an einer Vielzahl von Knoten 306 gegenseitig durchdringen.
Es sei angemerkt, dass sich die ersten, zweiten und dritten Fachwerkelemente 300, 302, 304 gegebenenfalls
nicht gegenseitig durchdringen brauchen oder sich an der Vielzahl
von Knoten 306 auf einer intermittierenden Basis gegenseitig
durchdringen können, um die im Wesentlichen kontinuierliche,
dreidimensionale, sich selbst stützende strahlungsgehärtete
Struktur 206 zu bilden.
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Wenngleich
die Mikrofachwerkstruktur mit der Vielzahl von ersten Fachwerkelementen 300,
der Vielzahl von zweiten Fachwerkelementen 302 und der
Vielzahl von dritten Fachwerkelementen 304 eine 3-fache
architektonische Symmetrie aufweisen kann, wie oben beschrieben,
sei für den Fachmann angemerkt, dass andere Architekturen
wie z. B. eine 4-fache Symmetrie und eine 6-fache Symmetrie innerhalb
des Schutzumfanges der vorliegenden Offenbarung verwendet werden
können. Die spezielle Architektur kann z. B. gewählt
sein, um die Verbindungsfähigkeit der Mikrofachwerkstruktur
zu erhöhen und die Anfälligkeit gegenüber
einem Durchbiegen und Knicken der Mikrofachwerkstruktur 206 unter
Belastung zu reduzieren. Die gewählte Architektur kann
je nach Wunsch symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Architektur
kann auch gewählt sein, um die Festigkeit und Steifigkeit
der Mikrofachwerkstruktur zu optimieren. Ein Fachmann sollte ferner
erkennen, dass je nach Wunsch andere Architekturen für
die Mikrofachwerkstruktur verwendet werden können.
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Beispielhafte
Mikrofachwerkstrukturen sind von
Jacobsen et al. in "Compression
behavior of micro-scale truss structures formed from selfpropagating
polymer waveguides", Acta Materialia 55, (2007) 6724–6733 beschrieben,
wobei die gesamte Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme hier eingeschlossen
ist. Ein Verfahren und ein System zur Erzeugung geordneter Mikrofachwerkstrukturen
206 ist von
Jacobsen in dem
U.S. Patent Nr.
7,382,959 offenbart, dessen gesamte Offenbarung hierdurch durch
Bezugnahme hier eingeschlossen ist. Mikrofachwerkstrukturen, die
durch das Verfahren und das System erzeugt werden, sind ferner offenbart
von Jacobsen in der U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/801,908,
deren gesamte Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
Andere geeignete Mikrostrukturen, die durch Lichtbeaufschlagung
erzeugt werden, und aus einer Selbstfokussierung oder einem ”Self-Trapping” von Licht
durch Polymerwellenleiter resultieren, ist ebenfalls beschrieben
von Kewitsch et al. in dem
U.S.
Patent Nr. 6,274,288 , dessen gesamte Offenbarung hierdurch
durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
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Das
Zufuhrgebiet 202 der Unterdichtung 6 weist die
zumindest eine Lieferöffnung 22, 25, 26 und die
zumindest eine Austragsöffnung 24, 27, 28,
die darin geformt sind, auf. Das Zufuhrgebiet 202 ist im Wesentlichen
fluidundurchlässig, um einem Übertritt der Wasserstoff-
und Sauerstoff- Reaktanden, die an den Brennstoffzellenstapel 2 geliefert
werden, entgegenzuwirken. Beispielsweise kann das Zufuhrgebiet 202 als
eine im Wesentlichen solide planare Lage 210 aus strahlungsgehärtetem
Material geformt sein. Bei einer anderen Ausführungsform,
die in den 2 und 4 gezeigt
ist, kann sich die strahlungsgehärtete Struktur 206 des
Membranträgergebiets 204 in das Zufuhrgebiet 202 hinein
erstrecken. In solchen Fällen ist die strahlungsgehärtete
Struktur 206 zwischen einem Paar der im Wesentlichen soliden
planaren Lagen 210 angeordnet, um ein hohles, jedoch im
Wesentlichen fluidundurchlässiges Zufuhrgebiet 202 zu
bilden. Die strahlungsgehärtete Struktur 206 kann
alternativ benachbart zumindest einer im Wesentlichen soliden, planaren
Lage 210 angeordnet sein, um das im Wesentlichen fluidundurchlässige Zufuhrgebiet 202 zu
bilden. Dem Fachmann sei angemerkt, dass die Bildung des hohlen
Zufuhrgebiets 202 eine Kompression des Zufuhrgebiets 202 während
des Betriebs der Brennstoffzelle 2 erleichtern kann. Das
hohle Zufuhrgebiet 202 kann auch eine Biegefestigkeit bereitstellen,
die beispielsweise ausreichend ist, um einer unerwünschten
Verformung des Zufuhrgebiets 202 in die Strömungskanäle,
die in den nicht aktiven Gebieten der Bipolarplatte 8 und der
unipolaren Platten 14 geformt sind, entgegenzuwirken.
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Bei
bestimmten illustrativen Ausführungsformen kann das Polymer
der Mikrofachwerkstruktur 206 in dem hohlen Zufuhrgebiet 202 mit
einem Metalloxid oder einer Keramik beschichtet sein, um das gewünschte
Niveau an Biegefestigkeit bereitzustellen. Beispielsweise sind keramische
strahlungsgehärtete Strukturen 206 und Verfahren
zur Herstellung keramischer strahlungsgehärteter Strukturen 206 von
Gross et al. in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer 12/074,727
offenbart, deren gesamte Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme
hier eingeschlossen ist. Schichten aus Metall, wie autokatalytischem
Nickel, können beispielsweise dem Paar der im Wesentlichen
soliden planaren Lagen 210 hinzugefügt werden,
um eine Biegesteifigkeit bereitzustellen, während dennoch
eine Kompression ermöglicht wird. Es sei ferner angemerkt,
dass das Zufuhrgebiet 202 gegebenenfalls andere Strukturen
zwischen dem Paar solider planarer Lagen 210 aufweisen kann,
wie innere Rippen und ähnliche strahlungsgehärtete
Strukturen. Die strahlungsgehärtete Struktur 206 oder
andere Strukturen können beispielsweise das Zufuhrgebiet 202 zwischen
den planaren Lagen 210 füllen.
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Die
Unterdichtung 6 gemäß der vorliegenden Offenbarung
kann mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke über ihre
Länge geformt werden. Bei einer anderen Ausführungsform
kann eine durchschnittliche Dicke des Membranträgergebiets 204 kleiner
als eine durchschnittliche Dicke des Zufuhrgebiets 202 sein.
Die geringere Dicke des Membranträgergebiets 204 kann
das Tränken des Membranträgergebiets 204 mit
dem Ionomer 208 unterstützen. Es sei angemerkt,
dass das Ionomer 208 gegebenenfalls eine Dicke besitzen
kann, die größer als eine Dicke des darunter liegenden
Membranträgergebiets 204 ist. Bei einer weiteren
Ausführungsform kann ein erster Bereich des Zufuhrgebiets 202,
der benachbart dem Membranträgergebiet 204 angeordnet
ist, eine erste Dicke besitzen, die im Wesentlichen gleich einer
durchschnittlichen Dicke des Membranträgergebiets 204 ist.
Hierdurch wird einem Spannungserhöher, der mit der Verbindungsstelle
der Elektrolytmembran 4 und der Unterdichtung 6 typischerweise in
Verbindung steht, entgegengewirkt. Ein zweiter Bereich des Zufuhrgebiets 202,
der von dem Membranträgergebiet 204 beabstandet
ist, kann eine zweite Dicke besitzen, die größer
als die durchschnittliche Dicke des Membranträgergebiets 204 ist.
Die Dicke des Zufuhrgebiets 202 kann allmählich
zunehmen, beispielsweise in den Richtungen einer Bewegung weg von
dem Membranträgergebiet 204. Als ein nicht beschränkendes
Beispiel kann sich das Zufuhrgebiet 202 auf die Dicke des
Membranträgergebiets 204 verjüngen. Die
Zunahme der Dicke des Zufuhrgebiets 202 kann gegebenenfalls
auch intermittierend oder im Wesentlichen konstant sein. Die größere
Dicke des Zufuhrgebiets 202, das von dem Membranträgergebiet 204 beabstandet
ist, kann in einer optimierten Abdichtung des Brennstoffzellenstapels 2 resultieren,
wenn dieser während des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 2 komprimiert
ist.
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Eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist
in 5 gezeigt. Gleiche Strukturen der 1 bis 4 besitzen
dieselben Bezugszeichen sowie ein Strichindex-(')-Symbol zu Zwecken
der Deutlichkeit. Die strahlungsgehärtete Struktur 206' kann
die ersten, zweiten und dritten Fachwerkelemente 300', 302', 304' ohne Überschneidung
bzw. Überkreuzung von Knoten 306 aufweisen. Die
strahlungsgehärtete Struktur 206' kann auch ein
Paar strahlungsgehärteter Gitter 500 aufweisen,
zwischen denen die strahlungsgehärtete Struktur 206' geformt
ist. Es sei angemerkt, dass die strahlungsgehärtete Struktur 206' mit
den sich nicht überschneidenden ersten, zweiten und dritten
Fachwerkelementen 300', 302', 304' zu
einer erwünschten Flexibilität der strahlungsgehärteten
Struktur 206' in einer Richtung rechtwinklig zu den Gittern 500 beitragen
kann.
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Die
vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen der
Unterdichtung 6 mit dem Membranträgergebiet 204.
Das Verfahren umfasst zunächst die Schritte, dass ein Volumen
eines strahlungsempfindlichen Materials und zumindest eine Strahlungsquelle
bereitgestellt werden. Die strahlungsempfindlichen Materialien gemäß der
vorliegenden Offenbarung umfassen strahlungshärtbare Materialien
sowie durch Strahlung dissoziierbare Materialien. Der Begriff ”strahlungshärtbares
Material” ist hier als jegliches Material definiert, das
durch Beaufschlagen mit einer Strahlung initiiert, polymerisiert und
vernetzt wird. Es sei angemerkt, dass eine Zunahme der Temperatur
auch dazu verwendet werden kann, eine Polymerisierung oder Vernetzung
der strahlungshärtbaren Materialien nach einer Initiierung
durch Beaufschlagen mit einer Strahlung zumindest teilweise zu vervollständigen.
Der Begriff ”durch Strahlung dissoziierbares Material” ist
hier als jegliches Material definiert, das ein Spalten des Polymergerüstes
und/oder ein Entnetzen durch Beaufschlagen mit Strahlung aufweist.
Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann ein durch Strahlung
dissoziierbares Material durch ein geeignetes Brechen von Quervernetzungen
und/oder Spalten des Polymergerüstes des durch Strahlung
dissoziierbaren Materials durch Lösemittel lösbar
gemacht werden.
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Als
nicht beschränkende Beispiele können die strahlungshärtbaren
Materialien ein flüssiges Photomonomer oder ein im Wesentlichen
solides strahlungshärtbares Polymer aufweisen. Das flüssige
Photomonomer kann in einem Reservoir vorgesehen sein, das für
die Aufbringung einer Maske darauf konfiguriert ist. Das flüssige
Photomonomer kann Monomere aufweisen, die über freie radikalische
Polymerisierung polymerisieren, wenn sie mit UV-Strahlung beaufschlagt
werden, wie beispielsweise durch Jacobsen in dem
U.S. Patent Nr. 7,382,959 und der U.S.-Anmeldung
Seriennummer 11/801,908 beschrieben ist, und ein im Wesentlichen
solides strahlungsempfindliches Polymer. Das Photopolymer kann jedes
geeignete frei radikalische Photopolymermaterial, wie z. B. Urethane
(Polyurethane), Acrylate, Methacrylate und kationische Polymere,
wie photogehärtete Epoxide umfassen. Es können
auch andere geeignete Photomonomere verwendet werden
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Geeignete
im Wesentlichen feste strahlungshärtbare Polymere können
Negativ-Resist-Polymere umfassen. Negativ-Resist-Polymere durchlaufen
einen Photoinitiierungsprozess, der ein Aushärten des Negativ-Resist-Polymers
z. B. durch Polymerisation oder Polykondensation zur Folge hat.
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Wenn
die Polymerisations- oder Polykondensationsreaktion im Wesentlichen
gleichzeitig stattfindet, wird der Prozess als ”photogehärtet” bezeichnet.
Wenn nur die Reaktionsspezies durch den Photoinitiierungsprozess
erzeugt werden und ein nachfolgender Schritt wie z. B. Erwärmen
erforderlich ist, um die Polymerisation oder Polykondensation zu schaffen,
wird der Prozess als „photoinitiiert” bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass, wenngleich eine Nachhärtungswärmebehandlung
notwendig sein kann, um den Polymerisationsschritt abzuschließen, während
der anfänglichen Strahlungsbeaufschlagung auch im Wesentlichen
stabile strahlungsgehärtete Merkmale in dem Negativ-Photoresist-Polymer erzeugt
werden können. Die im Wesentlichen festen strahlungshärtbaren
Polymere können gerade den Initiationsprozess durchlaufen
und infolge der inhärenten Stabilität und begrenzten
Diffusionsrate der chemischen Spezies innerhalb der festen strahlungshärtbaren
Polymere kann der Aushärtungsprozess viel später
ohne eine wesentliche Merkmalsverschlechterung erfolgen. Es sei
angemerkt, dass die meisten photoinitiierten Polymere den Aushärtungsprozess
zu Beginn des Anregungsprozesses beginnen, aber die Kinetik der
Reaktion bei der Beaufschlagungstemperatur so langsam ist, dass
wenig Polymerisation oder Polykondensation, wenn überhaupt,
vor dem Erwärmen des Negativ-Resist-Polymers auf eine erwünschte
Aushärtungstemperatur stattfinden kann.
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Ein
spezielles Negativ-Resist-Polymer ist das Negativ-Resist-Polymer
SU-8 2000TM auf Epoxidbasis, das im Handel
von Microchem Corporation in Newton, Massachusetts erhältlich
ist. Das Negativ-Resist-Polymer SU-8 2000TM ist
durch UV-Strahlung härtbar. Es sei angemerkt, dass weitere
im Wesentlichen feste strahlungshärtbare Polymere verwendet
werden können. Zum Beispiel kann, ähnlich wie
bei den oben beschriebenen Photomonomeren, das gewählte
strahlungshärtbare Polymer, falls erwünscht, mit
einer Strahlung mit anderen Wellenlängen als die der UV- Strahlung
gehärtet werden. Das strahlungshärtbare Polymer
kann z. B. auch derart gewählt sein, dass es eine langsamere
Härtungsgeschwindigkeit als das flüssige Photomonomer
aufweist, um dem Auftreten von Merkmalen in der langsamer härtenden
Schicht bei Beaufschlagung der schneller härtenden Schicht
mit einer Strahlungsquelle entgegenzuwirken.
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Als
ein nicht einschränkendes Beispiel können die
durch Strahlung dissoziierbaren Materialien Positiv-Resist-Polymere
umfassen. Positiv-Resist-Polymere beginnen als vernetzte Polymere,
können jedoch Photoinitiatoren enthalten, die, wenn sie mit
einer speziellen Strahlung beaufschlagt sind, chemische Spezies
erzeugen, welche das Polymer dissoziieren, indem sie die Vernetzungen
aufbrechen und/oder das Polymergerüst spalten. Die Dissoziation
macht das Positiv-Resist-Polymer in den Bereichen löslich,
die mit der Strahlung beaufschlagt worden sind. Bereiche, in denen
das Positiv-Resist-Polymer gehärtet bleibt, werden maskiert
und nicht freigelegt bzw. beaufschlagt, wie im Fall der hier oben
beschriebenen Negativ-Resist-Polymere. In bestimmten Ausführungsformen
sind die Positiv-Resist-Polymere empfindlich gegenüber
Strahlung, z. B. Ultraviolett oder einem Elektronenstrahl, ohne
dass Photoinitiatoren notwendig sind. Zum Beispiel kann das Positiv-Resist-Polymer
selbst durch die Strahlung beschädigt werden und die restlichen
gespaltenen Ketten werden in einem Lösungsmittel löslich.
Es können je nach Wunsch andere Arten von Positiv-Resist-Polymeren
verwendet werden.
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Die
Strahlung, die verwendet wird, um die strahlungsempfindlichen Materialien
zu härten oder zu dissoziieren, umfasst z. B. einen UV-Strahl
von einer Quecksilberdampflampe. Je nach Wunsch kann die Strahlung
eine elektromagnetische Strahlung oder eine Teilchenstrahlung sein.
Für einen geübten Fachmann ist einzusehen, dass
auch Strahlung mit anderen Wellenlängen wie z. B. Infrarot,
sichtbare Licht oder Röntgenstrahlung, und von anderen
Quellen wie z. B. weißglühenden Lichts und von
Lasern verwendet werden können. Es kann auch eine Teilchenstrahlung
wie z. B. ein Elektronenstrahl von einer Kathodenstrahlquelle verwendet
werden. Es sei ferner angemerkt, dass die Strahlung je nach Wunsch
kollimiert, teilweise kollimiert oder nicht kollimiert sein kann.
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Die
Strahlung wird zu dem strahlungsempfindlichen Material typischerweise über
zumindest eine Maske, die darin geformte Öffnungen oder Durchbrechungen
besitzt, geführt, durch die die Strahlung mit dem strahlungsempfindlichen
Material in Kontakt treten kann. Die Maske kann so geformt sein,
dass sie mit einer gewünschten Oberfläche übereinstimmt.
Die Maske kann sich gegebenenfalls entlang einer einzelnen Ebene
oder mehrerer Ebenen erstrecken. Beispielsweise kann die Maske mehrere
Höhen aufweisen, um das Zufuhrgebiet 202 und/oder
das Membranträgergebiet 204 mit mehreren Dicken
auszubilden. Bei einem anderen Beispiel können die Öffnungen
im Wesentlichen strahlungstransparente Öffnungen sein,
die in einem ansonsten opaken oder strahlungsblockierenden Material
geformt sind. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann
die Maske aus einer Glasebene oder einer Mylar-Lage geformt sein
und das Lenken von Strahlungsbündeln unter einem Winkel
relativ zu entweder der Maske oder dem darunter liegenden Substrat
unterstützen. Die Maske kann nach einer Beaufschlagung
weg angehoben und zur Wiederverwendung gereinigt werden. Die Öffnungen
oder Durchbrechungen, die in der Maske geformt sind, besitzen Formen, die
Strahlenbündel bereitstellen, um Polymerstrukturen mit
einer gewünschten Querschnittsform zu bilden.
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Das
Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass zwischen der zumindest
einen Strahlungsquelle und dem strahlungsempfindlichen Material
eine erste Maske angeordnet wird. Die erste Maske kann sich entlang
einer einzelnen Ebene erstrecken und besitzt zumindest eine Öffnung,
durch die die Strahlung von der Strahlungsquelle gelangen kann.
Das strahlungsempfindliche Material wird mit einer Vielzahl von Strahlenbündeln
beaufschlagt, um das Membranträgergebiet 204 mit
der strahlungsgehärteten Struktur 206 zu bilden.
Das strahlungsempfindliche Material wird auch mit einer Vielzahl
von Strahlungsbündeln beaufschlagt, um das das Membranträgergebiet 204 umgebende
Zufuhrgebiet 202 zu bilden. Der Fachmann kann nach Bedarf
geeignete Maskierungsmaterialien, Öffnungs- und Durchbrechungsgrößen
und -formen sowie resultierende strukturelle Konfigurationen wählen.
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Die
Beaufschlagung mit Strahlung kann beispielsweise intermittierend
in einer Serie kurzer Beaufschlagungen oder in längeren
Dauern durchgeführt werden, um die gewünschte
strukturelle Konstruktion bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform wird
das Zufuhrgebiet 202 mit Ausnahme derjenigen Bereiche,
an denen die Liefer- und Austragsöffnungen 22, 24, 25, 26, 27, 28 geformt
werden sollen, vollständig mit der Strahlung beaufschlagt.
Die vollständige Beaufschlagung mit der Strahlung resultiert
in der im Wesentlichen soliden fluidundurchlässigen Lage 210 in
dem Zufuhrgebiet 202. Beispielsweise kann die erste Maske
derart konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche des Zufuhrgebiets 202 vollständig freilegt
und die im Wesentlichen solide planare Lage 210 in dem
Zufuhrgebiet 202 bereitstellt. Die Beaufschlagungsdauer
kann so gewählt sein, dass eine gewünschte Dicke
der Lage 210 bereitgestellt wird. Die gewünschte
Dicke des Zufuhrgebiets 202 kann beispielsweise auch durch
nachfolgende Beaufschlagungen oder durch Verwendung einer Maske,
deren Höhe variiert ist, variiert werden.
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Das
Membranträgergebiet 204 kann mit den Strahlungsbündeln,
wie hier oben beschrieben ist, beaufschlagt werden, um die poröse
strahlungsgehärtete Struktur 206 zu bilden. Beispielsweise
können die Strahlungsbündel ein erstes Strahlungsbündel,
ein zweites Strahlungsbündel und ein drittes Strahlungsbündel
aufweisen, die von der zumindest einen Strahlungsquelle in Richtung
der zumindest einen Öffnung der ersten Maske geführt
sind. Das erste, zweite und dritte Strahlungsbündel bilden
jeweils einen ersten, zweiten und dritten Wellenleiter der Polymerwellenleiter
in einem Abschnitt des Volumens des strahlungsempfindlichen Materials.
Das erste Strahlungsbündel wird unter einem ersten Winkel
in Bezug auf die einzelne Ebene geführt, das zweite Strahlungsbündel
wird unter einem zweiten Winkel in Bezug auf die einzelne Ebene
geführt, wobei der zweite Winkel von dem ersten Winkel
verschieden ist, und das dritte Strahlungsbündel wird unter
einem dritten Winkel in Bezug auf die einzelne Ebene geführt,
wobei der dritte Winkel von dem ersten Winkel und dem zweiten Winkel
verschieden ist. Das erste Polymerfachwerkelement 300 bildet
einen vierten Winkel in Bezug auf die einzelne Ebene, wobei der vierte
Winkel dem ersten Winkel entspricht, das zweite Polymerfachwerkelement 302 bildet
einen fünften Winkel in Bezug auf die einzelne Ebene, wobei
der fünfte Winkel dem zweiten Winkel entspricht, und das dritte
Polymerfachwerkelement 304 bildet einen sechsten Winkel
in Bezug auf die einzelne Ebene, wobei der sechste Winkel dem dritten
Winkel entspricht. Das erste, zweite und dritte Polymerfachwerkelement 300, 302, 304 überschneiden
bzw. kreuzen einander an dem Knoten 306, um die strahlungsgehärtete
Struktur 206 zu bilden.
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Das
Verfahren umfasst ferner den Schritt, dass ein nicht gehärtetes
Volumen des strahlungsempfindlichen Materials von der MEA 3 mit
der Unterdichtung 6 nach deren Herstellung entfernt wird.
Es sei angemerkt, dass der Begriff ”nicht gehärtetes strahlungsempfindliches
Material” auch dissoziiertes strahlungsempfindliches Material
innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung aufweisen
kann. Wenn das strahlungsempfindliche Material das flüssige
Photomonomer ist, kann das strahlungsempfindliche Material abgelassen
und zur Wiederverwendung gesammelt werden. Die MEA wird beispielsweise
mit einem geeigneten Lösemittel gespült und das
Lösemittel ablaufen gelassen, um restliches nicht gehärtetes
strahlungsempfindliches Material zu entfernen. Es können
auch andere Verfahren zur Entfernung des nicht gehärteten
Volumens des strahlungsempfindlichen Materials von der Unterdichtung 6 verwendet
werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform kann bewirkt werden, dass
die strahlungsgehärtete Struktur 206 des Membranträgergebiets 204 sich
in das Zufuhrgebiet 202 erstreckt, wie in 4 gezeigt
ist. Beispielsweise kann sich der Abschnitt der ersten Maske mit
der Vielzahl von Öffnungen, die die Polymerfachwerkwellenleiter
erzeugen, über das Zufuhrgebiet 202 erstrecken.
Es sei angemerkt, dass zumindest ein Abschnitt des Zufuhrgebiets 202 nach
Bedarf mit der strahlungsgehärteten Struktur 206 geformt
sein kann. Wenn bewirkt wird, dass die strahlungsgehärtete
Struktur 206 sich in das Zufuhrgebiet 202 erstreckt,
umfasst das Verfahren ferner den Schritt, dass die Seiten des Zufuhrgebiets 202 mit
einer Vielzahl von Strahlungsbündeln beaufschlagt werden, um
zu bewirken, dass das Zufuhrgebiet 202 im Wesentlichen
fluidundurchlässig wird. Die Beaufschlagung der Seiten
des Zufuhrgebiets 202 bildet ein Paar der im Wesentlichen
soliden planaren Lagen 210 auf der strahlungsgehärteten
Struktur 206. Die Mikrofachwerkstruktur 206 in
dem Zufuhrgebiet 202 kann dadurch zwischen den planaren
Lagen 210 angeordnet sein, wodurch bewirkt wird, dass das
Zufuhrgebiet 202 im Wesentlichen fluidundurchlässig ist.
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Der
Schritt der Beaufschlagung der Seiten des Zufuhrgebiets 202 mit
der strahlungsgehärteten Struktur 206 innerhalb
kann ferner den Schritt umfassen, dass zumindest eine zweite Maske
zwischen der zumindest einen Strahlungsquelle und dem strahlungsempfindlichen
Material nach dem Schritt zum Beaufschlagen des strahlungsempfindlichen
Materials mit der Vielzahl von Strahlungsbündeln angeordnet
wird, um die strahlungsgehärtete Struktur 206 zu bilden.
Die zweite Maske besitzt zumindest eine Öffnung. Die zweite
Maske kann benachbart jeder der Seiten des Zufuhrgebietes 202 angeordnet
werden, um das Zufuhrgebiet mit der Strahlung von der Strahlungsquelle
vollständig zu beaufschlagen. Die zweite Maske kann dadurch
dazu verwendet werden, das Paar der planaren Lagen 210 zu
formen, die die strahlungsgehärtete Struktur 206 in
dem Zufuhrgebiet 202 der MEA 3 schichtartig anordnen.
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Die
MEA 3 kann weiter bearbeitet werden, um die MEA 3 für
die Montage in dem Brennstoffzellenstapel 2 vorzubereiten.
Beispielsweise kann das Ionomer 208 auf das Membranträgergebiet 204 aufgetragen
werden, um eine Elektrolytmembran 4 zu bilden. Der Schritt
zum Auftragen des Ionomers 208 kann beispielsweise ein
Walzenbeschichten des Ionomers 208 in einem prozessgekoppelten
Beschichtungsvorgang aufweisen, um das Membranträgergebiet 204 mit
dem Ionomer 208 zu tränken. Das Ionomer 208 kann
auch auf dem Membranträgergebiet 204 ausgebreitet
und in das Membranträgergebiet 204 durch eine
Aufbringung von Druck eingebettet werden. Das Ionomer 208 kann
ferner durch Sprühbeschichtung auf eine gewünschte
Dicke aufgetragen werden. Bei einem weiteren nicht beschränkenden
Beispiel kann das Ionomer 208 in das Membranträgergebiet 204 spritzgeformt
werden. Der Fachmann kann nach Bedarf andere geeignete Verfahren zum
Auftragen des Ionomers 208 auf das Membranträgergebiet 204 wählen.
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Unter
neuerlicher Bezugnahme auf 4 sei zu
verstehen, dass das Auftragen des Ionomers 208 auch das
hohle Zufuhrgebiet 202 abdichten kann, wenn das hohle Zufuhrgebiet 202 während
der Herstellung der MEA 3 geformt wird. Das Ionomer 208 kann
dadurch beispielsweise die Bildung des im Wesentlichen fluidundurchlässigen
Zufuhrgebiets 202 mit der strahlungsgehärteten
Struktur 206 in dessen Innerem unterstützen. Das
im Wesentlichen fluidundurchlässige Zufuhrgebiet 202 kann
einer Übertrittsleckage von einer Seite der aktiven Elektrolytmembran 4 zu
der anderen entgegenwirken.
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Die
Elektroden
7 können auch auf die Seiten der Elektrolytmembran
4,
wenn sie auf die MEA
3 aufgetragen ist, aufgetragen werden.
Beispielsweise kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass die Seiten
der Elektrolytmembran
4 mit einer Katalysatortinte beschichtet
werden, wie in dem
U.S. Patent Nr.
6,156,449 von Zuber et al. beschrieben ist, dessen gesamte
Offenbarung hierdurch durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist.
Der Schritt zum Beschichten der Katalysatortinte auf die Elektrolytmembran
4 kann
Sprühen, Tauchen, Bürsten bzw. Streichen, Walzenübertragung,
Schlitzdüsenbeschichtung, Gravurbeschichten, Meyerstangenbeschichten und/oder
Drucken der Katalysatortinte auf die Elektrolytmembran
4 aufweisen.
Es sei zu verstehen, dass das vorliegende Verfahren nach Bedarf
gleichermaßen den Schritt zum Beschichten des Diffusionsmediums
20 mit
der Katalysatortinte, um die Elektroden
7 zu bilden, aufweisen
kann.
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Das
Trocknen der Katalysatortinte, um die Elektroden 7 zu bilden,
wird allgemein bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt,
die derart gewählt ist, dass jegliches Lösemittel
in der Katalysatortinte abgetrieben wird, ohne Ionomer, Kohlenstoffpartikel und
Katalysator, die in der Katalysatortintenzusammensetzung vorhanden
sind, thermisch zu schädigen. Bei einer bestimmten Ausführungsform
weist der Schritt zum Trocknen der Katalysatortinte ein Trocknen
der Katalysatortinte mit einem Infrarottrockner auf. Als ein nicht
beschränkendes Beispiel kann die Katalysatortinte bei einer
Temperatur von etwa 300°F bis zu etwa 4 Minuten getrocknet
werden. Es können auch andere geeignete Trocknungstemperaturen,
Trocknungszeiten sowie Mittel zum Trocknen der Katalysatortinte
verwendet werden.
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Es
sei angemerkt, dass durch Herstellung der Unterdichtung 6 mit
dem Membranträgergebiet 204 einer Fehlausrichtung
der Elektrolytmembran 4 sowie Positionierungsvariationen
entgegengewirkt wird. Die Unterdichtung 6 kann auch mit
verschiedenen Dicken in unterschiedlichen Gebieten ohne das verschwendete
Material, das typischerweise bei herkömmlichen Herstellprozessen
auftritt, geformt werden. Die Kosten der Unterdichtung 6 mit
dem Membranträgergebiet 204 sind auf das Material
beschränkt, das in der Herstellung verwendet wird, und in
dem Fall von flüssigem Photomonomer kann die Menge des
flüssigen Photopolymers nach der Herstellung der Unterdichtung 6 wieder
verwendet werden. Eine Konstruktionsflexibilität ist ebenfalls
verbessert, da die Dicken des Membranträgergebiets 4 wie
auch der verschiedenen anderen Gebiete der MEA 3 nach Bedarf
leicht gewählt werden können. Ferner sieht die
integrale Ausbildung des Membranträgergebiets 204 mit
der Unterdichtung 6 eine inhärente Ausrichtung
der Elektrolytmembran 4 mit der Unterdichtung 6 vor,
wenn das Membranträgergebiet 204 mit dem Ionomer 208 getränkt
ist.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7382959 [0028, 0034]
- - US 6274288 [0028]
- - US 6156449 [0049]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Jacobsen et
al. in ”Compression behavior of micro-scale truss structures
formed from selfpropagating polymer waveguides”, Acta Materialia
55, (2007) 6724–6733 [0028]